Microbiología. Nutrición, crecimiento y multiplicación

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Tema 4. Nutrición, crecimiento y multiplicación. Control del

crecimiento

Nutrición de los microorganismos

El componente principal de las células es el agua, que aporta el H y el O necesarios para formar las biomoléculas orgánicas. El resto

está compuesto de C, N, P, S.

Todos estos átomos constituyen el 95% del peso seco, el resto está formado por K+, Mg2+, Ca2+, Fe2+, Mn2+, Co2+, Cu+2, Zn2+

· Macronutrientes. C, N, P, S, H, O, K+, Mg2+, Ca2+, Fe2+

· Micronutrientes, elementos traza o oligoelementos. Mn2+, Co2+, Cu+2, Zn2+.

El P y el resto de cationes se suministran en forma de sales inorgánicas.

Carbono (C). Es el más abundante (50%). Se suministra a través de los Hidratos de Carbono. Forma los lípidos, glúcidos (HC),

ácidos nucleicos y proteínas.

Nitrógeno (N). Es el 2º más abundante (12%). Se encuentra formando los grupos aminos (-NH2) de los ácidos nucleicos y de las

proteínas. Se suministra de forma orgánica con los compuestos orgánicos o inorgánicos como NH4+, NO3-, N2.

Fósforo (P). Es el 3º más abundante. Constituye los grupos fosfato (-PO4)3- de los ácidos nucleicos y fosfolípidos, suministrados a

partir de sales.

Azufre (S). Se encuentra formando el radical sulfhidrilo (-SH) en muchas proteínas (como la metionina (Met) y la cisteína (Cys)), en

muchas vitaminas (como la tiamina (B1), biotina (B5), ácido lipoico), en la CoA, y es fundamental en la biosíntesis de los ácidos

grasos. Se suministra en forma de sulfatos y sulfuros (inorgánica).

Magnesio (Mg). Estabiliza los ribosomas, la membrana plasmática, los ácidos nucleicos. Es el cofactor de muchas enzimas.

Potasio (K). Está implicado en el equilibrio osmótico. Es cofactor de muchas enzimas.

Hierro (Fe). Imprescindible para la respiración celular, los citocromos y muchas proteínas implicadas en la cadena de transporte.

Calcio (Ca). Estabiliza la pared celular. Confiere la termo resistencia.

Factor de crecimiento

Molécula orgánica que la célula requiere en pequeñas cantidades para poder crecer y que no es capaz de sintetizar. Factores típicos:

- Aminoácidos

- Bases púricas y pirimidínicas

- Vitaminas (Tiamina (B1) y Cibalamina (B12)

Mecanismos de captación de nutrientes

1. Difusión pasiva. Proceso de difusión de sustancias a través de

la membrana. Tiene lugar a favor del gradiente, desde el medio

más concentrado al menos concentrado. No requiere energía. El

paso de moléculas será más rápido cuando el número de

moléculas sea mayor. No es selectiva. Ejemplo. El glicerol es

capaz de atravesar la membrana.

Auxótrofo. En fisiología microbiana, cuando sólo es

capaz de proliferar en un medio de cultivo si a éste se

ha añadido alguna sustancia específica.

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2. Difusión facilitada. Se lleva a cabo gracias a la intervención de proteínas transmembranosas específicas (permeasas) para cada

sustrato, que lo arrastran hacia el exterior o el interior según el gradiente (reversible). A favor del gradiente, sin gasto de energía.

La velocidad no depende solo de la diferencia de concentración del sustrato, sino también del grado de saturación de las permesas

(se saturan y la velocidad se estabiliza).

Es poco habitual en procariotas. En eucariotas se utiliza para el transporte de azúcares y aminoácidos.

3. Transporte activo. Necesita energía, aportada por el ATP, y permite transportar sustancias en contra del gradiente (de menos a

más concentrado). Lo realizan determinados tipos de proteínas de membrana, son

específicos, y pueden ser:

- Uniportadores

- Cotransportadores

1. Simportadores. Transportan moléculas en el mismo sentido.

2. Antiportadores. Requieren el transporte de una molécula en sentido

contrario.

Se transportan así la mayoría de aminoácidos, ácidos orgánicos, iones….

Ejemplo. E. Coli utiliza 5 tipos de transporte para la galactosa que difieren en afinidad, naturaleza…

4. Translocación de grupo. La molécula se modifica químicamente durante el transporte. Requiere energía, tiene lugar en contra

del gradiente (de menos a más). Se transportan azúcares, púricas, pirimidínicas y ácidos grasos.

Ejemplo. El fosfoenol piruvato (PEP): fosfotransferasa de azúcares

Multiplicación celular

Incremento del número de células por unidad de volumen y a una velocidad determinada.

Fisión binaria. Es común en la mayoría de los microorganismos unicelulares. Fases:

1. Replicación del ADN.

2. Elongación celular.

3. Inicio de la formación del septo (tabique).

4. Terminación del septo.

5. Separación celular.

La representación gráfica de este crecimiento es conocida como curva de crecimiento, y es la representación del logaritmo en base

10 del número de células por unidad de volumen frente al tiempo. Este diagrama es el seguido por la mayoría de cultivos. Fases:

1. Fase de latencia o ‘lag’. Las células se aclimatan a las nuevas

condiciones del cultivo. La duración variará según las condiciones con

las que se inicie el cultivo (temperatura, edad de la célula…).

