ciclo celular y crecimiento de poblaciones microbianas

CICLO CELULAR Y CRECIMIENTO DE POBLACIONESMICROBIANASCrecimiento a nivel individual. Crecimiento depoblaciones: medida de masa y nº de células. Crecimientobalanceado. Curva de crecimiento en sistema cerradoBrock Biología de los MicroorganismosBrock. Biología de los Microorganismos.Madigan-Martinko-Parker (10a. ed, 2006, o13 th ed, 2011), Ed. Prentice-Hall.

INTRODUCCIÓN AL CRECIMIENTOMICROBIANO Crecimiento: incremento ordenado de todos loscomponentes del dl sistema biológico bilói aumentode la masa celular multiplicación celularE i bi l í t dl º d En microbiología aumento del nº deindividuos

INTRODUCCIÓN AL CRECIMIENTO MICROBIANO Puntos de vista de estudio:• Individual: ciclo celular Replicación y segregación de cromosomas Síntesis de nuevos materiales de las envueltas Coordinación de la replicación y la división celular• Poblacional Cinética del crecimiento Factores que afectan al tiempo de generación (g) Factores ambientales que afectan al crecimiento Físicos Químicos

Individual PoblacionalUna generaciónvarias generacionesEl crecimiento de una población resulta de la suma de los cicloscelulares de todos los individuos de dicha población.

CICLO CELULAR Secuencia de acontecimientos identificablesque ocurren desde que surge una nuevacélula hasta que ésta se divide en dos hijas En el ciclo existen diferentes períodos• replicación del ADN cromosómico• formación del septo y división celular

CICLO CELULARReplicación delDNAElongacióncelularFormación delseptumTerminación delseptum,formación deparedesSeparacióncelular

Formación del septumMicroscopy: upper row, phase-contrast; bottom row, cells stained with a specific reagent against FtsZ. Cell divisionevents: first column, FtsZ ring not yet formed; second column, FtsZ ring appears as nucleoids start to segregate;third column, full FtsZ ring forms as cell elongates; fourth column, breakdown of the FtsZ ring and cell division.

Pared nueva/pared viejaSíntesis de nueva pared, se rellenan los agujeros dejados por acción de autolisinas,interviene una transglucosidasa-Transpeptidasas específica de tabique PBP3

Crecimiento microbianoguna población de bacterias que se encuentreen el medio adecuado y se mantenganconstantes todos los parámetrosnutricionales y ambientales crece de formatal que….El número de células se duplica en unintervalo de tiempo constante que es eltiempo de generación..decimos i que esta enuna fase de crecimiento exponencialse comporta como un sistema autocatalíticode primero ordenCrecimiento aumento de microorganismos a lo largo del tiempo

Crecimiento balanceado o equilibradoo crecimiento exponencialEjemplo de uncultivo cuyog=30 min

Tratamiento mátematico como progresión geométricaEl aumento en la población del n° de células es una progresión geométrica en basedos en un cultivo creciendo exponencialmente, si partimos de una cél luego de unageneración tendremos 2, luego 4luego 8 etc…..1,2, 2 2 , 2 3 ..................2 nSi partimos de N° cél, el número de células finales seránN=No. 2 n por lo tanto N/No= 2 n n° de generacionesTeniendo en cuenta el tiempo total transcurrido se puedecalcular el n de generacionesn=(t-to)/ g ó n = t/g

ReemplazandoN=N 0 2 nN=No. 2 t/gLa transformación de esta ecuación en unarecta (tomando logaritmos) rinde losiguientelnN-lnNo=(t/g) l N (/ x ln2 2(1)

Tratamiento del crecimiento en función dela tasa de crecimiento µen una población de bacterias que se encuentre en el medioadecuado y se mantienen constantes todos los parámetrosnutricionales y ambientales (premisa)todos los constituyentes aumentan proporcionalmente por un mismo factoren la unidad d de tiempo coeficiente i exponencial de crecimiento i μla velocidad de crecimiento de cualquier componente ,en un tiempo corto,puede expresarse matemáticamente , de la siguiente maneradX/dt,=X

Considerando el número de células NdN/dt=. N velocidad de aumento de un componente es igual a una constantede proporcionalidad p por la cantidad del componenteAgrupandodN/N=dtCoeficiente exponencial de crecimientoIntegrando se transforma en una ecuación exponencialN = N 0 e µ(t-to)La transformación de esta ecuación en una recta (tomandologaritmos) rinde lo siguientelnN-lnNo=t-to) t-to)(2)

