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Crecimiento Microbiano

Fisión Binaria, proteinas FtsZ y MreB, medidas directas del crecimiento microbiano, curva de crecimiento, efectos ambientales sobre el crecimiento microbiano
by

Jazmin Valeriano

on 12 February 2013

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Transcript of Crecimiento Microbiano

Crecimiento Microbiano Jazmín Valeriano
Elena Robles
Carolina Ramírez TEORÍA Y PRÁCTICA DEL
CRECIMIENTO MICROBIANO CRECIMIENTO CELULAR En microbiología, la palabra
crecimiento se define como un
incremento en el número de células. Fisión binaria En la mayoría de los procariotas el crecimiento de una célula individual continúa hasta que se divide en dos células nuevas, un proceso que se denomina fisión binaria FISIÓN BINARIA No menos de 2000 reacciones, la mayorìa de polimerización Todos los constituyentes celulares aumentan El tiempo es muy variable (Ej, 20 mins para E. Coli) Requiere proteínas específicas, como la proteína FtsZ. Proteinas Fts y el
plano de la division celular Filamentous temperature sensitive.
se ha estudiado una proteína clave del grupo FtsZ.
Muestra similitudes estructurales con la tubulina.
Forman en la célula un aparato de división que se llama divisoma. Divisoma La formación del divisoma comienza con la unión de moléculas de FtsZ formando un anillo alrededor del cilindro celular hacia el centro de la célula.
Esta área define el plano de división celular.
Las moléculas Fts polimerizan hasta formar un anillo continuo que luego atrae a otras proteinas FtsZ.
La replicación del DNA ocurre antes de que se forme el anillo de FtsZ. El cese de la síntesis de DNA parece ser la señal de formación de un anillo, esta estructura aparece en el espacio situado entre los dos nucleoides duplicados.
Cuando ocurre la constricción, el anillo de FtsZ comienza a despolimerizarse y se dispara hacia el interior de esa zona la síntesis de los materiales de la pared celular que llegan a sellar la unión de una célula con otra.
La proteína FtsZ tiene actividad enzimática y es capaz de hidrolizar GTT liberando energía. MreB determina la forma en procariotas
Forma una especie de citoesqueleto.
Forma bandas filamentosas en espiral en el interior de la célula, debajo la membrana citoplasmática. Forma celular y actina en procariotas cocos bacilos espirilos Cuando una célula se alarga antes de la división celular, se sintetiza una nueva pared celular.
En la zona del anillo FtsZ se abren pequeños huecos en la pared que son creados por enzimas llamadas autolisinas, el nuevo material se añade a través de estas aberturas. Síntesis del peptidoglicano y división celular La unión entre el nuevo peptidoglicano nuevo y el antiguo forma un reborde en la superficie de las bacterias Gram Positivas.
Es importante que el nuevo peptidoglicano se incorpore dentro del preexistente antes de que se corten los enlaces de este último, si este proceso no se lleva a cabo correctamente puede ocurrir AUTOLISIS. El paso final de la síntesis del peptidoglicano, conocido como transpeptidación, es la formación de los puentes interpeptídicos entre unidades de ácido murámico de cadenas adyacentes de glicano.
En las bacterias Gram positivas, cuando la penicilina se une a las Fts, dejan de ser catalíticamente activas. Transpeptidación: la diana de la penicilina La velocidad de crecimiento es el cambio en el numero de celulas o en la masa celular experimentado por unidad de tiempo.
El intervalo para la formación de dos células a partir de una supone una generación, y el tiempo transcurrido para que esto suceda se le llama tiempo de generación.
