Crecimiento bacteriano

Crecimiento bacteriano.
Las bacterias pueden crecer en tamaño como todo ser vivo, pero es muy difícil explicar el crecimiento individual de una célula bacteriana. Por lo tanto,
cuando se habla de crecimiento bacteriano normalmente se habla de crecimiento en nº (proliferación).
Una célula individual crece hasta un determinado tamaño a partir del cual la
célula se divide porque la superficie que tiene no es suficiente para mantener su volumen (la superficie crece al cuadrado y el volumen, al cubo). El intercambio de nutrientes se hace a través de la membrana (superficie), pero
el requerimiento de nutrientes viene determinado por su volumen.
Ese tamaño no es siempre el mismo. A más necesidad de nutrientes por crecimiento rápido, menor es el tamaño al que se divide. Las células de crecimiento lento alcanzan un tamaño menor.
Fisión binaria.
Gram (-)
La fisión binaria más sencilla es la de las bacterias gram (-), por lo que es
más rápida y las gram (-) se pueden dividir más rápidamente que las gram (+)
Empieza con la replicación del ácido nucleico en ori-C. Después el mesosoma
septal comienza a formar un tabique al que se le unen una proteína contráctil similar a la tubulina que va invaginando la m.p. Como existen ptos. de unión
entre m.p. y membrana externa, cuando la m.p. se retrae atrae consigo la
pared bacteriana y se forma un septo de división, formándose las dos células hijas.
FISION BINARIA G(-)
Separación céluals hijas
Replicación del ADN
Invaginación de la pared y membrana
Formación del
Septo
Gram (+)
Comienza igual que en las gram(-) pero cuando la proteína contráctil cierra
la m.p., ésta no es capaz de arrastrar consigo la pared, ya que es muy gruesa. Sólo se invagina la m.p. y la pared no se altera. Se forma algo parecido a
dos protoplastos incluidos en una sola pared bacteriana. Entre ambos hay
espacio extracelular, por lo que entre estas dos células se empieza a pared
de tal manera que llegamos a tener dos células completas rodeadas de su
pared que a su vez están rodeadas de una pared común. Para que ambas células puedan crecer la pared común se tiene que romper por acción de las
autolisinas y, como no hay quien la repare, se separan ambas células hijas.
FISION BINARIA G(+)
Formación de la pared
Replicación del ADN
Depósito intercarlar de pared
Acción de las autolisina
Invaginación de la membrana
Separación céluals hijas
Tabicación de
la preespora
Las bacterias proliferan a una velocidad +/- cte para unas determinadas
condiciones, que deben ser adecuadas, ya que las bacterias necesitan factores de crecimiento:
- Los que afectan al ambiente. Uno de los más importantes es la
temperatura, pero también el pH, tensión O2, pr. Osmótica…
- Los que afectan a los nutrientes. Las bacterias necesitan una
fuente de energía, de C, de N, S y P e iones para mantener el
equilibrio osmótico y metales pesados (oligoelementos). Existe
un fenómeno: auxotrofia, que es la incapacidad de una bacteria
de generar determinados nutrientes, por lo que hay que admi-
nistrárselo artificialmente y sólo puede crecer cuando ese nutriente está en el medio.
Efecto de la temperatura sobre el crecimiento microbiano.
Efecto de la T sobre el crecimiento microbiano
T min
T optima
T max
Hay una tªmín por debajo de la cual las bacterias no se dividen, una tªmáx
por encima de la cual las bacterias tampoco se dividen y una tª óptima a la
cual la velocidad de división es máxima.
La curva no es simétrica, la distancia entre la tªmín y la óptima es mayor
que la que hay entre la tªmáx y la óptima.
No es lo mismo lo que ocurre por debajo de la tªmín que por encima de la
tªmáx. Por debajo de la tªmín las bacterias no se dividen pero mantienen
esa capacidad y si aumenta la tª empiezan a dividirse (temperaturas baceriostáticas). Tª mayores a la máx son temperaturas bactericidas, las mata,
hay una pérdida irreversible de la capacidad de división (muerte bacteriana).
