Crecimiento Bacteriano Ilse Valderrama

Ilse Valderrama Heller, 2008

Crecimiento Bacteriano


• FISIOLOGIA BACTERIANA– CRECIMIENTO Y RECUENTO– SUSTAMCIAS ANTIMICBROBIANAS– NUTRICION Y METABOLISMO– RECOMBINACION GENETICA


FASES DEL CRECIMIENTO• CUANDO INTRODUCIMOS UNA POBLACION DE

MICROORGANISMOS DENTRO DE UN MEDIO DE CULTIVO LIQUIDO, CADA ORGANISMO PRESENTA CUATRO FASES DE CRECIMIENTO TIPICAS:

» FASE LAG(latencia)» FASE LOGARITMICA (LOG)» FASE ESTACIONARIA» FASE DE MUERTE.

• ESTAS CUATRO FASES FORMAN LA CURVA ESTANDAR DEL CRECIMIENTO BACTERIANO

• CRECIEMIENTO EXPONENCIAL• N° CELULAS : 1 2 3 4 8• EXPONENTE 20 21 22 23 24


•Fase de latencia: período de adaptación , gran actividad metabólica, células no se dividen (min-horas )

•Fase exponencial o logarítmica (log): aumento regular de la población que se duplica a intervalos regulares de tiempo (G). •Los Bllactamicos actuan en esta fase

Fase estacionaria: cese del crecimiento por agotamiento de nutrientes, por acumulación de productos tóxicos, etc.N|°cel.nuevas=n°cel.que mueren

Fase de declinación o muerte: el número de células que mueren es mayor que el número de células que se dividen.↓cel. viables

Las propiedades de un microorganismo dependerán de la fase de la curva en que se encuentren (la producción de antibióticos se lleva a cabo en la fase estacionaria).


MEDIDAS DEL CRECIMIENTO MICROBIANO:

• se mide siguiendo los cambios en el numero de celulas o el peso de la biomasa celular.

• el cálculo del número de células que existen en una suspensión se puede llevar a cabo mediante el recuento celular (microscopía, número de colonias), masa celular (peso seco, medida del nitrógeno celular, turbidimetría) o actividad celular (grado de actividad bioquímica en relación al tamaño de la población). todos estos métodos se clasifican en dos apartados: métodos directos y métodos indirectos.

• recuentos pueden clasificarse en:

– directos e indirectos

– viables o totales• existen diversos métodos tales como:

– recuento directo al microscopio– recuento en placas– método de las diluciones– turbidimetría– numero mas probable– filtración


SALES DE TETRAZOLIUM

VIABLES

FILTRO MEMBRANA

BREED

PETROFHAUSSEN

EPIFLUORESCENCIA

TOTALES

DIRECTOS

NMP RECUENTO EN PLACA

VIABLES

INDIRECTOS

RECUENTOS


DILUCIONESDILUCIONES:


SUSTANCIAS SUSTANCIAS ANTIMICROBIANASANTIMICROBIANAS

• AGENTE ANTIMICROBIANO: SUSTANCIA QUIMICA QUE DESTRUYE O INHIBE LA PROLIFERANCION DE LOS MICROORGANISMOS– PRODUCTO NATURAL– SINTESIS QUIMICA

• PRODUCTO NATURAL: ANTIBIOTICOS LOS CUALES EN SU MAYORIA SON PRODUCIDOS POR MICROORGANISMOS.


EFECTO BACTERIOSTATICOEFECTO BACTERIOSTATICO• SE OBSERVA CUANDO SE INHIBE SE OBSERVA CUANDO SE INHIBE

LA PROLIFERACION PERO NO LA PROLIFERACION PERO NO TIENE LUGAR LA MUERTE TIENE LUGAR LA MUERTE CELULAR.CELULAR.