También se le llama tiempo de duplicación, el tiempo varía dependiendo de los organismos. Crecimiento de poblaciones El modelo de incremento de la población, en el que en cada periodo fijo de tiempo se duplica el número de células, se denomina CRECIMIENTO EXPONENCIAL. Crecimiento exponencial Una característica del crecimiento exponencial es que la velocidad del aumento del número de células es inicialmente lenta, pero incrementa cada vez más con el tiempo El aumento en número de células que se produce en un cultivo bacteriano creciendo exponencialmente es una progresión geométrica de base 2. Parámetros del crecimiento Cuando se inocula una población microbiana en un medio fresco, por lo general el crecimiento no comienza inmediatamente sino sólo tras un periodo de tiempo que constituye la fase de latencia, la cual puede ser breve o larga dependiendo del cultivo y de las condiciones.
Se presenta un retraso cuando el inóculo se toma de un cultivo viejo y se inocula en el mismo medio, o cuando las células han sido dañadas con calor, radiaciones o compuesto tóxicos. Fase de latencia En un sistema cerrado o cultivo en medio no renovado se obtiene una curva de crecimiento típica.
Esta curva de crecimiento puede dividirse en distintas fases llamadas fase de latencia, exponencial, estacionaria y de muerte.
Los términos de las fases no se aplican a células aisladas sino a poblaciones de células. Curva de crecimiento En un sistema cerrado o cultivo en medio no renovado se obtiene una curva de crecimiento típica.
Esta curva de crecimiento puede dividirse en distintas fases llamadas fase de latencia, exponencial, estacionaria y de muerte.
Los términos de las fases no se aplican a células aisladas sino a poblaciones de células. Curva de crecimiento Las células en crecimiento exponencial están en el estado fisiológico más
La mayoría de los microorganismos unicelulares crecen exponencialmente pero las velocidades del crecimiento exponencial son muy variables.
La velocidad es influenciada por las condiciones ambientales y por las características genéticas del organismo.
Por lo general los organismos procarioticos crecen más rápido que los eucarióticos. Fase exponencial En esta fase no hay aumento ni descenso neto en el número de células. En algunaos casos puede ocurrir algún crecimiento mínimo en esta etapa.
Algunas crecen y otras mueren, así que no se desequilibra el número de células, a esto se le llama crecimiento críptico. Fase estacionaria Si la incubación continua después de que la población haya alcanzado la fase estacionaria, las células pueden continuar vivas y metabólicamente activas, pero también pueden morir. Si ocurre esto, se dice que la población esta en fase de muerte. A veces la muerte se acompaña de lisis celular real. Fase de muerte El crecimiento de poblaciones se mide estimando los cambios en el numero de células, componentes de las células (proteínas), peso total seco. Medidas directas del crecimiento microbiano: recuento de células totales y viables Mediante un conteo con el microscopio como un recuento directo que puede ser de dos formas en muestras secas sobre un porta. Y muestras liquidas en cámaras de recuento. Recuento de células totales El recuento directo es un método rápido para conocer el número de células. Sin embargo presenta sus limitaciones.
no distingue las células vivas de las muertas
las células pequeñas son difíciles de ver con el microscopio
difícil en cuanto a precisión
requiere de un microscopio de contraste de fases cuando las muestras no se tiñen
no es adecuado para suspensiones con baja densidad celular.
las células moviles se deben inmovilizar antes del recuento Este método se utiliza para contar solamente las células vivas.
Una celula viable es aquella que es capaz de dividirse y dar una descendencia.
Se le llama tambien recuento en placa o recuento de colonias debido a que se cuentan las células capaces de formara colonias sobre un medio solido adecuado.
Cada célula viable puede formar una colonia. Recuento de células viables Para obtener el número adecuado de colonias casi siempre se diluye la muestra El recuento en placa puede ser muy sensible pero es irrealizable con muestras naturales.
El recuento directo en este tipo de muestras suele dar un numero mucho mayor. A este hecho se le llama la gran anomalia del recuento en placa.
