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Capítulo 7Crecimiento Bacteriano

Reproducción Bacteriana Asexual

Fisión binaria * Gemación – Ej. Hyphomonas Fisión múltiple – ciertas cianobacterias Fragmentación Esporas aéreas – Ej. Streptomyces

Sexual Conjugación

Fisión Binaria Durante la fisión binaria cada célula hija

recibe una copia del cromosoma, de los ribosomas, complejos macromoleculares, así como monómeros e iones inorgánicos para existir como una célula independiente.

El ADN se ancla a la membrana y así, cada célula hija se queda con una copia.

Se forma un septo que dará lugar a cada una de las células hijas, las envolturas rodean a cada copia del ADN y finalmente se da la separación de las células.

Binary Fission

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Ciclos CelularesEucariota Procariotas: Bacterias

Ciclo Celular de la Célula Eucariota

Ciclo Celular de la Célula Eucariota

Ciclo Celulary Determinación de Forma

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Ciclo Celular Bacteriano Replicación Cromosómica y Partición del DNA

Origen de la replicación Replisomas Bidireccional

Citocinesis

Proteínas FtsLas proteínas Fts (filamentous temperature sensitive) interactúan para formar el aparato de división llamado divisoma. FtsZ polimeriza y forma un anillo en el centro de la

célula progenitora. FtsA es una enzima ATP hidrolasa, que cliva el ATP que

provee la energía para ensamblar proteínas en el divisoma.

ZipA ancla a FtsZ a la membrana citoplasmática. FtsI es una proteína involucrada en la síntesis de

peptidoglucano y es también llamada proteína de unión a penicilina (su actividad es bloqueada por el antibiótico).

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Proteína MreB y la forma de las bacterias

La presencia de la proteína MreB se ha relacionado con la forma de las bacterias no cocoides. (Bacilos, vibrios)

•FtsZ tubulina bacteriana.•MreB actina bacteriana.

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Síntesis de Peptidoglucano Uridine diphosphate-NAG Algunas moléculas de UDP-NAG son

convertidas en UDP-NAM Principal molécula acarreadora

Bactoprenol – proteína de la membrana bacteriana que transporta a la unidad NAM-NAG a través de la membrana

Formación de la Pared CelularEl bactoprenol acarrea los precursores de la pared celular, en el periplasmainteractúa con la enzima que inserta los precursores de pared celular y cataliza la formación del enlace glucosídico.La transpeptidasa forma el enlace peptídico entre las cadenas de aminoácidos de las unidades de mureína.

Factores que Afectan el Crecimiento

Factores Físicos Abióticos)

Factores físicos Presión hidrostática/atmosférica

E. coli puede crecer a 4,000lb por pulgada cuadrada (lb/sq.in.)

Levaduras dejan de crecer @ de 100lb/sq.in. Temperatura

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Factores Químicos Disponibilidad de agua pH Presión osmótica Disponibilidad de nutrientes * vea

nutrición bacteriana Compuestos tóxicos

Solutos Disponibilidad de Agua

Mecanismos utilizados para protegerse de un ↑ o ↓ en la [ ] de solutos: Formación de cuerpos de inclusión Canales mecano sensitivos en la membrana

plasmática Paredes celulares rígidas Solutos compatibles

Inorgánicos – ej. KCl Orgánicos – colina, betalina, prolina, ácido

glutámico Vacuolas contráctiles

Actividad Acuosa o Actividad de Agua (aw)aw = P/Po = HR/100=F/Fo = ma/ma+P = presión de vapor de agua en alimentoPo = presión de vapor de agua en el agua puraHR = humedad relativaF = fugacidadM = moles de agua (g/18)M = moles de soluto (g/pm)

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Valores (aw) aw = 0.98 – pueden crecer casi todos los

microorganismos patógenos. Los alimentos más susceptibles son la carne o pescado fresco, frutas y vegetales frescos

aw =0.93/0.98 – hay poca diferencia con el anterior. En alimentos con este valor , pueden multiplicarse muchos microorganismos patógenos. Alimentos susceptibles: embutidos fermentados o cocidos, quesos, pan, etc.