Las bacterias se dividen según el rango de temperatura óptima:
Psicrófilas: 0-25º (les gusta el frío).
Mesófilas: 25-40º (les gustan las tª intermedias).
Termófilas: >40º (extremas: >100º)
Según la tensión de O2:
Anaerobias estrictas: no sólo no utilizan el O2 como aceptor final de
e- sino que además les es tóxico porque carecen de mecanismos de
protección.
Anaerobias aerotolerantes: no utilizan el O2 pero poseen mecanismos de protección del O2 (peroxidasa, dismutasa…)
Anaerobias facultativas: bacterias que si tienen O2 realizan respiración aerobia y si no, utilizan un metabolismo anaerobio, generalmente fermentador.
Microaerófilas: necesitan algo de O2 porque utilizan un metabolismo
aerobio, pero sus mecanismos de protección del O2 son muy débiles
y no son capaces de eliminar los productos tóxicos.
Aerobias: necesitan O2 para vivir porque utilizan el O2 como aceptor
final de e-.
Efecto del pH.
Efecto del pH sobre el crecimiento microbiano
pH min
pH óptimo
pH max
Ocurre lo mismo que con la tª pero la curva es más simétrica. Tenemos igual
un pH mín, un pH máx y un pH óptimo.
El efecto del pH mín y máx es equivalente: si disminuye mucho el pH o lo
aumentamos mucho, las bacterias mueren.
Los mismo pasa con la pr. Osmótica. Según esta las dividimos en:
Halófilas. Pueden crecer en medios de concentraciones salinas elevadas.
Osmófilas. Son capaces de crecer en medios con mucho azúcar.
Xerófitas. Pueden vivir en ambientes muy secos
Tiempo de generación o de duplicación.
Cuando las bacterias tienen un aporte nutricional adecuado y un ambiente
óptimo, se dividen a una velocidad cte que viene definida por el tiempo de
generación (tiempo medio que tarda una bacteria en dividirse).
Tiempo de Generación o de duplicación
t1-t0
G=
nº de generaciones
nº de generaciones = log2(N1/N0) = log2(N1)-log2(N0)
N1 = nº de bacterias a t1
N0 = nº de bacterias a t0
Las bacterias de interés sanitario tienen un tiempo de duplicación de 20-90
min.
Curva de crecimiento microbiano.
Curva de crecimiento microbiano
C
B
A
D
A-B Fase Lag
B-C Fase log o exponencial
C-D Fase estacionaria
D-E Fase de muerte
E
Primero hay un segmento AB en el cual las bacterias comienzan a crecer un
poco más lentamente de lo que son capaces de crecer (fase de adaptación /
fase lag).
Después, BC, sería la fase en la cual la velocidad de crecimiento es mayor,
crecen exponencialmente. Es la fase logarítmica o exponencial.
Existe un momento en que el nº de células vivas permanece +/- cte: fase
estacionaria (CD). Es el pto de equilibrio en que las células que se dividen
compensan a las células que se mueren, por lo que no aumenta el nº de células vivas.
Después de pasar una fase estacionaria viene una fase de muerte celular
(DE) en la cual el nº de células viables va decreciendo. Esta fase también es
exponencial: se muere una fracción de las células cada período de tiempo. Al
igual que hay un tiempo de duplicación también hay un tiempo de muerte.
Las bacterias no se mueren a la vez, por lo que los métodos que se utilizan
para matar a las bacterias no dependen sólo de la bacteria, sino del nº de
bacterias en la población inicial.
Cuando se miden en vez de las células viables las células totales, al llegar a
la fase estacionaria el nº de células sigue aumentando porque después aunque la mayoría se mueran siempre queda alguna que se divide.
Para conocer el nº de bacterias tenemos:
Método microscópico directo.
Métodos indirectos (relacionamos por una recta de regresión):
- Turbidez del cultivo.
- Centrifugación.
Determinar las células viables requiere recuento. Para ello saco una fracción
de cultivo, lo diluyo, lo extiendo lo suficiente y cuento. La viabilidad se define como unidades de formación de colonias (UFC), ya que una célula que se
divide es capaz de formar una colonia.