2. Fase exponencial o logarítmica. Se percibe un aumento notorio. El

tiempo de duplicación del cultivo es igual al tiempo de generación. La

pendiente depende de las condiciones del cultivo (mayor pendiente a

mayor temperatura y nutrientes)

PEP + azúcar piruvato + azúcar – (P)

EXTERIOR INTERIOR

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3. Fase estacionaria. Comienza cuando los nutrientes se agotan, o al acumularse algún deshecho tóxico. El número de

células que mueren es igual al número de células que se dividen.

4. Fase de lisis. Cuando el número de células que mueren supera el número de células que viven.

Medición del crecimiento Tipos

1. Recuento directo. Se basa en colocar un volumen determinado de células y realizar el conteo utilizando una cámara de recuento consistente en un portaobjetos con una rejilla dividida en 400 celdillas. La muestra se cubre con el cubreobjetos, se deja reposar sobre la platina del microscopio durante unos minutos, y se procede a contar el número de células en varias celdillas (células/ml). Es un método muy rápido y sencillo pero no permite distinguir células vivas inmóviles de células muertas. Se utiliza en suspensiones concentradas.

2. Recuento de viables. Se basa en contar las colonias de

microorganismos (cada colonia procederá de una célula original) que se desarrollan después de inocular en un medio de cultivo adecuado e incubar a una temperatura y tiempo determinados un volumen determinado de muestra. Se utiliza para determinar el número de células viables. La muestra debe ser homogénea y no contener conglomerados de células. La muestra se diluye transfiriendo 1 ml de la muestra a 9 ml de medio estéril y se mezclan adecuadamente. Posteriormente se añade 0,1 ml a una placa de agar nutritivo, bien extendiéndolo en la superficie de la misma o mezclándolo con el medio. Las placas se incuban y se recuentan las colonias que se desarrollan.

3. Turbidimetría. Se mide la densidad óptica celular o absorbencia (600 nm) en un espectrómetro. La capacidad de absorción de luz es proporcional a la masa celular, y ésta al número de células. No distingue entre células vivas y muertas. Solo es aplicable a seres unicelulares.

4. Medida de la masa. Se centrifuga un cultivo y da lugar a un pellet, el cual se seca y pesa, y se deja pasar un tiempo determinado anotando las mediciones de este cultivo. No distingue entre células vivas y muertas.

Métodos del control del crecimiento Tipos

- Químicos. Se basan en compuestos que matan (-cida) o inhiben (-estático) el crecimiento, o que hacen que la célula estalle

(-lítica). Ejemplos. Bactericida, fungistático, virilítico. Tipos.

1. Desinfectantes. Son muy tóxicos. No se utilizan sobre tejidos. Ejemplo. Fenol, formaldehido…

2. Antisépticos. Son lo suficientemente no tóxicos para utilizarlos sobre tejidos. Ejemplo. Alcohol, iodo…

- Físicos.

1. Calor húmedo (más antiguo). El calor húmedo mata los microorganismos a través de una relación de temperatura y

tiempo afectada por muchas condiciones (100ºC). Las esporas son destruidas en 12 o 15 minutos por mecanismos

como el autoclave, generando un ambiente saturado de calor de agua (121ºC y 1,2 atm). El calor esteriliza:

· Degrada los ácidos nucléicos

· Desnaturaliza las proteínas

* Pasteurización. Tratamiento corto por debajo del punto de ebullición con determinados alimentos, reduciendo la

población microbiana. Ejemplos. Leche (72º / 15 “), cerveza, yogur…

* UHT (Ultra Hight Temperature). Esteriliza, alargando la vida del alimento. Ejemplo. Leche (150º / 13”).

* Tindalización. Ideado por Tyndall. Calentamiento del material de 80 a 100° C hasta 1 hora durante 3 días con

sucesivos períodos de incubación. Se utiliza cuando las sustancias químicas no pueden calentarse por encima de 100°

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C sin que resulten dañadas. Las esporas resistentes germinarán durante los períodos de incubación y en la siguiente

exposición al calor las células vegetativas son destruidas.

2. Calor seco. Destruye los microorganismos al oxidar sus constituyentes químicos, en un horno a 160-170ºC durante 2-3

horas, materiales metálicos o de vidrio (ejemplo. Herramientas).

3. Filtración. Esteriliza disoluciones sensibles al calor. Se utilizan membranas con poros de un tamaño determinado

(según el uso de la muestra) o materiales filtrantes (0,45- 0,22 um). Los microorganismos quedan retenidos en parte

por el pequeño tamaño de los poros del filtro y en parte por adsorción a las paredes del poro durante su paso a través

del filtro debido a la carga eléctrica del filtro y de los microorganismos. Retiene las bacterias pero no los virus, debido

al pequeño tamaño de éstos. Son difíciles de utilizar en líquidos con muchos sólidos suspendido.

4. Radiación. Esterilizan ambientes o materiales. Las más comunes son: luz ultravioleta, rayos X, rayos Y (gamma).