ENCB 2004

Introducción Todos los seres vivos, incluidos los microorganismos, no tienen momento de reposo ante el cambiante ambiente en el que se encuentran. Los factores ambientales bióticos y abióticos que enfrentan, determinan su presencia y su función en un ecosistema dado. Atlihuetzia, Tlax., a 5 de febrero de 2005.

Influencia ambiental sobre el crecimiento microbiano M. en C. Ricardo Hernández Delgadillo Q.B.P. Rebeca Elizabeth Hinojosa Rebollar

Factores ambientales Físicos: temperatura, actividad de agua, presión osmótica y presión barométrica. Químicos: pH y potencial redox. Abióticos Nutricionales: fuentes energía, de electrones, de carbono, de nitrógeno, aceptor de electrones factores de crecimiento, sales minerales y agua. Factores Interacciones poblacionales: mutualismo, comensalismo, predación, parasitismo, amensalismo, competencia, etc. Bióticos

Factores ambientales Físicos Abióticos Químicos Factores Nutricionales Interacción poblacional

Factores ambientales Temperatura Físicos Actividad de agua Presión osmótica Abioticos pH Químicos Potencial redox

Valores cardinales El efecto de cualquier factor ambiental abiótico se da dentro de ciertos límites de sensibilidad (valores cardinales)... lo que permite establecer un valor mínimo y un valor máximo entre los cuales se da el crecimiento y se encuentra un valor óptimo.

Valor óptimo El efecto de los factores ambientales se mide sobre la velocidad específica de crecimiento (). El valor óptimo para un factor ambiental dado es aquel que promueve la máxima velocidad específica de crecimiento (máx).

Unidades del factor ambiental Valores cardinales Unidades del factor ambiental  óptimo máx mínimo máximo zona de tolerancia zona de sobrevivencia zona de muerte

Comportamiento ante los factores ambientales El sufijo –filia (gr. filein, afinidad) describe el requerimiento de un microorganismo por un factor ambiental dado, en terminos de valor óptimo. El sufijo –tolerante (lat. tolerare, aguantar) describe un microorganismo que crece en una condición ambiental dada, dentro de los límites mínimo y máximo. El sufijo –dúrico (que resiste) describe un microorganismo que resiste sin crecer una condición ambiental dada, fuera de los límites mínimo y máximo.

Unidades del factor ambiental Comportamiento  -fílico -dúrico -tolerante -dúrico Unidades del factor ambiental

Rango de sensibilidad El prefijo euri- indica un límite amplio de sensibilidad a un factor ambiental dado, en terminos relativos. El prefijo esteno- (gr. stenos, estrecho) indica un límite estrecho de sensibilidad a un factor ambiental dado, en términos relativos. La denominación de un microorganismo como como euri- o esteno- es relativa al comportamiento de otro microorganismo de referencia cualquiera.

Unidades del factor ambiental Rango de sensibilidad  euri- esteno- Unidades del factor ambiental

Temperatura óptima de crecimiento Límites (°C) Clasificación Subclasificación extremos altos moderados Hipertermofílicos 113 Sicrofílicos Mesofílicos Termofílicos bajos 86 85 66 43 65 19 42 31 30 6 18 -23 5 28 37 50 100 °C Los límites propuestos son absolutamente arbitrarios

Temperaturas cardinales Polaromonas vacuolata Escherichia coli Bacillus stearothermophilus Thermococcus celer Pyrolobus fumarii Microorganismo Mínima -8 8 41 65 90 Optima 4 38 60 88 106 Máxima 13 48 68 97 113 Rango térmico 21 40 27 32 23 Temperatura (°C) Adaptado de Madigan y col., 2004

Efecto de la temperatura Sensibilidad protéica: Velocidad de reacción. Estabilidad térmica. Fluidez membranal: Adaptación homeoviscosa.

Ecología del frío 14 % de la biosfera está fría. Los polos terrestres, las montañas altas permanentemente nevadas y las profundidades oceánicas son ambientes fríos. La temperatura ambiental en las zonas heladas está generalmente bajo cero. El 90 % del medio marino tiene una temperatura de menos de 5 °C. El 24 de agosto de 1960, la estación rusa Vostok en la Antártida, informó de la temperatura ambiental más baja jamás registrada, –88 °C.

Actividad de agua El agua disponible para el crecimiento se expresa en términos de actividad de agua (aw). Los valores de actividad de agua van desde 0 para un ambiente totalmente anhidro, hasta 1 para el agua pura.

Fisiología del frío El límite práctico para crecer a temperaturas bajas es el punto de congelación del contenido celular y del agua circundante, ya que la fase líquida es esencial para la actividad metabólica. Los solutos disueltos bajan el punto de congelación del agua, lo que permite el crecimiento de microorganismos a temperaturas más bajas que el punto de congelación del agua pura. Una mayor proporción de ácidos grasos insaturados o de cadena corta, o ambos, mantiene la fluidez de las membranas de los microorganismos sicrofílicos.

aw óptima de crecimiento Clasificación Subclasificación Límites (aw) 1.00 Higrofílicos extremos 0.99 0.96 moderados 0.90 0.95 0.76 0.80 Xerofílicos moderados 0.75 0.71 0.70 extremos 0.70 0.60 0.60 Los límites propuestos son absolutamente arbitrarios

Microorganismos y aw óptima 1.0 aw 0.9 0.7 0.8 Lactobacillus Fusarium Mucor Escherichia coli Streptococcus Saccharomyces rouxii Saccharomyces bailii Halococcus Aspergillus Chrysosporum Dunaliella Bacillus Caulobacter Debaromyces Xeromyces bisporus Penicillium Staphylococcus aureus Halobacterium Spirillum

Presión osmótica S medio isotónico balance de agua = 0 H2O balance de agua = 0 medio isotónico estabilidad osmótica

Presión osmótica S H2O S H2O S medio hipotónico balance de agua positivo ósmosis Plasmoptisis H2O H2O S S medio hipertónico balance de agua negativo ósmosis Plasmólisis H2O H2O

Solutos compatibles aw 1.0 Cianobacterias dulceacuícolas 0.9 0.6 0.8 0.7 Prolina (Gram positivos) Glutamato (Gram negativos) Glicina betaina Cianobacterias dulceacuícolas Sacarosa, Trealosa Bacterias quimiotrófica: Algas marinas Manitol, Prolina Cianbacterias marinas -glucosil-glicerol Cianobacterias halofílicas extremas Glicina betaina Hongos xerofílicos Glicerol Arqueas hiperhalofílicas KCl Hongos xerofílicos Glicerol

Osmofilía Literalmente, la osmofilia es un requerimiento por una cierta presión osmótica. Sacarofilia discretos hasta 6 % Halofilia Moderados de 6.1 a 15 % Extremos 15.1 % o más

pH óptimo de crecimiento Acidofílicos extremos moderados Límites Clasificación Neutrofílicos Alcalofílicos 11.5 9.1 8.1 9 8 6 3.6 5.9 0.8 3.5 Subclasificación 2 14 4 12 10 pH Los límites propuestos son absolutamente arbitrarios