Valores (aw) aw = .85/0.93: ↓ aw, ↓ # de patógenos

que sobrevive. Una bacteria que puede sobrevivir es Staphylococcus aureus, que puede causar intoxicación alimentaria. Sin embargo los hongos pueden crecer. Alimentos susceptibles: embutidos curados y madurados, jamón serrano, leche condensada.

Valores (aw) aw = 0.60/0.85: Las bacterias no pueden

crecer a este intervalo; si hay contaminación se debe a microorganismos muy resistentes a la desecación. Pueden crecer en cereales, mermeladas, frutos secos, quesos curados.

aw < 0.60: no hay crecimiento microbiano; algunos hongos pueden crecer. Alimentos resistentes: chocolate, miel, galletas, dulces.

Actividad de agua (aw) - cantidad de agua libre disponible para: el crecimiento del organismo Reacciones químicas Reacciones enzimáticas.

Tiene un valor máximo de 1 y un valor mínimo de 0. Clasificación de los microorganismos (aW)

Osmotolerantes - pueden crecer donde la (aW) es ↑ o ↓.

Halófilos - requieren [ ] de NaCl u otras sales sobre 0.2M

Halófilos extremos - requieren [ ]de NaCl > de 2M para su crecimiento.

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Cómo Controlar la Actividad de Agua

Técnicas usadas: Secado

Aire caliente Congelamiento Aspersión Al vacío

Liofilización Incorporación de sal o azúcar Uso de preservativos

Factors Affecting Microbial Growth 30

Classificationof microbesaccordingto salinitytolerances.

Logaritmo negativo de la { } de H+

Clasificación de los microorganismos (pH) Acidófilos - crecen mejor a un pH de 0-5.5 Neutrófilos - crecen mejor a un pH de @ de 7 Alcalinófilos - crecen mejor a un pH entre 5.5-

8.0 Alcalinófilos extremos - crecen a un pH > de

10.0 “Acid Shock Proteins”

pH La mayoría de las bacterias crece a un

pH entre 6.5-7.5 Los hongos y las levaduras crecen a un

pH de entre a 5-6 Los buffers o amortiguadores usados en

los medios nutritivos: peptona, aminoácidos, sales de fosfato

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Escala de pH

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Temperaturas cardinales Máxima Mínima Óptima

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Factors Affecting Microbial Growth

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Temperatureeffectson growth rate.

Clasificación de los microorganismos Psicrófilos o criófilos - (0 - 20C) Psicrótrofos (psicrófilos )facultativos - 0-35C Mesófilos (20-450C) Termófilos (55-650C) Hipertermófilos (80-1100C)

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Efecto de la Temperatura

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Aerobios estrictos u obligados - requieren O2 para poder crecer.

Anaerobios facultativos - no requieren O2para su crecimiento, pero crecen mejor en su presencia.

Anaerobios aerotolerantes - ignoran el O2pero pueden crecer bien si está presente o no.

Microaerófilos - requieren niveles ↓ de O2(2-10%) para su crecimiento, los niveles atmosféricos de 20% son dañinos para la célula.

Anaerobios estrictos u obligados - no toleran el O2, mueren en su presencia.

Capnofílicos - requieren CO2 para su crecimiento.

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Oxígenoa. Obligate aerobic

b. anaerobes

c. facultativeaerobes

d. Microaerophiles

e. Aerotolerantanaerobes

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Oxygen Requirements: The Shake Tube

Formas Tóxicas de O2

Radicales superóxido O2-

H2O2 OH-

Efectos sobre los microorganismos Oxidan y destruyen componentes celulares

Enzimas que los protegen de los radicales tóxicos: Superóxido dismutasa Catalasa Peroxidasa

Formas Tóxicas de Oxígeno

O2- + 2H superóxido dismustasa H2O2 +H2O

2 H2O2 catalasa 2 H2O + O2

H2O2 + 2 O+ peroxidasa 2 H2O

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Presión

Microorganismos terrestres y los que viven en las aguas superficiales – presiones de 1atmósfera

Profundidades Barotolerantes Barófilos o piezófilos

Radiaciones:IonizantesNo ionizantes

Crecimiento Microbiano En Ambientes Naturales:• Ambientes oligotróficos• “Biofilms”• “Quorum sensing”

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Ambientes oligotróficos ↓ [ ] de nutrientes * Estrategias utilizadas por los

microorganismos para sobrevivir en estos ambientes: Formación de endoesporas Formación de quistes Producción de “Starvation proteins”

Formación de “Biofilms” Son agregaciones de microbios creciendo en

superficies. Los microbios se mantienen unidos por

“Extracellular Polymeric Substances (EPS). Polisacáridos Proteínas Glucoproteínas Glucolípidos DNA

Ventajas para los microorganismos: Protección (UV, antibióticos, desinfectantes etc.