• UN AGENTE BACTERIOSTATICO:UN AGENTE BACTERIOSTATICO:

– INHIBE LA SINTESIS DE INHIBE LA SINTESIS DE PROTEINASPROTEINAS

– ACTUA UNIENDOSE A LOS ACTUA UNIENDOSE A LOS RIBOSOMASRIBOSOMAS

– PUEDE ACTUAR EL EFECTO PUEDE ACTUAR EL EFECTO DILUCIONDILUCION

– EJEMPLO:EJEMPLO:

– Streptomicina, Tetraciclina, Streptomicina, Tetraciclina, CloramfenicolCloramfenicol

– Tetraciclinas y estreptomicinas Tetraciclinas y estreptomicinas ((30S30S)

– Cloramfenicol (50S)


AGENTES BACTERICIDASAGENTES BACTERICIDAS• EVITAN LA EVITAN LA PROLIFERACIONPROLIFERACION E E

INDUCEN LA MUERTE, PERO NO INDUCEN LA MUERTE, PERO NO TIENE LUGAR LA LISIS O TIENE LUGAR LA LISIS O RUPTURA CELULAR.RUPTURA CELULAR.

• SE UNEN MUY SE UNEN MUY INTIMAMENTEINTIMAMENTE CON CON SUS BLANCOS CELULARES Y NO SUS BLANCOS CELULARES Y NO PUEDEN ELIMINARSE POR PUEDEN ELIMINARSE POR DILUCIÓN.DILUCIÓN.

• SON EJEMPLO DE ESTOS SON EJEMPLO DE ESTOS AGENTES LOS AGENTES LOS METALES METALES PESADOS.PESADOS.

• Ejemplos:Ejemplos:

• Ácido Nalidíxico, RifampicinaÁcido Nalidíxico, Rifampicina


AGENTES BACTERIOLITICOSAGENTES BACTERIOLITICOS• INDUCEN LA MUERTE POR INDUCEN LA MUERTE POR LISIS LISIS

CELULAR.CELULAR.

• ESTO SE OBSERVA EN LA ESTO SE OBSERVA EN LA DISMINUCION DEL DISMINUCION DEL NUMERO DE NUMERO DE CELULASCELULAS O EN LA O EN LA TURBIDEZTURBIDEZ, , DESPUES QUE SE AGREGA EL DESPUES QUE SE AGREGA EL BACTERIOLITICOBACTERIOLITICO

• PENICLINAPENICLINA : SINTESIS DE PARED : SINTESIS DE PARED

• AGENTES QUE ACTUAN A AGENTES QUE ACTUAN A NIVEL NIVEL DEDE MEMBRANAMEMBRANA: KOH, ALCOHOLES, : KOH, ALCOHOLES, DETERGENTESDETERGENTES

• Inhibición de la síntesis de la pared Inhibición de la síntesis de la pared celular: celular:

• Cicloserina, PenicilinaCicloserina, Penicilina

• Alteración de la permeabilidad de la membrana:

• Anfotericina B, Polimixina, Nistatina


AGENTES : AGENTES : quimioterapeúticosquimioterapeúticos

• TOXICIDAD SELECTIVA:TOXICIDAD SELECTIVA: EL AGENTE ES MAS EL AGENTE ES MAS EFECTIVO CONTRA EL MICROBIO QUE CONTRA EFECTIVO CONTRA EL MICROBIO QUE CONTRA EL HUESPED ANIMAL O VEGETAL.EL HUESPED ANIMAL O VEGETAL.

• CUANDO OCURRE LO ANTERIOR EL AGENTE CUANDO OCURRE LO ANTERIOR EL AGENTE RECIBE EL NOMBRE DE RECIBE EL NOMBRE DE QUIMIOTERAPEUTICOQUIMIOTERAPEUTICO..

