Crecimiento bacteriano

Fisión binaria

Esquema mostrando el proceso de división binaria de una bacteria en forma de bastón

Es el aumento irreversible de materia viva que por lo general se efectúa mediante el incremento y la división de las células

Métodos de determinación del número de células o la masa de una población bacteriana

• Determinación de peso húmedo

• Determinación de peso seco

• Determinación de la masa de un componente celular

• Recuento microscópico directo

• Determinación de la turbidez del cultivo

Absorbancia

mg peso seco/ml

OD650nm

OD420nm

Medición del crecimiento

Cuenta directa con cámara de Petroff-Hausser

Limitaciones

Las células muertas no se distinguen de las vivas

Las muy pequeñas son difíciles de ver

Se requiere tiempo y habilidad para que sea un método preciso

No es bueno para una suspensión diluída (menos de 106 cel/ml).

La muestra se coloca aquí

El portaobjetos lleva marcada una rejilla. Encima de cada cuadrado se coloca un volumen conocido de muestra.

Se cuentan las células al microscopio

Métodos para realizar un recuento de bacterias viables en placa de petri

Célula viable Es capaz de dividirse para dar una progenie. Un recuento de este tipo implica contar colonias en una placa de petri.

Cada célula viable será una unidad formadora de colonia

incubación

En cualquiera de los dos métodos, la muestra debe diluirse adecuadamente.

Se hacen diluciones seriadas para conseguir un número apropiado de colonias

El número de colonias depende además del medio, las condiciones de incubación y el tiempo.

Inóculo viable

Presencia de una fuente de energía

Presencia de nutrientes que provean los elementos esenciales para sintetizar la biomasa

Ausencia de inhibidores del crecimiento

• Condiciones físico-químicas adecuadas (temp., pH, tensión de oxígeno, etc.)

Qué condiciones se requieren para el crecimiento de un cultivo ???

Parámetros que caracterizan el desarrollo de un cultivo

I. Velocidad específica de crecimiento

I. Tiempo de duplicación

I. Número de generaciones/hora

I. Existencia o no de una fase de latencia en el crecimiento

• Número de células en fase estacionaria. Biomasa máxima

• Rendimiento del crecimiento

I. Velocidad específica de crecimiento

dx = µ x dt

dx/dt = µ x

1/x dx = µ dt ó 1/N dN = µ dt

ln x - ln xo = µ (t - to) =µ t to = 0

ln N - ln No = µ (t - to) = µ t

ln x = ln xo + µ t ó ln N = ln No + µ t

µ

ln x ó ln N

tiempo

ln xo óln No

log x = log xo + µ/2,303 t µ/2,303

log x ó log N

tiempo

log xo ólog No

ln (x/xo) = µ t x/xo = eµt x = xo eµt

x ó N

tiempo

II. Tiempo de duplicación

x = 2 xo t = tD

ln (x/xo) = µ t ln (2 xo/xo) = µ tD

tD = ln 2 / µ = 0,693 / µ

µ = ln 2 / tD = 0.693 / tD

Como se ve tD varía inversamente con µ y viceversa

III. Número de generaciones en un dado tiempo

n2 nN

...

...

32 38

22 24

12 12

02 01

GeneraciónNúmero de células(expresado como potencia de 2)

Número de células

N = No 2 n ó x = xo 2 n

log N = log No + n log 2 ó log x = log xo + n log 2

Qué diferencia existe entre µ y ν ???

1 /ν = ln 2 / µ µ = ln 2 . ν

ν = µ / ln 2

n = (log N - log No) / log 2 ó n = (log x - log xo) / log 2

tD = t / n ν = n / t = 1 / tD

µ es el cambio de masa por unidad de tiempo y por unidad de masa ( h-1 )ν es el número de generaciones por unidad de tiempo ( n . h-1 )

log N cel viables/ml

tiempo

A

B

CD

A: Fase de latencia

B: Fase exponencial

C: Fase estacionaria

D: Fase de muerte

Representación gráfica del crecimiento de un cultivo en batch

IV. Existencia o no de una fase de latencia

Cambio del medio de cultivo: síntesis de nuevas enzimas

Presencia de un inhibidor: inactivación del inhibidor

Presencia de esporas: germinación de las esporas

Estado del inóculo: edad del cultivo

V. Número de células en fase estacionaria

• Agotamiento de algún nutriente (solo si está en concentración limitante)

Inhibición del crecimiento por liberación de toxinas

Estrés físico y/o químico: cambio de pH, temperatura, etc.

VI. Rendimiento del crecimiento. Coeficiente de rendimiento

• Agotamiento de un nutriente esencial

Desarrollo de un pH adverso

• Acumulación de productos finales del metabolismo que al pH del medio pueden resultar tóxicos para el microorganismo e impedir su crecimiento

Y = peso de bacteria formada (g/l) / peso de nutriente limitante consumido (g/l)

Y = coeficiente de rendimiento

X - Xo = Y (So -S) Xm - Xo = Y So

Xm = Xo +Y So

VI. Rendimiento del crecimiento. Coeficiente de rendimiento

So (mg/ml)

Xm

Xo

Y

Cada punto de esta representación se obtiene a partir de una curva de crecimiento.

Efecto de la concentración de nutrientes sobre la velocidad de crecimiento

µ = µmax x s / ks + s

µ

s (mg/ml)

5 g/l

3 g/l

0.5 g/l

0.1 g/l

0.05 g/l

5 mg/l

0.1 mg/l

1.0 µg/l

log N°cel/ml

tiempo

Cultivo diáuxico

Tiempo

Log N/ml

Consumo de glucosa

Fase de latencia para consumir lactosa

Consumo de lactosa

• Crecimiento diáuxico es el desarrollo del microorganismos sobre dos fuentes de energía presentes al mismo tiempo.

• Primero utiliza una de las fuentes, hasta agotarla, luego hay una pequeña latencia, posteriormente reinicia el crecimiento con la segunda fuente de energía

Mapa genético del operón lactosa

Regulación a través del complejo CAP-cAMP

(a) Glucosa presente (cAMP bajo); lactosa ausente

(b) Glucosa presente (cAMP bajo); lactosa presente

(c) Glucosa ausente (cAMP alto); lactosa presente

Brock Biología de los Microorganismos. M. T. Madigan, J. M. Martinko, J. Parker. 8th. edition. 2000. Prentice Hall International., Inc

Microbiología. Stanier, RY, Adelberg, EA, Ingraham, JL (1986). Cap. 9, pp 262-278, 4ta. Edición. Editorial Reverte SA. Barcelona, España.

Microbiología General. Schlegel, HG (1988) pp 140-175, 3ra. Edición. Editorial Ediciones Omega, Barcelona, España.

Microbiología. Brock, TD, Madigan MT (1987), Cap 9 pp 327-349, 6ta. Edición, Prentice Hall Hispanoamericana SA. México.

Principles of Microbe and Cell Cultivation. Pirt, SJ (1975). Blackwell Scientific Publications, London

Bibliografía