Para dar inicio al tema, hay que tener en cuenta que es el crecimiento bacteriano,
¿Que es el Crecimiento Bacteriano?
El crecimiento bacteriano es un incremento de los constituyentes celulares, se presenta un aumento en el número de células por gemación o fisión binaria. Este crecimiento se evalúa con ayuda de una curva de crecimiento de un cultivo microbiano, ya sea en un cultivo discontinuo o un sistema cerrado. (Parada, 2016)
Fig. #1: Fases de la curva de crecimiento bacteriano. (Parada, 2016)
- Fase Lag / Latencia / Adaptación:
En esta fase los microorganismos adaptan su metabolismo a las nuevas condiciones ambientales (de abundancia de nutrientes, pH e inhibidores de crecimiento reducido) para poder iniciar el crecimiento exponencial. (Jiménez, 2015)
Inmediatamente después de la inoculación, una parte de la población del cultivo de bacterias puede crecer a la tasa máxima mientras que el resto no crece (Retraso aparente). Pero el verdadero retraso es cuando el cultivo no puede crecer a la máxima velocidad debido a algunos factores como:
- Cuando se introducen microorganismos en un medio de cultivo nuevo.
Las células pueden ser viejas.
- Cantidades reducidas de ATP, Cofactores y Mitocondrias.
- Bacterias alteradas. (Jiménez, 2015)
En cuanto al cambio de nutrientes; la concentración y/o el componente, probablemente involucra la inducción de una o más enzimas nuevas, que podrían tomar desde unos pocos minutos hasta muchas horas. La inducción de enzimas para utilizar un nuevo sustrato de carbono y energía solo puede ocurrir cuando está presente una pequeña cantidad del sustrato de carbono y energía original. Ejemplo: (Mokobi, 2020)
A veces, las células de un inóculo hambriento de nutrientes podrían experimentar la muerte acelerada por el sustrato, cuando se inoculan en un medio rico en nutrientes. Ejemplo: Klebsiella aerogenes. (Sagar, 2019)
En cuanto al cambio de nutrientes; la concentración y/o el componente, probablemente involucra la inducción de una o más enzimas nuevas, que podrían tomar desde unos pocos minutos hasta muchas horas. La inducción de enzimas para utilizar un nuevo sustrato de carbono y energía solo puede ocurrir cuando está presente una pequeña cantidad del sustrato de carbono y energía original. Ejemplo: (Mokobi, 2020)
Fig. #2: Penicillium chrysogenum. (Mokobi, 2020)
A veces, las células de un inóculo hambriento de nutrientes podrían experimentar la muerte acelerada por el sustrato, cuando se inoculan en un medio rico en nutrientes. Ejemplo: Klebsiella aerogenes. (Sagar, 2019)
Fig. #3: Klebsiella aerogenes: (Sagar, 2019)
En el cambio de cultivo, a menudo surge cuando las células están en las fases estacionarias y exponenciales tardías, donde el pH y otros parámetros de crecimiento han cambiado debido a la actividad celular, se inoculan en un medio de cultivo nuevo.
- El pH de un cultivo microbiano puede disminuir debido al consumo de NH4+ en el medio o la producción de ácidos orgánicos.
- El pH del medio de cultivo puede aumentar debido al consumo de NO3- en el medio de cultivo
- Los cultivos a menudo se inoculan con inóculo de la misma fuente y luego se incuban en diferentes condiciones.
- En condiciones que se desvían de las condiciones de cultivo originales del inóculo pueden experimentar un retraso en el crecimiento.
- En condiciones de cambio extremo, estas pueden dejar de crecer. (Guzmán, 2017)
Después de la inoculación inicial, se puede requerir un período de tiempo para reducir la cantidad de un sustrato inhibidor a una concentración que permita la tasa de crecimiento máxima.
Sustratos inhibidores:
- Alcohol.
- Fenol e hidrocarburo.
- Componente de medio inhibidor como antibiótico y metal pesado.
- Producto del inóculo puede inhibir el crecimiento (No siempre).
Sustratos inhibidores:
- Alcohol.
- Fenol e hidrocarburo.
- Componente de medio inhibidor como antibiótico y metal pesado.
- Producto del inóculo puede inhibir el crecimiento (No siempre).
Cuando el inóculo está formado por esporas, el crecimiento vegetativo sólo es posible después de la germinación de las esporas. (Quistan, 2014)
En cuanto al efecto del inóculo:
- La etapa fisiológica (edad y tamaño) del inóculo es un factor importante para determinar la duración del retraso del crecimiento.
- Se prolonga cuando el inóculo agregado se encuentra en la etapa inicial de la fase de crecimiento exponencial.
- Podría eliminarse mediante la adición de filtrado de cultivo tomado de un cultivo en la última fase de crecimiento exponencial.
- Se acorta cuando el crecimiento del inóculo agregado al cultivo se acerca al final de la fase de crecimiento exponencial, ya que consiste principalmente en células jóvenes y activas.
- Podría eliminarse mediante la adición de filtrado de cultivo tomado de un cultivo en la última fase de crecimiento exponencial.
- Se acorta cuando el crecimiento del inóculo agregado al cultivo se acerca al final de la fase de crecimiento exponencial, ya que consiste principalmente en células jóvenes y activas.
- El período de retraso aumenta cuando el inóculo está en la fase de crecimiento estacionario. (Sotelo y cols., 2011)
Para esto, también llegan a existir otros factores de la duración la fase de latencia:
- Esta fase puede ser bastante larga si el inóculo procede de un cultivo viejo o de uno que haya sido refrigerado.
