Crecimiento microbiano

En microbiologa el crecimiento se define como el incremento

en el nmero de clulas.

La biparticin o fisin binaria es el proceso por el cual una

clula se divide para formar dos

clulas iguales.

La formacin de dos clulas a partir de una, se llama

generacin y el tiempo

requerido para la divisin es el

tiempo de generacin o tiempo de duplicacin.

Fisin binaria

Durante la fisin binaria cada clula

recibe una copia del cromosoma, de

los ribosomas, complejos

macromoleculares, as como

monmeros y iones inorgnicos para

existir como una clula

independiente.

El ADN se ancla a la membrana y as,

cada clula hija se queda con una

copia.

Hay formacin de un septo que dar

lugar a cada una de las clulas, las

envolturas rodean a cada copia del

ADN, dando lugar a la separacin de

las clulas.

Fisin binaria

Current Biology 19, R812 R822 (2009)

La formacin de

septo y la

posterior

separacin

celular difiere

segn el tipo de

bacteria.

Crecimiento bacteriano

Current Biology 19, R812 R822 (2009)

La presencia de

protenas

especficas en

los polos indica

la orientacin

del crecimiento

de las hifas.

Protenas Fts

Las protenas Fts (filamentous

temperature sensitive) interactan

para formar el aparato de divisin llamado divisoma.

FtsZ polimeriza y forma una anillo en el centro de la clula. FtsA es una enzima ATP hidrolasa que provee la energa para

ensamblar protenas en el

divisoma.

ZipA ancla a FtsZ a la membrana citoplasmtica.

FtsI es una protena involucrada en la sntesis de peptidoglucano y es tambin llamada protena de unin a penicilina (PBP) debido a

que su actividad es bloqueada por el antibitico.

Replicacin del ADN

La replicacin del ADN ocurre previo a la

formacin del anillo FtsZ, ste se forma en el

espacio entre los cromosmas duplicados.

MinC es un inhibidor de la divisin celular y previene que FtsZ ensamble el anillo hasta

que el centro se encuentre formado.

MinE inhibe la actividad de MinC y se ancla al centro de la divisin.FstK participa en la segregacin del genoma.

FstZ tambin tiene actividad de GTP hidrolasa, libera energa para la polimerizacin y despolimerizacin, as como

para el ensamblaje y desensamblaje del

anillo.

Protena MreB y la forma de las bacterias

La presencia de la protena

MreB se ha relacionado con la

forma de las bacterias no

cocoides.

FtsZ tubulina bacteriana.MreB actina bacteriana.

Nature Cell Biology 5, 175 - 178 (2003)

Forma

de las

bacterias

MreB vs.

FtsZ

AutolisinasLas enzimas autolisinas tienen

una funcin similar a la lisozima,

realizan pequeos orificios o

poros por los que se van

aadiendo los nuevos

componentes celulares.

Las autolisinas forman parte del

complejo divisoma.

La sntesis del nuevo

peptidoglucano deja en la

clulas Gram positivas una

cicatriz.

La formacin de poros y la

sntesis debe ser coordinada

para evitar la autolisis de la clula.

Bactoprenol y transpeptidacin

El bactoprenol acarrea los precursores de la pared celular, en el

periplasma interacta con la enzima que inserta los precursores

de pared celular y cataliza la formacin del enlace glucosdico.

La transpeptidasa forma el enlace peptdico entre las cadenas de aminocidos de las unidades de murena.

Crecimiento exponencial

Cuando un cultivo se duplica

de manera regular durante un intervalo de tiempo, se

denomina crecimiento

exponencial.

Una grfica aritmtica del crecimiento muestra un

incremento constante

mientras que una logartmica,

permite calcular el tiempo de generacin cuando el

crecimiento es exponencial.

Tiempo de generacin

Tiempo de generacin (G)

es el tiempo requerido para que una clula se

divida o una poblacin se

duplique.

G = t/n

En donde t es el tiempo

total de incubacin y n es el nmero de generaciones.

