Tema 13

Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano

1. Introducción: efectos de los factores ambientales
2. Efecto de la temperatura: temperaturas cardinales
• Tipos de microorganismos en relación a la Tª óptima
Hábitat fríos y psicrófilos: adaptaciones moleculares
Hábitat de elevada Tª. Termófilos y hipertermófilos. Adaptaciones
moleculares.
moleculares Aplicaciones biotecnológicas
3. Efecto del pH: Acidez y alcalinidad
4. Efecto de la presión osmótica: Disponibilidad de agua: Aw
Halófilos y halotolerantes
Solutos compatibles
5. Efecto del oxígeno
Formas tóxicas del oxígeno
Enzimas degradadoras de las formas tóxicas del oxígeno
6. Efecto de la presión hidrostática
7.
7 Efectos de las radiaciones


2.
2 Efecto de la temperatura sobre la velocidad de
crecimiento: 3 temperaturas cardinales

Máxima velocidad de la actividad
de l
d los enzimas
i

Usualmente 30°C

Congelación de la membrana (no Desnaturalización de las
fluida; no transporte) proteínas y de la membrana

Efecto de la temperatura sobre la velocidad de crecimiento

Tª mínima (ºC) Tª óptima (ºC) Tª máxima (ºC)

Hipertermófilos 80-100ºC

Termófilos Tª óptima alta 40-45 50-70 60-90

Mesófilos Tª óptima media 10-15 25-40 35-47
Psicrófilos Tª óptima baja -5- 5 5-15 19-22
Psicotrófos Facultativos -5-5 15-30 30-35


Hábitat fríos y psicrófilos: adaptaciones moleculares

Psicrófilos T
Tª óptima baja -5- 5
5 5 15
5-15 19 22
19-22

Psicrotrofos Facultativos -5-5 15-30 30-35

• Muchas especies de bacterias de diferentes taxa:
Pseudomonas, Vibrio, Alcaligenes
• Pocas Archaea

Aguas heladas del ártico
y antártico


Hábitat calientes termófilos: adaptaciones moleculares


Hipertermófilos
Hi t ófil 80-100ºC
80 100ºC

Termófilos Tª óptima alta 40-45 50-70 60-90

Hábitat de Termófilos e hipertermóficos: Fuentes termales
terrestres y marinas, manantiales de agua hirviendo, áreas
volcánicas y compost.

Fuentes termales terrestres: el color naranja de
los canales de salida se debe a la presencia de
carotenoides de las bacterias. Hay un gradiente
térmico

Fuentes termales submarinas
(
(fumarolas hidrotermales)
)
Compost
Manantiales de agua
hirviendo


Distribución d t
Di t ib ió de termófilos del dominio Bacteria
ófil d l d i i B t i

Thermus aquaticus, la
aquaticus
fuente de Taq DNA
polimerasa para PCR


Distribución
Distrib ción de hipertermófilos en dominio Archaea


Thermus aquaticus y biotecnología

La bacteria Thermus aquaticus fue
descubierta en manantiales de la
Gran fuente del área de Geisers de
Basin.

Thermus aquaticus al microscopio óptico y electrónico
Th ti l i i ó ti l tó i

Tiene un optimo de Tª de 70ºC.
Su
S ADN polimerasa ( Taq polimerasa) se utiliza para llevar a cabo la PCR
) C


3.
3 Efecto del pH: Acidez y alcalinidad
Clasificación de los organismos según el pH de crecimiento:
acidófilos,
acidófilos neutrófilos y alcalófilos

ejemplo
j p Moles/litro

Suelos y aguas
volcánicas
Fluidos gástricos
Drenaje de minas
j
ácidas
á id
ACIDEZ Melocotones
Suelo ácido
Acidófilos Tomates
Col
Guisantes
Maiz, salmón
Citoplasma NEUTRALIDAD Agua pura
Agua de mar

Suelo alcalino

Alcalófilos
Al lófil Lagos alcalinos
ALCALINIDAD Soluciones
jabonosas
Escala de pH. Aunque algunos Lagos sódicos
Cal (sol.
microorganismos pueden crecer a pH Saturada)
extremos, el pH intracitoplasmático
siempre se mantiene próximo a la
neutralidad


Hábitats ácidos

Manantial ácido rico en azufre del parque
de Yellowstone donde crece Sulfolobus Algunos manantiales ácidos ricos en hierro,
microorganismo termófilo y acidófilo
acidófilo. una fuente de energía utilizada por
termoacidófilos. Células de Sulfolobus unidas
a cristales de azufre bajo microscopía de
fluoerescencia.

Prácticamente todos los acidófilos extremos están implicados en la oxidación de compuestos del
azufre son litotrofos y producen ácido sulfúrico como producto final de su metabolismo


4. Efecto de la presión osmótica: Disponibilidad de agua: Aw
p p g
Aw es el agua disponible en un hábitat para llevar a cabo procesos
metabólicos
Aw = Ps/Pw Ps = presión de vapor de la disolución
Pw= presión de vapor del agua pura
Aw= 0-1

En hábitat de baja Aw, las células
pierden agua: plasmolisis y cuando Aw
es alta las células ganan agua y se
plasmotizan.