A nivel individual podemos considerar que tenemos una célula en reposo esperando las condiciones ambientales óptimas (fase lag) y una vez alcanzadas
toma la decisión de dividirse. Primero crece en volumen, aumenta su biomasa
porque es necesaria para dividirse y empieza a dividirse. Esas dos células
hijas pueden seguir dos caminos: seguir dividiéndose porque las condiciones
son correctas (fase exponencial) o entrar en estasis, ralentizar mucho su
metabolismo. Se pensaba que cuando había escasez de nutrientes o acúmulo
de agentes tóxicos es cuando entraba en estasis, pero ahora se sabe que es
la propia célula la que decide mediante señal auto- o paracrina (secreta sustancias al exterior que le indica la concentración bacteriana. Si la concentración bacteriana es alta, se activan porque es indicativo de que las condi-
ciones son buenas). Estas células en estasis podrían empezar otra vez a dividirse.
Existe una posibilidad más: entrada en un estado de apatía metabólica similar a lo que ocurre en una endospora. Entra en una fase de dormancia en la
que prácticamente para el metabolismo.
Fases del crecimiento bacteriano (nivel celular)
G
A
?
C
D
F
B
?
E
Fase exponencial
Fase estacionaria
A Célula en reposo
B Célula dirigida a división
C Célula en crecimiento
D Célula en divisón
E Células hijas
F Célula en estasis
G Célula en dormancia
Cuando hay pocos nutrientes se produce una respuesta general de estrés en
la que disminuye la velocidad de crecimiento para así disminuir la necesidad
de nutrientes.
Las células en dormancia pueden iniciar el ciclo vegetativo. En el micrococcus luteus el paso de estado de dormancia a estado activo es producido por
un factor soluble que segrega el mismo micrococcus. El mycobacterium lo
que hace es expresar determinados genes.
Medios de culativo.
Un cultivo es una mezcla de sustancias que permiten el crecimiento de las
bacterias en laboratorio.
Se pueden clasificar según sus características físicas en: sólidos, semisólidos y líquidos. La diferencia es sólo la cantidad de una sustancia que llevan
para solidificar: agaragal, que absorbe el agua y se melifica.
Sólidos (10-15% de agaragal). Tienen la ventaja de que, a no ser que
la bacteria sea muy móvil (ej.: espiroqueta), la bacteria va a crecer
ahí donde se deja.
Semisólidos (5-10%). Se utilizan poco, sólo se utilizan para determinar la movilidad bacteriana. Si se hace una siembra y la bacteria es
inmóvil, la bacteria crecerá en la cara interna del tubo donde hici-
mos la siembra, pero si la bacteria es móvil crecerá alrededor de
ese tubo.
Líquidos (no llevan agaragar). Son los que más fácilmente proporcionan nutrientes a las bacterias y, además, es más fácil determinar
sustancias producidas por las bacterias porque es más fácil purificar sustancias en medio líquido.
Según sus propiedades biológicas:
Generales. Aquellos que contienen los requisitos mínimos: fuente de
C, N, S, P, energía, oligoelementos, pH adecuado…
Enriquecidos. Son medios de cultivo generales a los cuales se les
añaden algunas sustancias. Los específicos para determinadas bacterias. Ej.: agar-sangre (agar—gelificante, sangre—nutrientes). Si
quiero cultivar una bacteria auxotrofa tengo que enriquecer el cultivo con esa sustancia que es incapaz de producir.
Selectivas. Permiten seleccionar bacterias. Si siembro una mezcla
de bacterias el medio permite el crecimiento de unas e impide el
crecimiento de otras. Un cultivo general de bacterias no auxotróficas y autotróficas es selectivo para las no autotróficas.
Diferenciales. Aquellos que permiten el crecimiento de varios tipos
de bacterias pero la forma de crecer nos da información sobre alguna característica de las bacterias que nos permiten diferenciarlas.
Los cultivos combinados son cultivos diferenciales para varias características a la vez.
De transporte. Su única función es mantener vivas a las bacterias
desde la toma de la muestra hasta su llegada al laboratorio. Les
proporciona humedad (agar) y elimina los productos tóxicos (carbono
activo).