Nmero de

generaciones

2n Nmero

total de

clulas

0 20 1

1 21 2

2 22 4

3 23 8

4 24 16

5 25 32

6 26 64

N = No2n

N = No 2t/G

lnN = lnNo + (t/G) ln2Donde N es el nmero de clulas

Tiempo de generacin

t ln2

G = ___________________________

ln N - ln No

Si es igual a ln2/G, en donde es la velocidad de crecimiento especfica, entonces la ecuacin queda:

lnN = lnNo + t

y = mx + b

Si despejamos G de la ecuacin queda:

Tiempos de duplicacin

Bacteria Medio Tiempo de

duplicacin

(minutos)

Escherichia coli Glucosa-sales 17

Bacillus megaterium Sacarosa-sales 25

Streptococcus lactis Leche 26

Staphylococcus aureus Medio de infusin de

corazn

27-30

Streptococcus lactis Medio con lactosa 48

Lactobacillus acidophilus Leche 66-87

Rhizobium japonicum Manitol-sales-extracto

de levadura

344-461

Mycobacterium tuberculosis Medio definido 762-932

Treponema pallidum Testculos de conejo 1980

Curva de crecimiento

A

B

CD

E

Tiempo

Log

de

l n

me

ro d

e

mic

roo

rga

nis

mo

s

Curva de crecimiento

A (Fase Lag). Periodo de latencia o adaptacin: no hay aumento significativo de la densidad celular, el crecimiento es

asincrnico.

B (Fase Log). Periodo de crecimiento exponencial, el crecimiento es sincrnico y se alcanza la mxima velocidad

de crecimiento.

C (Fase pre-estacionaria). Periodo de retardo, desaparece el crecimiento exponencial, los microorganismos entran en estrs.

D (Fase estacionaria). Periodo estacionario: no hay cambios significativos de la densidad celular con respecto al tiempo,

existe un equilibrio entre los microorganismos vivos y muertos.E (Fase de muerte). Fase en la que el equilibro desaparece y predominan los microorganismos muertos. No hay nutrientes

para el recambio y las condiciones del medio de cultivo son

adversas para el crecimiento.

Tipos de cultivo

Cultivo en lote

Cultivo en lote alimentado

Cultivo en continuo

Temperatura

2. Las reacciones enzimticas aumentan su velocidad.

3. Las reacciones enzimticas se llevan a cabo a su mxima

velocidad.

4. Desnaturalizacin de protenas y membrana citoplasmtica.

Lisis trmica.

ptimo

Temperatura

Mximo

Mnimo

(1)

(2)

(3)

(4)

Velocidad de crecimiento

1. Gelificacin de la

membrana; los procesos de

transporte se llevan a

cabo lentamente y

no hay crecimiento.

Temperatura

Temperatura. Clasificacin

Clasificacin de microorganismos de acuerdo a su temperatura

ptima de crecimiento

Psicrfilos 0 - 20C Flavobacterium sp. 13C

Mesfilos 20 - 40C Escherichia coli 37C

Termfilos 40 60C G. stearothermophylus 60C

Hipertermfilos 60 80C Thermococcus celer

Termfilos extremos > 80C Pyrodictium brockii

Psicotrficos: Microorganismos que crecen a temperatura ambiente pero

causan contaminacin en condiciones de refrigeracin.

Temperatura

Nature 409, 1092-1101 (22 February 2001)

Microorganismos patgenos

E. coli

Helicobacter pylori

Candida albicans

Trichomonas vaginalis

pH

Microorganismos pH

1

2

Acidfilos 3

4

5

6

Neutrfilos 7

8

9

10

Alcalfilos 11

12

13

14

pH

pH 8.88.3

Nature 409, 1092-1101 (22 February 2001)

pH 3.33.5

Oxgeno

Enzimas Metabolismo Ejemplos

Aerobios

Obligados Es necesario para el crecimiento, contiene SOD y catalasa.

Respiracin aerobia

Micrococcus luteusP. aeruginosa

Facultativos Crecen mejor en presencia de oxgeno, presentan SOD y

catalasa.

Respiracin aerobia,

anaerobia y fermentacin

Enterobacter sp.