Relación entre el coeficiente de crecimiento y el tiempo de generaciónlnN-lnNo =(t/g) x ln2 (1)ln N-ln No=t (2)reemplazandot/g.ln2=tln2/g=Es decir, que hay una correlación inversa entre el valor de la tasade crecimiento (µ) y el tiempo de generaciónEstas ecuaciones nos permiten predecir cuál será el número de células,masa celular, etc. después de un cierto tiempo de cultivo (t) si conocemos µ;o bien, poder calcular la tasa de crecimiento µ a partir de medidasexperimentales del incremento en el número de células, biomasa, etc

Crecimiento en un sistema cerrado El más habitual en laboratorio Cultivo en frascos, tubos, etc. No hay aporte nuevo de nutrientes ni es posibleeliminar i los productos de desecho del dl cultivo Se desarrolla a través de una curva característica de Se desarrolla a través de una curva característica decrecimiento

Parámetros del Crecimiento

Fases del Crecimiento Bacteriano

Curva de CrecimientoEs la representación gráfica del logaritmo del número de célulasen función del tiempoLa curva teórica sería una recta si los microorganismos estarían creciendoconstantemente pero en la práctica la curva presenta distintas fases:Fase de latencia (lag): Período de adaptación a las nuevas condicionesambientales en un nuevo medio de cultivoFase de aceleración :Período donde d las células l mejor adaptadas d comienzana dividirse, por lo tanto lo hacen gradualmenteFase exponencial o logarítmica (log): La población se incrementa de modoFase exponencial o logarítmica (log): La población se incrementa de modoregular , duplicándose a intervalos regulares de tiempo. Se considera que sonfisiologicamente iguales y el tiempo de generación es constante.

Curva de CrecimientoFase estacionaria: Hay una merma en el crecimiento poblacional,esencialmente por agotamiento de nutriente yacumulación deproductos tóxicos. Se considera teóricamente como constantes las tasasde proliferación y de muerte.Fase de declinación o de muerte: El número de células que muere esmayor que el número de células que se dividen. Se considerateóricamente que la tasa de muerte es mucho mayor que la deproliferación.ió

Métodos de determinacióndelcrecimiento bacteriano

Medida de la masa bacteriana (M)Métodos DirectosDeterminación del peso húmedoDeterminación del peso secoMétodos IndirectosMetodos analíticosTurbidimetríaActividades metabólicas:Consumo de nutrientes/producción de metabolitos

Mdid Medida dl del número de individuosidMétodos DirectosRecuento en cámaraCitómetros de flujoContadores electrónicos de partículas (Coulter)Métodos IndirectosMétodos IndirectosRecuento sobre filtros de nitrocelulosaRecuento de viables en placaMétodos analíticosTurbidimetríaActividades metabólicas

ESPECTROFOTÓMETRO EN MEDIDA DELCRECIMIENTO

Cámara de Petroff-Hauser

Recuento de viables porsiembra en placas PetriAlícuotas 0.1 ml10 x 10 6

Dispersión sobre la superficie de placas PetriMedio en sobrefusión se añade a una muestra

SISTEMA DE FILTRACIÓN EN MEMBRANA DEMILLIPORE ®

FILTRACIÓN POR MEMBRANA DE MILLIPORE ®DE UNA MUESTRA

Factores que afectan el crecimiento bacteriano: Temperatura pH Solutos y aw. Oxigeno.

Efecto de la temperatura sobre el crecimiento

Clasificación de los microorganismossegún la temperatura

PH.AcidofilosHongos yalgas.Thiobacillus.StaphylococcusaureusAlcalofilosBacillus

SOLUTOS Y AW. Los solutos presentes en el medio compiten por el agua y la “fijan”,disminuyendo la cantidad disponible para los microorganismos.• El agua difunded desded una región con alta concentración de agua (bajaconcentración de solutos) hasta una región de menor concentración de agua (altaconcentración de solutos): Osmosis

Oxigeno y crecimiento bacteriano

Oxigeno y crecimiento bacteriano

AntibióticosControl del crecimiento microbiano- Clasificación-Efecto:BacteriostáticoBactericidaBacteriolítico- Modo de acción-Mecanismo deResistenciai