Metabolismo y FisiologĂa BiologĂa Celular
Nutrientes 1- Fuente de energía
luz química
2- Macronutrientes H K O Mg C Na N 95% Ca S Fe P 3- Micronutrientes (elementos traza) Co, Zn, Mo, Cu, Mn, Ni, Se, W 4- Factores de crecimiento •Vitaminas •Purinas y pirimidinas •Aminoácidos
Macronutrientes Fuente de carbono
- CO2 - Compuestos orgánicos
Fuente de nitrógeno
- Inorgánica - Orgánica
Fuente de fósforo
- Inorgánica - Orgánica
Fuente de azufre
- Inorgánica - Orgánica
Carbohidratos, azúcares, proteínas, aminoácidos, lípidos, ácidos grasos, glicerol NH4, NO3-, N2 Proteínas, peptonas, aa, bases púricas y pirimídicas, urea Fosfatos Esteres del ácido fosfórico Sulfuros y sulfatos Aminoácidos sulfurados, vitaminas
Tipos nutricionales
Fuente de energía
Fuente de C
Ejemplos
Cianobacterias, Luz CO2 bacterias Fotoautótrofos púrpuras y verdes Compuestos Algunas Luz orgánicos bacterias Fotoheterótrofos púrpuras y verdes Compuestos Algunas Eubacterias y Quimioautótrofos o inorgánicos CO2 ej.: H2, NH3, muchas Archaea litótrofos NO2-, H2S La mayoría Quimioheterótrofos Compuestos Compuestos Eubacterias, orgánicos orgánicos algunas Archaea o heterótrofos
Condiciones para el crecimiento microbiano Medios de cultivo
agua fuente de energ铆a
Nutrientes
Crecimiento
fuentes de C, N, otros elementos micronutrientes, factores de crecimiento
temperatura
Condiciones de cultivo
pH luz aireaci贸n actividad de agua potencial redox
Factores de crecimiento Microorganismos auto o heterotrófos pueden requerir pequeñas cantidades de ciertos compuestos orgánicos que no pueden sintetizar y deben incorporarse en los medios
* bases púricas y pirimídicas
ADN, ARN
* aminoácidos esenciales
síntesis proteica
* vitaminas
coenzimas
Aislamiento Aislar: Es separar un tipo de microorganismo a partir de una población mixta. En habitats naturales, raramente encontramos a los microorganismos en cultivo puro Aislamiento directo:se logra directamente a partir de una muestra cuando el o los microorganismos están en una proporción adecuada., se realiza por estrías (agotamiento) con o sin dilución previa de la muestra (suelo, alimentos), en medio sólido Aislamiento por enriquecimiento:Cuando el microorganismo que se desea aislar e identificar se encuentra en baja proporción en la muestra, se incluye una primera etapa que consiste en sembrar la muestra en medio líquido. Luego de varios pasajes se aisla por el método de estrías.
Clasificación de los medios de cultivo Según su naturaleza física * líquidos * sólidos - solidificante: agar-agar, silico-gel
* semi-sólidos
Según su composición * definidos o sintéticos: composición química conocida * no definidos o complejos: composición química no definida, enriquecidos con peptonas, extracto de carne, de levadura, de suelo, sangre
Según su uso en el laboratorio * selectivos o inhibitorios: medios que contienen, además de los nutrientes, ciertas sustancias que inhiben el desarrollo de algunos microorganismos permitiendo el crecimiento de otros o cuya composición permite el desarrollo de un grupo determinado Ej.agar-antibióticos; agua, sales, luz, para algas, medios con NaCl superior a la concentración fisiológica * diferenciales: medios que contienen indicadores para diferenciar los distintos tipos de microorganismos que puedan crecer en él. Ej. azúcar fermentecible: lactosa, indicador:rojo neutro
Según su uso en el laboratorio * selectivos o inhibitorios: medios que contienen, además de los nutrientes, ciertas sustancias que inhiben el desarrollo de algunos microorganismos permitiendo el crecimiento de otros o cuya composición permite el desarrollo de un grupo determinado Ej.agar-antibióticos; agua, sales, luz, para algas, medios con NaCl superior a la concentración fisiológica * diferenciales: medios que contienen indicadores para diferenciar los distintos tipos de microorganismos que puedan crecer en él. Ej. azúcar fermentecible: lactosa, indicador:rojo neutro
Cultivo en medio líquido • Habitualmente se realiza en tubos o en matraces. El crecimiento se puede manifestar por enturbiamiento, por formación de velo o película, o por sedimento. Cultivo en medio sólido • Puede ser en tubos o placas
a) Tubos con agar inclinado. Para sembrarlos, se mueve el ansa o la punta suavemente sobre la superficie del agar con un movimiento en zigzag desde el fondo hasta la parte superior, cuidando de no dañar el agar. b) Tubos sin inclinar. Se siembran introduciendo una punta en el centro del agar. También se llama siembra por picadura. c) Siembra en placas. Puede ser en superficie (por estrías o bañado) o incorporada (mezclando el inóculo con el agar semifundido)
Aislamiento Aislar: Es separar un tipo de microorganismo a partir de una población mixta. En habitats naturales, raramente encontramos a los microorganismos en cultivo puro Aislamiento directo:se logra directamente a partir de una muestra cuando el o los microorganismos están en una proporción adecuada., se realiza por estrías (agotamiento) con o sin dilución previa de la muestra (suelo, alimentos), en medio sólido Aislamiento por enriquecimiento:Cuando el microorganismo que se desea aislar e identificar se encuentra en baja proporción en la muestra, se incluye una primera etapa que consiste en sembrar la muestra en medio líquido. Luego de varios pasajes se aisla por el método de estrías.