S. cerevisiae

Microaeroflicos Requieren baja concentracin de O2, presentan SOD y catalasa.

Respiracin aerobia

Spirillum vollutans

Anaerobios

Aerotolerantes No requieren O2, pero crecen en su presencia. Slo SOD.

Fermentacin S. pyogenesClostridium sp.

Obligados El O2 es letal, no contiene enzimas destoxificantes

Fermentacin o respiracin

anaerobia

Metanobacterium formicicum

Enzimas destoxificantes

O2 + e- O2

- Superxido

O2- + e- + 2H+ H2O2 Perxido de hidrgeno

H2O2 + e- + H+ H2O + OH

. Radical hidroxilo

HO. + e- + H+ H2O AguaReaccin general: O2 + 4e

- + 4H+ 2H2O

PeroxidasaH2O2 + NADH + H

+ 2H2O + NAD+

Superxido dismutasa (SOD) O2

- + O2- + 2H+ H2O2 + O2

CatalasaH2O2 + H2O2 2H2O + O2

Relacin con el O2

Aerobio facultativo

Microaeroflico Anaerobio aerotolerante

Anaerobio obligado

Aerobio obligado

Crecimiento en medio fluido de Tioglicolato.

Cultivo de anaerobios

Jarra de anaerobiosis

NaHCO3 + NaBH4 + O2 CO2 + H2O + H2

Concentracin de solutos

Concepto Definicin

No Halfilos Crecen en concentraciones de 1-6 % de NaCl

Halfilos moderados Crecen en concentraciones de 6-15% de NaCl

Halfilos extremos Crecen en concentraciones de 15-30% de NaCl

Halotolerantes Toleran disminuciones en el aw pero crecen mejor en

ausencia de solutos.

Osmfilos Son capaces de vivir en altas concentraciones de azcares.

Xerfilos Crecen en condiciones de aw bajo.

Actividad del Agua

aw es la relacin entre la presin de vapor del aire en equilibrio con una sustancia o solucin a la presin de vapor a la misma temperatura del agua pura.

aw Medio de

crecimiento

Microorganismos que

desarrollan

1.000 Agua pura Caulobacter, Spirillum

0.995 Sangre humana Streptococcus, Escherichia

0.980 Agua salada Pseudomonas, Vibrio

0.950 Pan Muchos cocos G+

0.900 Miel de maple, jamn Cocos G-

0.850 Salami Saccharomyces rouxii

0.850 Pastel de frutas, jalea Saccharomyces bailii, Penicillium

0.800 Lagos salados Halobacterium, Halococcus

0.750 Cereales, dulces, frutas

secas

Xeromyces bisporus y otros hongos

xerfilos.

Solutos compatibles

Son compuestos que forman los microorganismos para

compensar la concentracin de solutos exterior.

Aminocidos: Glicina-betana y ectoina

Carbohidratos: Sacarosa y trehalosaPoli alcoholes: Manitol y glicerolOtros: KCl y propionato dimetilsulfnico (PDS)

N

CH3

CH3

CH3 CH2 COO-

Glicina-Betana

CH2

CH3

CH2N

CC

N COO-

Ectoina

Formacin de solutos compatibles

Organismo Soluto principal aw mximo

Bacterias no fottrofas Glicina betana , prolina (G+),

glutamato (G-)

0.97 0.90

Cianobacterias de agua dulce Sacarosa, trehalosa 0.98

Cianobacterias marinas

Algas marinasa-glucosilglicerol

Manitol, glucosidos, prolina,

PDS

0.92

Cianobacterias de lagos salados Glicina betana 0.90 0.75

Bacterias fototrpicas, anoxignicas

haloflicas

( Ectothiorhodospira)

Glicina betana. Ectona,

trehalosa

Arqueas halfilas extremas

(Halobacterium) y algunas

bacterias (Haloanaerobium)

KCl 0.75

Alga verde haloflica (Dunaliella) Glicerol 0.75

Levaduras xerfilas Glicerol 0.83 0.62

Hongos filamentosos xerfilos Glicerol 0.72 0.61