Teorico 8 Division Celular y Crecimiento Bacteriano
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Bibliografía White Ed.2014, Brock ed. 12, 13 y 14 • Secuencia de acontecimientos identificables que ocurren en una secuencia fija, desde que surge una nueva célula hasta que ésta se divide en dos hijas ( fisión binaria) • En el ciclo existen diferentes períodos – replicación del ADN cromosómico – formación del septo y división celular – formación de los nuevos componentes celulares Fisión binaria: dos células de una : 1.Cuando la bacteria alcanza un tamaño crítico ….. 2.Replicación del DNA.. Los cromosomas hermanos viajan hacia los polos.. Cada célula recibe un cromosoma 3.Formación del septum 4.El septum se completa 5.División celular o citoquinesis Elongación celular Replicación de DNA y migración Formación septum -dirección 5¨-3¨? DNA polimerasas Replicación múltiple Crecimiento concertado hacia adentro de las tres capas de la envoltura celular, MC. PG y ME Formación del septo: micrografía Se distinguen dos nucleoides a cada lado del plano de división indicando que la replicación y la segregación de cromosomas ya ha ocurrido. Se observa un septum naciente en la mitad de la célula. Crecimiento hacia adentro de la pared y la membrana celular Proteínas requeridas para la formación del septo y división celular Están presentes en todas las bacterias Fts : Proteínas filamentosas sensibles a T FtsZ, FtsA, ZipA, FtsK, FtsQ, FtsL, FtsB, FtsW, FtsI (PBP3) las dos primeras citoplasmáticas y las otras asociadas a membrana Fts Z : Forma un anillo en el centro de la célula presente en eubacteria, arquea, mitocondria y cloroplasto. Está relacionada con tubulina de eucariotas Las proteínas Fts interaccionan con el aparato de división celular formando el divisoma Etapas de la citoquinesis 1-Ensamblado del anillo FtsZ en la membrana citoplasmática, regulado temporal y espacialmente 2-Formación del divisoma ( agregado de proteínas esenciales para la división) 3-Activación del divisoma para la síntesis del peptidoglicano y separación de las células hijas FtsZ que es un anillo desordenado de filamentos cortos , las interacciones de empaquetamiento lateral entre los filamentos conducen la contracción. Las subunidades de FtsZ forman los protofilamentos uniendo GDP FtsZ diseminada FtsZ-la saga del anillo FtsZ se concentra en la parte central para formar el anillo, es anclada a la membrana por ZipA Reclutamiento de otras proteínas (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) Modulación del ensamblado de FtsZ (FtsA, ZipA, Zapa), Conexión del anillo Z a la membrana citoplasmática (FtsA, ZipA), coordinación de la tabicación con la segregación cromosómica (FtsK), La síntesis de la pared celular de peptidoglicano (FTsI, FtsW) y la hidrólisis de peptidoglicano para separar las células hijas (AMIC, EnvC). El anillo septal también contiene muchas proteínas de función esencialmente desconocida [FtsEX, FtsQ, FtsL, FtsB (antes llamado YgbQ) y FTSN Maduración del divisoma Divisoma: aparato de división Orquesta la síntesis de nuevo material para la membrana y pared, formación del septum Divisoma: disposición de las proteínas Dinámica de FtsZ durante la división celular Quimera FtsZ-GFP expresada En E.coli Qin, S. and Margolin, W. (1998 Selección del Sitio de división Sistemas Min y NOC SlmA y Noc NatureReviewMicrobiology Selección del sitio de división MinC inhibe la polimerización de FtsZ ON Inhibe la formación Del septo encima del nucloide Min MinCD y MinE El bloqueo de la división en los polos de la célula Selección del sitio de división Variaciones en la formación del septo MinCD Relación con otras proteínas de citoesqueleto Localizacion Define la forma reclutando proteínas que orquestan el crecimiento de la pared en un patrón específico van Teeffelen S et al. PNAS 2011;108:15822-15827 ©2011 by National Academy of Sciences Las proteínas del citoesqueleto controlan la posición de las sintasas y las hidrolasas No tienen MreB Son formas de reproducción asexual alternativas a la típica fisión binaria, donde se presentan mecanismos y formas mas complejas las cuales también son esenciales para su propagación Esporulacíon : división asimétrica no reproductiva Bacillus