Osmófilos/ Xerófilos Aw mínima: 0.65-0.70


Actividad de agua mínima para el crecimiento de
diferentes microorganismos

Organismo Hábitat Aw mínima

Caulobacter Agua dulce o marina 1.00
Pseudomonas Muchos con pocas sales 0.91
Salmonella/E. coli
S l ll /E li Animales
A i l 0.91
0 91
Lactobacillus Animales y plantas 0.90
Bacillus Suelos 0.90
Staphylococcus Animales 0.85
Halobacterium Lagos salinos o Mar muerto 0.75


Crecimiento bacteriano a baja aw: solutos compatibles

Estrategia: i
E t t i incrementar la concentración interna de solutos
t l t ió i t d l t

Organismo Solutos acumulados Aw mínima

Bacteria no fototrofas Glicina betaína, prolina, glutamato 0.97-0.90

Cianobacterias Sacarosa, trealosa 0.98

Cianobacterias de lagos salados Glicina betaina 0.90-0.75

Halófilas Glicina betaina, trealosa 0.90-0.75

Halófilas extremas KCl 0.75

Levaduras xerófilas Glicerol 0.83-0.632

Hongos xerófilos Glicerol 0.72-0.621


Estructura d algunos solutos compatibles en microorganismos.
E t t de l l t tibl i i

Todos son solubles en agua


Hábitat naturales con baja actividad de agua son:
•Ambientes con alta concentración de azúcares zumos, jugos..
•Ambientes hipersalinos: los lagos salados, desiertos salinos etc.

Los organismos que crecen a altas concentraciones de azúcares se denominan
sacarófilos (levaduras)


• Microorganismos halófilos y halotolerantes

- Halotolerantes:1-6 % NaCl
Halofilos: - Requieren Na+
- Crecimiento óptimo en medios con baja aw
- Moderados: 3-10 % NaCl
- Extremos: hasta mas del 30% NaCl saturación


Halofilos extremos del dominio Archaea


5.
5 Efecto del Oxígeno sobre el crecimiento bacteriano

Aerobios Anerobios
Anerobios
Anaerobios aerotoloerantes
facultativos
Microaerofilos

El oxígeno es tóxico para algunos microorganismos porque:…….


Formas tóxicas del oxígeno:

Todas las bacterias producen superóxidos

Superóxido

Peróxido de hidrógeno

Radical hidroxilo

Agua

Total:

Reducción del oxígeno a agua por adición de 4 electrones
origina formas tóxicas para la célula


Enzimas degradadoras de las formas tóxicas
del oxígeno

Test de la catalasa:
con peróxido de
hidrógeno

Detoxificación de productos tóxicos del oxígeno. Reacciones enzimáticas


Microorganismos anaerobios: cultivo


Manipulación d
M i l ió de microorganismos anaerobios
i i bi


6.
6 Efecto de la presión hidrostática


Ambientes con elevadas presiones hidrostáticas

Fondo de los mares, entre los 2000 y los 4000 metros de
Profundidad: Zanja mariana Cerca de las Islas Filipinas
(Una profundidad de 10 897 m
10.897

Bacterias: Photobacterium Cowellia
Photobacterium,

Arqueas de los géneros Pyrococcus y

Methanococcus son termobarófilos.
termobarófilos


7. Efectos de las radiaciones ionizantes y ultravioleta: fotoproductos

Radiaciones ionizantes: rayos X; gamma
• Efectos directos sobre moléculas esenciales Interacción con ADN ,
proteínas,
proteínas lípidos en MC
MC…..
• Efectos indirectos por radicales libres del agua (OH)
Cese de la división celular

Para la esterilización de materiales farmacéuticos, quirúrgicos y alimentos
envasados


• Efectos de la radiación UV sobre el ADN
Formación de dímeros de pirimidinas

Dímeros de timina

Formación de hidratos de pirimidinas: fotohidratación

NH2 NH2
OH
HN HN
Dihidroxicitosina
O N O N OH
H
O O
CH3 CH2OH
HN HN
Dihidroxitimina
O O N
N OH
H H


Microorganismos resistentes a las radiaciones
Sobreviven a una exposición de mas de 30.000 Gy (Gray= 1 julio/Kg)
(Los humanos mueren a exposiciones de 5 Gy)
Poseen una poderosa maquinaria de reparación de daños del ADN

Deinococcus radiodurans

Objetivos del tema:
j

• Conocer que los microorganismos tienen amplios rangos de temperatura de
crecimiento (que vienen determinados por la actividad de los enzimas) pero tienen
unas temperaturas cardinales definidas y específicas.

•Conocer los distintos grupos de microorganismos en función de su temperaturas
Conocer
cardinales y sus características

•Conocer que los microorganismos tienen un pH óptimo de crecimiento tanto ácidos,
básicos o neutros pero que en cualquier caso mantienen el pH citoplasmático cerca d
bá i l i i l i l ái de
la neutralidad

•El oxígeno puede ser tóxico para ciertos tipos de microorganismos por la producción de
g p p p g p p
radicales y la carencia de enzimas detoxificantes

•Conocer que la mayoría de los microorganismos no crecen bien a valores de actividad
de
d agua inferior a 0.9 aunque hay algunos que pueden crecer a valores muy i f i
i f i 09 h l d l inferiores
para lo que desarrollan distintas estrategias

•Conocer el efecto de las radiaciones


BIBLIOGRAFÍA

1.LIBROS DE TEXTO:

•Efectos ambientales sobre el crecimiento microbiano. Crecimiento
microbiano. Brock Biología de los microorganismos (10ª Edición). Pearson
Prentice Hall. (2003).
Hall (2003)

•Crecimiento microbiano. Microbiología (5ª Edición). Prescott, Harley y Klein.
Mc Graw-Hill (2004).
(2004)

2. Páginas Web:

http://serc.carleton.edu/microbelife/extreme/extremophiles.html

http://coli.usal.es/web/educativo/micro2/tema07.html#anchor601616
http://coli usal es/web/educativo/micro2/tema07 html#anchor601616

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