Crec Microb

Maier R.M & Pepper I.L. Chapter 3, Bacterial Growth en: Pepper I.L., Gerba Ch.P. & Gentry T.J. 2015 (2014). Environmental Microbiology. 3rd Edition, Academic Press. U.S.A. p 37-56.

Traducido por: Gisela Boll Argüello.

Los microorganismos dirigen una serie de reacciones químicas altamente organizadas que colectivamente son conocidas como metabolismo. Hay varios cientos de reacciones potenciales en una célula microbiana, muchas de las cuales son utilizadas para hacer nuevas células. Estas reacciones son conocidas como metabolismo del crecimiento. Otras reacciones son conocidas como reacciones de no-crecimiento, y son necesarias para la actividad celular tales como el mantenimiento de la poza de metabolitos celulares, reparación de la estructura celular, movilidad y respuesta al estrés ambiental. (Schaechter et al., 2006). En el laboratorio, nosotros podemos manipular las condiciones para que las células mantengan el metabolismo de crecimiento la mayor parte del tiempo. En el ambiente es una historia diferente –muchos microorganismos están en el estado de no-crecimiento, simplemente sobreviven y están a la espera de nuevas fuentes de nutrientes.

Absolutamente, el metabolismo es un proceso complejo que involucra numerosas reacciones: anabólicas (síntesis de constituyentes y metabolitos celulares) y catabólicas (rompimiento de constituyentes y metabolitos celulares). Finalmente, esas reacciones biosintéticas darán como resultado la división celular como se muestra en la Figura 3.1. En un medio de cultivo rico y homogéneo, bajo condiciones ideales, una bacteria puede dividirse en tan poco tiempo como cada 10 min. En contraste, ha sido sugerido que la división celular puede ocurrir tan lentamente como una vez cada 100 años en un ambiente terrestre en el subsuelo. Este crecimiento lento es el resultado de la combinación de factores, incluyendo el hecho de que la mayoría de ambientes del subsuelo son tanto pobres en nutrientes como heterogéneos. Como resultado, las células están como aisladas y no pueden compartir nutrientes y mecanismos de protección, y así tienen tasas de crecimiento muy bajas.

Mucha de la información concerniente al crecimiento de los microorganismos es el resultado de estudios de laboratorio controlados usando cultivos puros de microorganismos. Hay dos aproximaciones al estudio del crecimiento bajo condiciones controladas: cultivo por lote y cultivo continuó. En un cultivo por lote, el crecimiento de un único organismo o de un grupo de organismos, llamado consorcio, es evaluado usando un medio definido para el cuál la cantidad de sustrato (alimento) adicionado es determinado o fijo. En el cultivo continuo, hay una entrada estable de medio y sustrato de crecimiento, de tal forma que la cantidad de sustrato disponible siempre permanece igual. El crecimiento en condiciones de cultivo tanto por lote como continuo han sido fisiológicamente bien caracterizadas y también descritas matemáticamente. Esta información ha sido usada para optimizar la producción comercial de una variedad de productos microbianos incluyendo: antibióticos, vitaminas, amonoácidos, enzimas, levadura, vinagre y bebidas alcohólicas. Estos materiales frecuentemente son producidos en grandes lotes (hasta de 500,000 litros), también llamado fermentación a gran escala.

Desafortunadamente, es difícil trasferir el conocimiento del crecimiento bajo condiciones controladas de laboratorio, al entendimiento del crecimiento en ambientes como el terrestre o el acuático, donde los niveles de complejidad que se encuentran son enormes (Figura 3.2). Esta complejidad proviene de ´n´ número de factores, incluyendo un arreglo de diferentes tipos de superficies sólidas, microambientes que tienen propiedades físicas y químicas alteradas y una comunidad de diferentes microorganismos que compiten por los mismos nutrientes limitados (ver capítulo 4). Así, el reto que tenemos es entender el crecimiento microbiano en el ambiente natural. Ese entendimiento facilitará nuestra habilidad para calcular las tasas de los ciclos biogeoquímicos (capítulo 16), la respuesta microbiana a las perturbaciones antropogénicas, las interacciones microbianas con los contaminantes orgánicos y metales (capítulos 17 y 18) y el crecimiento y sobrevivencia de los patógenos en el ambiente (capítulo 22). En este capítulo, iniciamos con la revisión del crecimiento bajo condiciones de cultivo puro, y después discutimos como esto se compara al crecimiento en el ambiente.

3.1 CRECIMIENTO EN CULTIVO PURO EN MATRAZ

Tipicamente, para entender y definir el crecimiento de un aislado microbiano particular, se colocan las células en un medio líquido en el cual los nutrientes y las condiciones ambientales son controladas. Si el medio proporciona todos los nutrientes requeridos para el crecimiento y los parámetros ambientales son óptimos, el incremento en el número o biomasa bacteriana puede medirse como una función del tiempo para obtener la curva de crecimiento. Varias son las fases que pueden ser observadas en una cruvade crecimiento (Figura 3.3). Estas incluyen: fase lag, fase exponencial o log, fase estacionaria y fase de muerte. Cada una de estas fases representa un periodo de crecimiento distinto que está asociado con cambios fisiológicos en el cultivo celular. Como veremos en las siguientes secciones, las tasas de crecimiento asociadas con cada fase son totalmente diferentes.

3.1.1 FASE LAG o FASE DE ADAPTACIÓN.

La primera fase observada bajo condiciones por lote es la fase “lag”, en la cual la tasa de crecimiento poblacional es esencialmente CERO. Cuando un inóculo es puesto en un medio fresco, el crecimiento comienza después de un periodo de tiempo llamado fase lag. Por definición, la transición de la fase lag a la fase exponencial será después de que la población inicial se ha duplicado. La fase lag puede deberse a la adaptación fisiológica de las células a las nuevas condiciones de cultivo. Esto puede involucrar un tiempo requerido para la inducción de mRNA, y subsecuente síntesis de proteínas. La fase lag también puede deberse a la baja densidad de organismos que resulta en la dilución de exoenzimas (enzimas liberadas por las células) y nutrientes liberados por las células al crecer. Normalmente, tales materiales son compartidos por las células de alrededor. Pero cuando la densidad celular es baja, esos materiales están diluidos y no son adquiridos fácilmente. (Se puede decir que no hay quorum es decir, el número de células que al segregar compuestos químicos inducen la respuesta de la población… “quorum sensing”; o algún tipo de simbiosis positiva). Como resultado, la iniciación del crecimiento y división celular puede retrasarse.

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