Crecimiento, Nutrición y Metabolismo Bacteriano

Introducción ¿Qué utilidad tiene conocer las condiciones que un microorganismos requiere para crecer? # Obtenerlo en el laboratorio Cultivo # Combatirlo o evitar su proliferación

Introducción 80 % de agua 20 % de peso seco: Proteínas Ácidos Nucleicos Polisacáridos Lípidos Peptidoglucano Otros compuestos de peso molecular mas bajo

Introducción Biosíntesis: Ingreso de substancias para transformarse en compuestos estructurales

Nutrientes Substancias necesarias para asegurar supervivencia. Proveen energía y elementos necesarios para síntesis de estructuras celulares. Ingreso por absorción. Viabilidad: capacidad de reproducción.

Nutrientes esenciales o Básicos Asimilables por simple difusión o por transporte activo Agua Fuentes de Carbono Compuestos de nitrógeno Fósforo (fosfatos inorgánicos)

Otros nutrientes Iones potasio Iones Magnesio Factores de Crecimiento u orgánicos Vitaminas Aminoácidos Oligoelementos Hierro Cobre Cobalto

Factores Estimulantes Influyen en el proceso de crecimiento. No son imprescindibles. En presencia de factores estimulantes crecen mas rápido y mejor.

Categorías Nutritivas Fuente de Carbono Carbono inorgánico: dióxido de carbono autótrofas o litótrofas Carbono orgánico: Heterótrofas u organótrofas Fuente de Energía Fotótrofas Quimiótrofas: energía suministrada por ATP

Categorías Nutritivas

Categorías Nutritivas

Crecimiento Bacteriano Aumento de número (no de tamaño) Multiplicación bacteriana: fisión simple o binaria Elongación Auto duplicación de ADN cromosómico Tabicado central Invaginación membrana celular Síntesis de pared

Tiempo de generación Tiempo necesario para la duplicación celular Distintiva de cada especie Puede influirse por factores estimulantes Varían de 20 minutos (Escherichia coli) hasta 24 horas

Curva de Crecimiento Bacteriano Bacteria en medio adecuado Gráfico de coordenadas: número de bacterias (logaritmo) versus lapso de tiempo. Distinta para cada bacteria En todas se identifican cuatro etapas

Fase de Latencia El número de microorganismos no varía Adaptación al medio, producción de enzimas Tiempo variable: entre una hora a días. Tamaño relativo aumentado por división

Fase exponencial o de crecimiento logarítmico Relación casi lineal entre el tiempo y el número de elementos. Actividad metabólica incrementada Depende del tiempo de generación de cada bacteria Los antimicrobianos son mas activos Puede haber variaciones entre el crecimiento in vitro e in vivo.

Fase Estacionaria En determinado punto el crecimiento disminuye La población no aumenta Células nuevas reemplazan a las células muertas Actividad metabólica mas lenta Células en animación suspendida Producción de metabolitos secundarios Antibioticos Toxinas Fase de Esporogenesis para las especies productoras de esporas

Fase de declinación o muerte Recuento de células disminuye sensiblemente El numero de células muertas supera al número de células vivas Acumulación de productos tóxicos Disminución de nutrientes Aparición rápida : autolimitar diseminación infecciones

Técnicas para determinar el número y viabilidad de las células Contar al microscopio el número de células en un volumen conocido Establecer el número de células por turbidimetria Recuento de elementos viables por cultivo (Unidad Formadora de Colonias o UFC)

Efecto de la Temperatura Temperatura mínima de crecimiento Temperatura óptima de crecimiento Temperatura máxima de crecimiento

Sicrófilos Requieren bajas temperaturas 15 – 20 ºC La mínima puede ser muy baja Bacterias en el fondo del mar y en los polos

Mesófilos Rango de temperaturas: 25 – 40 ºC Temperatura óptima: 37 ºC ± 1 ºC Agentes que afectan al hombre y los animales

Termófilos Toleran altas temperaturas Temperatura óptima: 55 ºC Temperatura máxima: 80 ºC o mas.

Condiciones de pH pH : Potencial Hidrógeno. Va desde 0 a 14. pH < 6,5 ácido pH > 7,5 básico o alcalino pH 6,5 – 7,5 neutro Mas adecuado para crecimiento bacteriano Bacterias que crecen hasta pH 4 Acidófilas (Por ejemplo: Lactobacillus) Vibrio cholerae : medio alcalino

Presión Osmótica Los solutos (sales y azúcares) disueltos se desplazan a zonas de menor concentración. El agua se desplaza a zonas de mayor concentración de solutos Una presión osmótica alta causa pérdida de agua y plasmólisis de la célula Halófilas: bacterias que toleran altas concentraciones salinas Halófilas facultativas : toleran hasta un 2 % de sales