Esta anomalia se debe a que los recuentos directos cuentan todas las células y el de placa solo las células vivas. Ademas diferentes organismos pueden tener requerimientos nutricionales y de cultivo muy diversos. La gran anomalia del recuento en placa La turbidez se puede medir con el fotómetro o espectrofotometro, la principal diferencia entre ambos es que el primero genera un filtro simple para generar luz en una longitud de onda corta, y el segundo usa un prisma para generara luz en una banda muy estrecha de longitudes de onda. Medidas indirectas del crecimiento microbiano: Turbidez La densidad optica es proporcional al numero de células en organismos unicelulares. La turbidez puede ser sustituto a los metodos de recuento directo.
Se tiene que preparar una curva estandar relacionando alguna medida directa de medicion con la medida indirecta obtenida
Este método tiene la ventaja de ser mas rápido y facil de usar, ademas se pueden hacer sin destruir o modificar la muestra.
  En un cultivo continuo el volumen permanece constante al que se añade medio fresco y se retira medio viejo con células a una velocidad constante. Cuando el sistema alcanza el equilibrio, el número de células y el estado metabolico permanecen constantes. Cultivo continuo Aparato que controla la densidad de la población y la velocidad del cultivo.
Son importantes dos factores, la velocidad de dilución y la concentración de un nutriente que actúa como factor limitante.
Permite mantener una población en fase exponencial de crecimiento durante mucho tiempo ya que este tiepo de células suelen ser las mas adecuadas para experimentos fisiologicos. El quimiostato EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL CRECIMIENTO MICROBIANO Temperatura pH Agua oxígeno TEMPERATURAS CARDINALES Organismos con temperaturas óptimas bajas
Temperatura óptima debajo de los 15˚C, temperatura máxima debajo de 20˚C y temperatura mínima de 0˚C o más baja. Psicrófilos Ambientes permanentemente fríos Algunos de los psicrófilos mejor estudiados son algas que crecen en masas densas entre o bajo el hielo de las regiones polares. Tienen una distribución mucho más amplia que los psicrófilos, y se pueden aislar de suelos y aguas en climas templados.
Crecen mejor a temperaturas entre 20-40˚C Psicrotolerantes Por encima de 65˚C sólo viven las formas procarióticas de vida, pero en esas condiciones existe una enorme diversidad de microorganismos pertenecientes a Bacteria y Archaea. Crecimiento microbiano a altas temperaturas En la naturaleza, los ambientes extremos más extensos y con temperaturas más altas están asociados a fenómenos volcánicos. Ambientes con temperaturas altas Su temperatura óptima está por encima de los 80˚C
Las velocidades de crecimiento son notablemente rápidas. Hipertermófilos en fuentes termales Temperatura óptima 45-80 grados C.
En general, los organismos procarióticos son capaces de crecer a temperaturas más elevadas
Los más termofilos son especies de Archaea
Los organismos no fototróficos son capaces de crecer a temperaturas más elevadas que las formas fototróficas. Termófilos A menudo, la secuencia de enzimas termoestables difiere en muy pocos aminoácidos de la de una enzima que cataliza la misma reacción en un mesófilo.
Aumento en el número de pares iónicos presentes.
Denso empaquetamiento del interior altamente hidrofóbico de las proteínas.
Producen ciertos solutos en cantidades significativas.
Lípidos ricos en ácidos grasos saturados. Adaptaciones moleculares a la termofilia Las enzimas activas en frio poseen mayor cantidad de hélices alfa y menor cantidad de hojas beta en su estructura secundaria. (la hoja beta tiende a ser más rígida)
Las enzimas tienden a tener más aminoácidos polares y menos aminoácidos hidrofóbicos, lo que puede ayudar a mantener la proteína flexible.
Las membranas presentan mayor contenido de ácidos grasos no saturados , lo que facilita el estado semifluido de la membrana a bajas temperaturas. Adptaciones moleculares a la psicrofilia Aunque la congelación evita el crecimiento microbiano, no causa necesariamente la muerte celular.
La adición de agentes crioprotectores (o criogénicos.) es un método habitual para conservar los cultivos microbianos a temperaturas muy bajas.