• EL EFECTO DE UN AGENTE ANTIMICROBIANO SE EL EFECTO DE UN AGENTE ANTIMICROBIANO SE PUEDE ESTUDIAR CON LA AYUDA DE:PUEDE ESTUDIAR CON LA AYUDA DE:– CONCENTRACION MINIMA INHIBITORIA CMICONCENTRACION MINIMA INHIBITORIA CMI– ANTIBIOGRAMAANTIBIOGRAMA– ESPECTRO DE ACCION


CMI


ANTIBIOGRAMA


Zona de Inhibición Sensibilidad de la cepa

0 a 10mm de diámetro Resistente

10 a 15mm de diámetro Medianamente resistente

15 a 25mm de diámetro Sensible

25mm o más de diámetro Muy sensible


• Resistencia Antibiótica•Natural o Adquirida •Cromosómica o Plasmídica•(Transposones)

•Mecanismos de Resistencia:•Trastornos de la Permeabilidad•Alteraciones del Sitio Blanco •Hidrólisis Enzimática


EFECTO DE LOS FACTORES AMBIENTALES EFECTO DE LOS FACTORES AMBIENTALES SOBRE EL CRECIMIENTOSOBRE EL CRECIMIENTO

• No todos los microorganismos responden de la misma manera a los factores ambientales, lo que para unos puede ser beneficioso para otros es perjudicial

• Los requerimientos para el crecimiento microbiano se Los requerimientos para el crecimiento microbiano se pueden dividir en dos categoríaspueden dividir en dos categorías:

• FISICOSFISICOS:: QUIMICOSQUIMICOS::– TEMPERATURATEMPERATURA AGUAAGUA– pHpH FUENTE DE C Y DE NFUENTE DE C Y DE N– PRESION OSMOTICAPRESION OSMOTICA SUSTANCIAS MINERALESSUSTANCIAS MINERALES

OXIGENOOXIGENOFACTORES ORGANICOS FACTORES ORGANICOS DE CRECIMIENTO DE CRECIMIENTO


TEMPERATURAS CARDINALES: Tº MAXIMA, Tº OPTIMA Y Tº MINIMA


REQUERIMIENTOS FISICOSREQUERIMIENTOS FISICOS

• de acuerdo al rango de temperatura tenemos :de acuerdo al rango de temperatura tenemos :• psicrofilos, mesofilos y termofilospsicrofilos, mesofilos y termofilos..


pH:pH:acidófilos(0 y 5.5ph)acidófilos(0 y 5.5ph), , alcalófilos(8.5y11.5)alcalófilos(8.5y11.5) y y neutrofilos(5.5 y 8.0)neutrofilos(5.5 y 8.0)


DISPONIBLIDAD DE AGUA • Todos los organismos requieren Todos los organismos requieren

H2O para vivir. H2O para vivir. • Halófilos:Halófilos: microorganismos que microorganismos que

viven en altas concentraciones viven en altas concentraciones de sales.de sales.algunas bacterias se algunas bacterias se han adaptado muy bien a han adaptado muy bien a ambientes con altas ambientes con altas concentraciones de sal (nacl): concentraciones de sal (nacl): – halotolarentes,(toleran halotolarentes,(toleran

conentraciones de nacl) y losconentraciones de nacl) y los– halófilas ( requieren nacl halófilas ( requieren nacl

para su crecimiento, para su crecimiento, moderados(6-15%) y moderados(6-15%) y extremos(15-30% nacl).extremos(15-30% nacl).

• OsmófilosOsmófilos: microorganismos que : microorganismos que viven en altas concentraciones viven en altas concentraciones de azúcares.de azúcares.

XerófilosXerófilos: microorganismos que : microorganismos que viven en ambientes secos. viven en ambientes secos.

