1. Microbiología. Nutrición, crecimiento y multiplicación
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)
Auxótrofo. En fisiología microbiana, cuando sólo es
capaz de proliferar en un medio de cultivo si a éste se
ha añadido alguna sustancia específica.
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.
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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
PEP + azúcar  piruvato + azúcar – (P)
EXTERIOR
INTERIOR
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.
2.
3.
4.
5.
Replicación del ADN.
Elongación celular.
Inicio de la formación del septo (tabique).
Terminación del septo.
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.
2.
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…).
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)
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3.
4.
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.
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).
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