Las células congeladas preparadas adecuadamente pueden permanecer viables durante al menos varias decadas. Congelación En la naturaleza, los ambientes extremos más extensos y con temperaturas más altas están asociados a fenómenos volcánicos. Ambientes con temperaturas altas Su temperatura óptima está por encima de los 80˚C
Las velocidades de crecimiento son notablemente rápidas. Hipertermófilos en fuentes termales Temperatura óptima 45-80 grados C.
En general, los organismos procarióticos son capaces de crecer a temperaturas más elevadas
Los más termofilos son especies de Archaea
Los organismos no fototróficos son capaces de crecer a temperaturas más elevadas que las formas fototróficas. Termófilos A menudo, la secuencia de enzimas termoestables difiere en muy pocos aminoácidos de la de una enzima que cataliza la misma reacción en un mesófilo.
Aumento en el número de pares iónicos presentes.
Denso empaquetamiento del interior altamente hidrofóbico de las proteínas.
Producen ciertos solutos en cantidades significativas.
Lípidos ricos en ácidos grasos saturados. Adaptaciones moleculares a la termofilia Estos microorganismos ofrecen importantes ventajas en procesos industriales y biotecnológicos, muchos de los cuales funcionan más rápida y eficazmente a altas temperaturas.
Un ejemplo es la Taq polimerasa (Thermus aquaticus) Termofilia y Biotecnología Los valores de pH por debajo de 7 son ácidos y los mayores de 7 son básicos o alcalinos
El pH es una función logarítmica
La mayoría de los microorganismo crece en un márgen de pH de 2-3 unidades. pH y crecimiento microbiano Organismos que crecen mejor a bajo pH
Los hongos son más acidófilos que las bacterias.
El factor crítico más importante para el carácter acidófilo estricto es la estabilidad de la membrana citoplasmática.
A menudo se presentan en suelos asociados a una actividad volcánica Acidófilos pH óptimo de crecimiento muy elevado.
Lagos sódicos y suelos muy carbonatados.
Algunos alcalófilos tienen aplicación industrial porque producen enzimas hidrolíticas, como proteasas y lipasas, que funcionan bien a pH alcalino y se usan como aditivos en detergentes. alcalófilos El pH intracelular debe permanecer próximo a la neutralidad son para evitar la destrucción de las macromoléculas celulares. pH intracelular En Cultivos en medio no renovado, el pH cambia durante el crecimiento a consecuencia de las reacciones metabólicas.
Se añaden sustancias amortiguadoras denominadas tampones, a fin de mantener el pH relativamente constante. tampones La disponibilidad del agua se expresa en términos físicos como la actividad del agua.
Es el cociente entre la presión de vapor del aire en equilibrio con una sustancia o solución y la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura.
La actividad acuosa de un alimento se puede reducir mediante la extracción del agua liofilización o mediante la adición de nuevos solutos. Actividad de agua El agua difunde desde una región con una alta concentración de agua hasta una región con menor concentración de agua.
En la mayoría de los casos, el citoplasma de una célula tiene una concentración de solutos mayor que el medio.
El agua tiende a entrar a la célula, balance de agua positivo. Ósmosis El agua de mar contiene aprox 3% de NaCl.
Los microorganismos que dependen del ion sodio se llaman halófilos.
Existen halófilos extremos, moderados, discretos, y halotolerantes. Halófilos Organismos capaces de crecer en ambientes con alta concentración de azúcares. Osmófilos Organismos capaces de crecer en ambientes muy secos. xerófilos Cuando un organismo crece en un medio con baja actividad de agua sólo puede obtener agua del ambiente incrementando su concentración interna de solutos.
El soluto utilizado en el interior de la célula para ajustar la actividad de agua del citoplasma no debe inhibir los procesos bioquímicos celulares, tales compuestos se llaman solutos compatibles. Solutos compatibles Cultivos microbianos y los efectos del oxígeno Singlete de oxígeno
Anión superóxido
Peróxido de Hidrógeno
Radical Hidroxilo Formas tóxicas del oxígeno Enzimas que destruyen formas tóxicas de oxígeno
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