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Crecimiento aeróbico y anaerobico

• Crecimiento de algunas bacterias depende de la presencia de oxigeno (aerobias y facultativas)

• Otras mueren (anaerobicas)• La utilizacion de O2 genera productos

toxicos como superoxido y H2O2• Algunos mo aerobios y facultativos poseen

enzimas superoxido dismutasa y catalasa para detoxificar estos productos


Presencia de O2

Aerobios Anaerobios(ausenciaO2)

MicroaerofilosRequiere(1-15%)

ObligadosO2(21%)

AerotolerantesNo requieren

crecen peor en O2

Extrictos, obligadosO%, letal

FacultativosNo requieren crecen mejor

en presencia de O2


RADICALES LIBRES SUPEROXIDORADICALES LIBRES SUPEROXIDO

Enzimas que actúan sobre especies moleculares derivadas del oxigeno


FISIOLOGIA CELULAR

ESTUDIA LOSPROCESOS VITALES DE

LA CELULA MICROBIANA

SE AGRUPAN EN TRES FUNCIONES

VITALES QUE SON:

NUTRICION RELACION REPRODUCCION


Nutrientes1- Fuente de energía luz

química2- Macronutrientes

H KO MgC NaN 95% CaS FeP

3- Micronutrientes (elementos traza)Co, Zn, Mo, Cu, Mn, Ni, Se, W

4- Factores de crecimiento•Vitaminas•Purinas y pirimidinas•Aminoácidos


Todos los organismos

Quimiotrofos Fototrofos

QuimioorganotrofosQuimiolitotrofos

Fotoheterotrofos FotoautotrofosMixotrofosQuimiolitotrofos

DIVERSIDAD METABÓLICADIVERSIDAD METABÓLICA

Fuente de Energía: Comp. Químicos Fuente de energía: luz

C = CO2 C = orgánico C = CO2 C = orgánico


Tipos nutricionalesFUENTE DE ENERGIA FUENTE DE CARBONO

FOTOTROFOS LUZ

QUIMIOTROFOS QUIMICA

AUTOTROFOS

CO2

HETEROTROFOS

COMPUESTOS ORGANICOS

FUENTE DE ENERGIA FUENTE CARBONO

Fotoautrotofos Luz CO2

Fotoheterótrofos Luz Compuestos orgánicos

Quimioautotrofos Química CO2

quimioheterotrofos Química Compuestos orgánicos


METABOLISMOMETABOLISMO

Visión simplificada

del metabolismo celular


5.ensam blaje

4. polim erización

3.biosíntesis

2.reacciones catabólicas

1.m ecanism os de entrada

etapas del m etabolism o

ANABOLISM Osíntes is

CATABOLISM Odeg radación

M ETABOLISM OActividades

relación, nutrición y reproducción

ATPfosforila. n. sustrato

quim iosm osis

Poder reductorrxn redox

NADNADP

REQUERIM IENTOSm ateriales(nutrientes)

fuerza conductora(ATP y poder reductor)plan (organización)


Respiración anaerobia

láctica alcoholica

Ferm entación

M ET ABOLISM OANAEROBIO

12 m etabolitos precursoresAT P

Poder reductor

Respiración aerobiaglicolisis

ciclo Krebsruta pentosa fosfato

M ET ABOLISM OAEROBIO

M ET ABOLISM O


Mecanismos de obtención energía

quimioheterotrofos autrotofos

quimioautrotofos fotoautrotofosFermentación respiración

Fotosíntesis oxigenica

Fotosíntesis anoxigenica


ADP + Pi + E ATP + H2O

Generación de ATPGeneración de ATP

• 1.- Fosforilación a nivel de sustrato

• 2.- Fosforilación oxidativa (Transporte de electrones):


FLUJO ENERGETICO Y DE CARBONOFLUJO ENERGETICO Y DE CARBONO ALTERNATIVAS DE GENERACION DE LA ENERGÍA

1. Respiración aeróbica

Comp. orgánicoComp. orgánico

NO3-

CO2

CO2

ATP

BiosíntesisO2

Flujo de e- Flujo de C

2. Respiración anaeróbica

Comp. orgánicoComp. orgánico

ATP Biosíntesis

S0 SO4-2 aceptores orgánicos de e-



3. Metabolismo quimiolitotrófico

NO3-

CO2

ATP

BiosíntesisS0 SO4-2 O2


4. Metabolismo fototrófico

LUZ ATP + CO2 BIOSINTESIS


I . CATABOLISMO I . CATABOLISMO

DE CARBOHIDRATOSDE CARBOHIDRATOS

Visión general de la respiración y la fermentación


Resumen de la respiración aeróbica en procariontes


Catabolismo de proteínas, carbohidratos y lípidos


FermentaciónFermentación


FERMENTACION

a) Utiliza una fuente de energía en ausencia de un aceptor externo de electrones

b) El donador de e se oxida por completo y después de algunos intermedios queda reducido