Biofilms… Lugares donde se encuentran:

Sobre estromatolitos Babote Medical devices – ej reemplazo de cadera, Forman la placa dental Tuberías del agua

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“Quorum Sensing” Comunicación de célula a célula dentro

de las poblaciones microbianas. Envuelve la secreción y detección de

señales químicas Hemoserine lactona Acyl HSL synthase

Quorum Sensing en las Gram + Mediada por ferohormona oligopéptido Procesos impactados por QS Mating (conjugación) Esporulación (Bacillus subtilis) Producción de factores de virulencia (Staph aureus) Desarrollo de micelio aéreo (Streptomyces griseus) Producción de antibióticos (S. griseus) Transformación (Streptococcus pneumoniae)

Quorum Sensing en las Gram - Procesos sensibles a QS Bioluminiscencia (Vibrio fischerii) Síntesis y liberación de factores de

virulencia (Pseudomonas aeruginosa) Conjugación (Agrobacter tumefaciens) Producción de antibióticos (Erwinia

carotorova y Pseudomonas aerofaciens) Producción de “Biofilms”(Pseudomonas

aeruginosa)

Cultivo en el Laboratorio De Microbios Celulares

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Métodos para Obtener Cultivos Puros

Métodos……. Cultivos enriquecidos Estriado en placa Esparcido en placa Vaciado o vertido en placa

Dilución en serie

Crecimiento MicrobianoEn microbiología el crecimiento se define como el incremento en el número de células.

La bipartición (fisión binaria) es el proceso por el cual una célula se divide para formar dos células iguales.

El intervalo que transcurre en la formación de dos células a partir de una célula se llama generación y el tiempo requerido para esto es el tiempo de generación o tiempo de duplicación.

Crecimiento Tipos de crecimiento

Auxético Multiplicativo - ↑ en el número de células

Importancia de su estudio Controlar el crecimiento de microorganismos que

causan enfermedades o daños a los alimentos. Promover el crecimiento de microbios beneficiosos

o de aquellos que queremos estudiar

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Etapas (Fases) del Crecimiento Lag (retardada o aritmética) Log (logarítmica o exponencial) Estacionaria o plateau Declinación, muerte

Tiempo de Generación Definición - tiempo que le toma a una

bacteria en crecer, doblar su tamaño y dividirse en dos.

Tiempo de generación de algunos microorg. E.coli (bacilo Gram - , parte de la flora normal

del intestino: (10-20min.) Mycobacterium tuberculosis (bacilo ácido

resistente): > de 12 hrs. Giardia lamblia (parasito de GI): 18 hrs.

Tiempo de Generación

Factores que lo determinan Especie de microorganismo Factores(condiciones)ambientales

Promedio 15-20 min. (varía entre 10min.-24 hrs.)

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Generation Time- the time required for a cell to divide andIts population to double-review Appendix D 2n Determinación del

Crecimiento Determinación del número de células

Conteo directo Cámara Petroff - Hausser Contadores Coulter Hemocitómetros

“Colony Forming Units” (CFU) Vertido en placa Esparcido en placa

Determinación del Crecimiento Determinación de la masa celular

Peso seco Espectrofotometría Determinaciones bioquímicas

Proteínas DNA ATP

Cámara Petroff- Hausser

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FiltraciónPlate Count After incubation, count colonies on plates that have

25-250 colonies (CFUs)

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Conteo en Placa Inocular placa

Petri a partir de dilución

Turbidez

Se utilizan para mantener a las bacterias en la etapa exponencial de crecimiento, a una concentración de biomasa constante, por periodos de tiempo largos. Requiere de: Remoción de nutrientes Provisión constante de nutrientes

Aparatos utilizados: Quimiostato Turbidostato

Qui

mio

sta

to