subtilis Ciclo vegetativo, condiciones favorables En condiciones de estrés División asimétrica No es ciclo reproductivo Pero otros formadores de esporas la esporulación es parte de su forma de vida normal y un modo de propagación Esporas múltiples como forma de reproducción El ciclo ocurre en el tracto GI div. En ambos polos heces Maduracion Descendencia intracelular múltiple : Epulopiscium spp -Esta bacteria produce su descendencia viva? en su interior Para su reproducción Epulopiscium produce descendencia en su interior Normalmente crecen dos ejemplares en el citoplasma hasta que la célula madre Se revienta y muere liberándolos Multiple descendencia por fisión múltiple •Cianobacterias. El ciclo de vida empieza con un baeocito ( células pequeñas) •En el crecimiento vegetativo , la célula se expande y produce una matriz densa y extracelular, llamada capa F •En el crecimiento celular, el DNA se replica y el nucloide se agrega •La célula empieza su fase reproductiva donde suceden multliples fisiones produciendo cientos o decenas de baeocitos •La matriz celular se abre y libera los baeocitos Algunas Cianobacterias En Stanieria: Nunca ocurre la fisión binaria, Es fisión multiple Bacterias que geman y con prosteca La división tiene lugar debido a un crecimiento celular no balanceado La célula madre retiene su identidad después de la división celular Presentan crecimiento polar Bacterias con patrón de división asimétrico (productos desiguales) Caulobacter crescentus La división de una célula prostecada ocurre mediante elongación celular seguida de una fisión en el extremo opuesto de la prosteca se desarrolla un flagelo. La forma flagelar se separa, se fija a un soporte y sintetiza una prosteca Caulobacter crescentus swarmer Diferente estructura de DNA y habilidad replicativa, Trascripción diferencial Proteínas diferenciales Ensamblado ordenado de estructuras subcelulares Entre estado móvil e inmóvil Hyphomicrobium Célula con una hifa y una yema joven Bacteria que geman Hiphomicrobium Liberan yemas del extremo de las hifas alargadas La cél.móvil tiene rol en dispersión, no replica DNA Cuando crece la prosteca esta cel. Puede replicar el DNA Crece una yema, roma el septo se divide se flagela y se va Otros bacterias con ciclos de vida y reproducción diferente Bdellovibrio ( sanguijuela curva) Fase de ataque Fase parasitaria “crecimiento” Pierde el flajelo.. bdeloplasto Crecimiento como filamento Septación y liberación Ciclo de vida de Bdellovibrio Streptomyces Introducción al Crecimiento Microbiano • Puntos de vista de estudio: – Crecimiento individual: ciclo celular – Crecimiento Poblacional • Cinética del crecimiento • Factores que afectan al tiempo de generación (g) • Factores ambientales que afectan al crecimiento – Físicos – Químicos Crecimiento microbiano • Crecimiento de un sistema biológico: incremento ordenado de todos los componentes del sistema biológico aumento de la masa celular multiplicación celular • En microbiología crecimiento aumento del nº de individuos a lo largo del tiempo Individual Una generación Poblacional varias generaciones El crecimiento de una población resulta de la suma de los ciclos celulares de todos los individuos de dicha población. Crecimiento microbiano • g • • • Crecimiento aumento de microorganismos a lo largo del tiempo Si hacemos el experimento en el laboratorio… Ejemplo de un cultivo cuyo g=30 min Tratamiento matemático como progresión geométrica El aumento en la población del n° de células es una progresión geométrica en base dos en un cultivo creciendo exponencialmente, si partimos de una cél luego de una generación tendremos 2, luego 4 luego 8 etc….. 