Condiciones atmósféricas Potencial de óxido-reducción o Redox (Eh) Respiración bacteriana : reacciones de óxido- reducción, en cadena El aceptor final de electrones o hidrogeniones es variable

Aerobios Requieren oxígeno, aceptor final de hidrógeno Formación de H2O y CO2 Producción de enzima Catalasa : desdoblamiento del Peróxido de hidrógeno (H2O2) en H2O y oxígeno Prueba de Catalasa para diferenciar microroganismos (Staphylococcus de Streptococcus)

Anaerobios Viven en ausencia de oxígeno atmosférico Aceptor final de hidrógeno : compuesto inorgánico (NO3 o SO4) Fermentación: la fuente de carbono provee energía, el donador de hidrógeno y el aceptor final (un compuesto orgánico como ácidos o alcoholes) Muy frecuente en microorganismos orales

Anaerobios Anaerobios obligados: no utilizan O2 Anaerobios moderados: toleran de un 2 a un 8 % de O2 Anaerobios aerotolerantes: sobreviven un tiempo en presencia de O2 Anaerobios facultativos: aceptan indistintintamente una situación u otra

Microaerófilos Requieren bajas concentraciones de O2 para crecer Utilizan el O2 como fuente de energía pero a concentraciones < 15 % Susceptibles a radicales superóxido Enzima Superóxido Dismutasa (SOD) : transforma radicales superóxido en H2O2 Capnofilas: desarrollan mejor con concentraciones de CO2 elevadas La cavidad oral presenta todas estas variantes Las especies capnófilas aumentan en personas con alteraciones periodontales

Control de Microorganismos Muchos factores estimulantes del desarrollo bacteriano se usan para preservar alimentos: Baja temperatura Salmueras Dulces Salados Ahumados

Metabolismo Bacteriano Conjunto de reacciones o transformaciones quimicas que tienen lugar en un microorganismo para mantener su viabilidad Procesos o reacciones Catabólicas Degradan nutrientes Liberan energía Procesos o reacciones Anabólicas Tienden a unir moléculas Reacciones de síntesis que consumen energía

Enzimas Catalizadores orgánicos que aceleran las reacciones químicas por su presencia, controlados geneticamente Actúan sobre un sustrato Reciben su nombre por el sustrato sobre el que actúan (Lipasa = actúa sobre lípidos) Enzimas de la respiración : deshidrogenasas y oxidasas Proteínas de gran tamaño Proteínas mas fracción no proteica (cofactor)

Enzima Holoenzima: proteína (apoenzima) mas cofactor Coenzima : el cofactor es ion metalico o molecula orgánica compleja Grupo prostetico: cofactor unido fuertemente a apoenzima Constitutivas: preformadas en la célula Inducibles o adaptativas: se forma en condiciones ambientales especiales o en presencia de sustratos apropiados

Enzimas

Enzimas Exoenzimas de tipo hidrolítico: unión de agua a macromoléculas, unidades pequeñas (bloques estructurales. Facilitan penetración pasiva, facilitada o activa a través de pared y membrana Para ingreso activo: actividad de permeasas

Enzimas Endoenzimas: biosintesis para formar macromoléculas (Anabolismo) Mecanismos de Represión Vías anfibólicas: los productos generados en la degradación de un elemento se aprovechan en la síntesis de otros

Vías metabólicas mas conocidas Glucólisis Como consecuencia del metabolismo hay producción de toxinas, vitaminas, antibióticos, compuestos de interés industrial (alcoholes)

Vías metabólicas mas conocidas

Medios de Cultivo Substancias nutritivas que permiten el desarrollo de microorganismos en el laboratorio Cultivo: brindar condiciones óptimas de crecimiento Fáciles de preparar Baratos Permitir el desarrollo de gran variedad de gérmenes Aportar nutrientes adecuados (aminoacidos, nucleótidos, factores de crecimiento, glucosa, iones inorganicos)

Medios de Cultivo Optimo contenido de H2O y correcto pH Requerimientos de O2 Estéril, evitar contaminaciones Incubación: temperatura óptima en estufas

Clasificación de los medios de cultivo Naturales: solo usados para enriquecer medios (leche, suero, papa) Artificiales se preparan en el laboratorio Líquidos: caldos Sólidos: caldos adicionados de substancias capaces de solidificar (Agar-agar) Medios Complejos: extractos de carne, levadura, peptonas. Medios Enriquecidos: agregado de suero o sangre

Clasificación de los medios de cultivo Medios selectivos: permiten crecer un solo tipo de microorganismo (substancias inhibidoras) Medios diferenciales o indicadores: evidencia alguna actividad metabólica por cambio de estado o color propia de un tipo determinado de microorganismo Medios de Transporte: traslado de muestras biológicas manteniendo las bacterias viables