TIPOS DE FERMENTACIONES

a) F. Alcohólica hexosa CO2 + etanol Levaduras Zymomonas

b) F. Homolactica hexosa ac. láctico Streptococcus Lactobacillus

c) F. Heterolactica hexosa ac. láctico Leuconostoc

etanol, CO2

d) F. Propiónica lactato Propionato Propionibacterium

(acetato, CO2) Clostridium propionicum

e) F. Ac. mixta hexosa Butanol Enterobacterias

2,3 butanodiol E. Coli, Shigella

acetato, formato, lactato, succinato Salmonella

) f) F. Ac. butírica hexosa Butirato Clostridium butiricum

Acetato, H2 + CO2

g) F. Butanólica hexosas butanol Clostridium butiricum

Acetato, acetona, etanol


GENETICA MICROBIANAGENETICA MICROBIANA• los procesos moleculares responsables de la los procesos moleculares responsables de la

proliferacion celular pueden dividirse en diversos proliferacion celular pueden dividirse en diversos estadios tales como los que siguen.estadios tales como los que siguen.

• replicacionreplicacion

• transcripcióntranscripción

• traduccióntraducción


LA INFORMACION CONTENIDA EN EL LA INFORMACION CONTENIDA EN EL DNA ES EL PLAN MAESTRO DEL DNA ES EL PLAN MAESTRO DEL

METABOLISMO.METABOLISMO. LA INFORMACION GENETICA PASA LA INFORMACION GENETICA PASA DEL DNA AL RNA QUE DIRIGE LA DEL DNA AL RNA QUE DIRIGE LA SINTESIS DE PROTEINAS. SINTESIS DE PROTEINAS. POR LO POR LO TANTO EL DNA DIRIGE TODO EL TANTO EL DNA DIRIGE TODO EL METABOLISMO.METABOLISMO.


Los RNAm en procariontes son policistrónicos, lo cual no ocurre en eucariontes


REPLICA EN PLACA: TECNICA PARA IDENTIFICAR Y AISLAR CEPAS

MUTANTES


Mutantes auxotroficas, que desarrollan un requerimirnto nutricional por mutación


PRUEBA DE AMES• determina, por selección directa, la capacidad de un compuesto

mutagénico para producir reversiones, mutaciones que revierten la mutación original, produciendo una auxotrofia y permitiendo a la cepa crecer en ausencia de histidina.

• se mezcla el compuesto químico a evaluar con hígado de rata macerado, una fuente rica en enzimas que convierten algunos compuestos químicos inocuos en carcinógenos.

• Si un compuesto químico da negativo en la prueba de Ames, probablemente será inocuo.

• Si es positivo, es con certeza mutagénico y probablemente carcinógeno.

• Aproximadamente, el 90% de los compuestos químicos que se dan como mutagénicos en la prueba de Ames, también son carcinógenos en las posteriores pruebas con animales.


PRUEBA DE AMES


Intercambio genético

• Conjugación

• Transformación

• transducción


PROCESO CONJUGACION


FIJACION DNA LIBRE

PASO DE CADENA DNA

CADENA SIMPLE SE RECOMBINA CON REGIONES HOMOLOGO DEL DNA BACTERIANO

CELULA TRANSFORMADA

TRANSFORMACION


Transducción generalizada, particulas con DNA hospedador


FAGOS TEMPERADOS O LISOGENICOS


Ciclo lítico

• Fijación

• Penetración

• Eclipse

• Ensamblaje

• Liberación


¡Muchas gracias por su atención!

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