1,2, 22 , 23..................2n Si partimos de N° cél, el número de células finales será N=No. 2n n por lo tanto N/No= 2 n° de generaciones Teniendo en cuenta el tiempo total transcurrido se puede calcular el n de generaciones, o se puede calcular g midiendo otros parámetros n=(t-to)/ g ó n = t/g Reemplazando N=No. 2t/g La transformación de esta ecuación en una recta (tomando logaritmos) rinde lo siguiente lnN-lnNo =(t/g) x ln2 (1) N=N02n Tratamiento del crecimiento en función de la tasa de crecimiento µ en una población de bacterias que se encuentre en el medio adecuado y se mantienen constantes todos los parámetros nutricionales y ambientales (premisa) todos los constituyentes aumentan proporcionalmente por un mismo factor en la unidad de tiempo coeficiente exponencial de crecimiento μ la velocidad de crecimiento de cualquier componente ,en un tiempo corto, puede expresarse matemáticamente , de la siguiente manera dX/dt=mX Considerando el número de células N dN/dt=m. N velocidad de aumento de un componente es igual a una constante de proporcionalidad por la cantidad del componente Agrupando Coeficiente exponencial de crecimiento dN/N=m. dt Integrando se transforma en una ecuación exponencial N = N0 eµ(t-to) La transformación de esta ecuación en una recta (tomando logaritmos) rinde lo siguiente lnN-lnNo=m.(t-to) (2) lnN-lnNo =(t/g) x ln2 (1) ln N-ln No=m.t (2) reemplazando t/g.ln2=m.t ln2/g=m. Es decir, que hay una correlación inversa entre el valor de la tasa de crecimiento (µ) y el tiempo de generación (g) Estas ecuaciones nos permiten predecir cuál será el número de células, masa celular, etc. después de un cierto tiempo de cultivo (t) si conocemos µ; o bien, poder calcular la tasa de crecimiento µ a partir de medidas experimentales del incremento en el número de células, biomasa, etc Crecimiento en un sistema cerrado • El más habitual en laboratorio • Cultivo en frascos, tubos, etc. • No hay aporte nuevo de nutrientes ni es posible eliminar los productos de desecho del cultivo • Se desarrolla a través de una curva característica de crecimiento Parámetros del Crecimiento Fases del Crecimiento Bacteriano Existe div celular aunque no aumente la masa Curva de Crecimiento Es la representación gráfica del logaritmo del número de células en función del tiempo La curva teórica sería una recta si los microorganismos estarían creciendo constantemente pero en la práctica la curva presenta distintas fases: Fase de latencia (lag): Período de adaptación a las nuevas condiciones ambientales en un nuevo medio de cultivo Fase de aceleración :Período donde las células mejor adaptadas comienzan a dividirse, por lo tanto lo hacen gradualmente Fase exponencial o logarítmica (log): La población se incrementa de modo regular , duplicándose a intervalos regulares de tiempo. Se considera que son fisiológicamente iguales y el tiempo de generación es constante. La población aumenta en proporción a los componentes celulares disminuye la tasa global de síntesis de DNA, RNA y proteínas, aumenta la degradación de proteínas, se reorganiza el metabolismo general y se acumulan compuestos de reserva (polifosfato y glucógeno)y osmoprotección (trehalosa y glicina betaina σ RpoS (σs) es el factor específico de la fase estacionaria en E .coli. Se acumula y regula > 50 genes en condiciones de hambreado y otros estreses. Algunos ej.: catalasa, reparación del ADN, genes metabolismo del C, bacteriocinas, genes de virulencia. Métodos de determinación del crecimiento bacteriano Medida de la masa bacteriana (M) Métodos Directos Determinación del peso húmedo Determinación del peso seco Métodos Indirectos Metodos analíticos Turbidimetría Actividades metabólicas: Consumo de nutrientes/producción de metabolitos Medida del número de individuos Métodos Directos Recuento en cámara Citómetros de flujo Contadores electrónicos de partículas (Coulter) Métodos Indirectos Recuento sobre filtros de nitrocelulosa Recuento de viables en placa Métodos analíticos Turbidimetría Actividades metabólicas Factores que afectan el crecimiento bacteriano: • Temperatura • pH • Solutos y aw • Oxigeno. Efecto de la temperatura sobre el crecimiento Clasificación de los microorganismos según la temperatura pH Acidofilos Hongos y algas. Thiobacillus. Staphylococcus aureus Alcalofilos Bacillus Solutos y aw. • Los solutos presentes en el medio compiten por el agua y la “fijan”, disminuyendo la cantidad disponible para los microorganismos. • El agua difunde desde una región con alta concentración de agua (baja concentración de solutos) hasta una región de menor concentración de agua (alta concentración de solutos): Osmosis Oxigeno y crecimiento bacteriano Antibióticos - Clasificación - Efecto: Bacteriostático Bactericida Bacteriolítico - Modo de acción - Mecanismo de Resistencia