Cultivo puro • Las colonias se describen por examen macroscópico en función del tamaño, la forma, el borde, la elevación, la transparencia y el color. Esto resulta a veces muy útil en la identificación
• A partir de colonias aisladas en medio de cultivo se realiza un examen microscópico que debe mostrar células razonablemente semejantes respecto al Gram y a la morfología. • Las colonias aisladas deben aislarse nuevamente en medio no selectivo por el método de estrías. Esto se conoce como reaislamiento.
Divisi贸n celular: fisi贸n binaria
Gemaci贸n, ej. levaduras
Crecimiento de un microorganismo en medio de cultivo lĂquido
1- Fase de latencia 2- Fase exponencial 3- Fase estacionaria 4- Fase de muerte
Crecimiento en un volumen fijo de medio o cultivo cerrado (batch) Luego de la adición de bacterias al medio líquido fresco se observa la siguiente cinética de crecimiento • Fase lag - las células se adaptan al nuevo ambiente, aun no se dividen • Fase exponencial (log) - velocidad máxima de crecimiento bajo condiciones particulares, tiempo de generación mínimo • Fase estacionaria - sin crecimiento neto, vc=0 ó estadísticamente = 0 cuando: vc=vm (vel. crecimiento es igual a la de muerte) – nutrientes limitantes, pero suficientes para mantener actividad – acumulación de desechos, inhibición del crecimiento • Fase de muerte - velocidad de muerte celular > velocidad de división celular
Factores del ambiente • físicos: temperatura, gases, pH, presión osmótica •químicos: nutrientes, sustancias antimicrobianas •biológicos: otros microorganismos, micro y mesofauna, vegetación, afectan las actividades microbianas
Los distintos factores actúan simultáneamente y resulta difícil el análisis integrado de los efectos.
• Sicrófilos - rango: < 0-20°C, óptimo < 15oC – organismos marinos, algas: Chlamydomonas nivalis (nieve rosada), bacterias: Pseudomonas, Flavobacterium – membrana contiene alto % de ácidos grasos insaturados
• Sicrótrofos o Sicrófilos facultativos - rango: 0-35°C, óptimo 20-30oC – Pseudomonas - crecen en el refrigerador
• Mesófilos - rango: 15-45° C, óptimo: 30-40°C – la mayoría de los microorganismos (del suelo, aguas, patógenos)
• Termófilos - rango: 40-70°C, óptimo de 55-65oC – membrana contiene alto % de ácidos grasos saturados – enzimas estables al calor – Bacillus stearothermophilus, organismos de compostaje
• Hipertermófilos - rango: 80-113°C, óptimo > 90oC – Pyrococcus, Pyrodictium (aguas termales)
Oxígeno Clasificación de los microorganismos según
el efecto del oxígeno: Aerobios obligados: requieren oxígeno (21% o más) Ej. Bacillus, hongos, etc. microaerofílicos: lo requieren pero a niveles menores que el atmosférico (5-10%) Ej. Azospirillum Anaerobios facultativos: no requieren oxígeno, pero el desarrollo es mejor con oxígeno. Ej. Levaduras, E. coli aerotolerantes: no son sensibles al oxígeno (crecen en ausencia o presencia de oxígeno). Ej. Enterococcus faecalis, Sreptococcus spp. . obligados: no toleran el oxígeno, muere en su presencia Ej. Methanobacterium, Clostridium
Cultivos en anaerobiosis •tubos con medio de cultivo llenos por completo. •medios con sustancias que reaccionan con el oxígeno y lo excluyen. •dispositivo especial (cámara anaeróbica) •cajas o tubos incubados en recipientes con granos germinados (cebada, centeno)
Otros gases N2
componente principal de de la atmósfera (78%). Gas inerte: no es usado por la mayoría de los organismos, los que pueden reducir el triple enlace del N2 con la enzima nitrogenasa se denominan diazotrofos o fijadores de N2 y pueden desarrollarse en ambientes sin N-combinado
CO tóxico para la mayoría de los organismos (cadena respiratoria) puede ser oxidado a CO2 por algunos microorganismos
CH4
liberado a la atmósfera por microorganismos metanogénicos, gas con efecto invernadero, puede ser oxidado a CO2 por bacterias metanotróficas
CO2
importante gas, fuente de carbono para los autotrofos, aerobios y anaerobios, fotosintéticos o quimiosintéticos. Muchos hongos lo requieren a niveles superiores a los atmósfericos, para ciertas síntesis
H2 poco usado, tóxico para la mayoría de los microorganismos, brinda energía a bacterias Hydrogenomonas: H2+O2 = H20 + ATP
pH El pH es la acidez o alcalinidad de una solución, medida por el log 1/(H+)
Clasificación de los microorganismos según su pH óptimo Neutrófilo: pH óptimo 7 - Ej.: bacterias
patógenas humanas. Acidófilo: pH óptimo 7 - Ej.: muchas de las archeobacterias y hongos. Basófilo: pH óptimo 7 - Suelos y aguas ricas en carbonatos
Medios de cultivo MEDIO SELECTIVO Y DIFERENCIAL Colonia Lactosa negativa
Colonia Lactosa positiva
Agar sangre S. epidermidis en agar sangre
Agar sangre HEMOLISIS EN AGAR SANGRE
HEMÓLISIS COMPLETA
HEMÓLISIS PARCIAL
Pseudomonas aeruginosa Siembra en medio OF Metabolismo oxidativo
Prueba de la catalasa
+
-