- La inoculación de un cultivo en otro químicamente diferente resulta también en una fase de latencia mayor.
- Cuando se transfiere un cultivo en fase de crecimiento exponencial a un medio nuevo de la misma composición, la fase de latencia se acorta o no se produce. (Mateos, 2018)
- Fase de Proliferación Exponencial:
Durante la etapa exponencial:
- Las células se encuentran en estado constante.
- Sintetizan material celular nuevo a una vel. cte.
- La masa aumenta en forma exponencial.
Esto persiste hasta que sucede una de dos cosas:
- Se agota uno o más nutrientes en el medio
- Se acumulan productos metabólicos nocivos que inhiben la proliferación. (Parada, 2016)
A partir de aquí, es cuando se da el fin de la etapa exponencial y se da el nuevo comienzo a una fase o etapa estacionaria; cuando la [ ] (Concentración) de células excede alrededor de 1e7 por mililitro, la velocidad de proliferación desciende a menos que se introduzca oxígeno.
- Fase de Proliferación Exponencial:
Durante la etapa exponencial:
- Las células se encuentran en estado constante.
- Sintetizan material celular nuevo a una vel. cte.
- La masa aumenta en forma exponencial.
Esto persiste hasta que sucede una de dos cosas:
- Se agota uno o más nutrientes en el medio
- Se acumulan productos metabólicos nocivos que inhiben la proliferación. (Parada, 2016)
A partir de aquí, es cuando se da el fin de la etapa exponencial y se da el nuevo comienzo a una fase o etapa estacionaria; cuando la [ ] (Concentración) de células excede alrededor de 1e7 por mililitro, la velocidad de proliferación desciende a menos que se introduzca oxígeno.
Cuando la [ ] (Concentración) bacteriana alcanza 4e9 a 5e9 por mililitro, la velocidad de difusión del oxígeno no puede satisfacer la demanda incluso en un medio ventilado, por lo que la tasa de proliferación disminuye de manera gradual. (Quistan, 2014)
Fig. #4: Fin de la estepa de crecimiento exponencial. (S/A, S/F)
Para esto que es el estudio del crecimiento bacteriano, se aplica el uso de la matemática, En el caso de las curvas de crecimiento microbiano se suelen aplicar logaritmos a los valores de concentración de los microorganismos en el cultivo, permitiendo que en la fase de crecimiento exponencial la relación entre las abscisas y ordenadas sea lineal. (Cnx Bio Español, 2018)
Fig. #5. División binaria. (Crecimiento exponencial) (Cnx Bio Español, 2018)
Un tema muy importante en ver en cuanto al crecimiento bacteriano es la tasa de proliferación de las células sin limitación de nutrientes, que en este caso es de primer orden: la tasa de proliferación (en gramos de biomasa producidos por hora) es el producto de la constante de la tasa del proliferación, k, y la concentración de la biomasa, B:
La fórmula para determinar velocidad de proliferación es:
La integral nos da la relación entre valores iniciales y los de cierto punto (subindices 0 y 1).
Para el cálculo de la tasa de duplicación, El td se establece trazando la magnitud de la proliferación en una escala semilogarítmica como función del tiempo; el tiempo necesario para que la biomasa se duplique es td.
La constante de proliferación se calcula a partir del tiempo de duplicación sustituyendo el valor 2 por B1/B0 y td po t1 − t0 en la integral de la ecuación de velocidad de proliferación. (UCV, 2008)
Fig. #6: Constante de Proliferación. (UCV, 2008)
- Fase Estacionaria:
En esta 3ª etapa la curva de crecimiento se hace horizontal.
- Tasa de crecimiento = tasa de mortalidad.
- El número de células viables permanece constante.
- Y la [] (Concentración) de ~ 109 células/mL. (Parada, 2016)
¿Y qué factores influyen en esto?
- Agotamiento de un sustrato requerido→ En cultivo aeróbico el O2 es el sustrato limitante. Presenta una solubilidad baja en agua, por lo que en algún momento se agotará.
- Acumulación de productos inhibitorios y cambios del medio. Los productos tóxicos más frecuentes son H+ y OH, que pueden cambiar el valor de pH del medio de cultivo.
- Algunas bacterias producen ácido orgánico (ácido láctico) como el producto final del metabolismo del carbono.
La incorporación de NH3+ de NH4Cl en la síntesis de proteínas da como resultado la liberación de H+, lo que reduce el valor de pH del cultivo.
La respuesta de bacterias ante la fase estacionaria son:
- Cambios morfológicos→ Formación de endosporas, disminución en su tamaño.
- Cambios en la expresión génica→ Producción de proteínas del hambre.
- Cambios fisiológicos. (Muñoz, 2016)
- Fase de Muerte Celular:
En esta última etapa, sucede lo ya previsto, esto se debe al resultado de la incapacidad de las bacterias para llevar a cabo una reproducción adicional a medida que la condición en el medio se vuelve cada vez menos favorable a la división celular.
La célula después de ver alcanzado su óptimo y máximo desarrollo. La célula con población elevada comienza a acumular factores de inhibición y factor de muerte para ella misma.
Otro de los factores es el limitante en el alimento o sustrato para alimentarse, el cual se ve limitado y reduce su población drásticamente.
El error en el proceso de división es otro factor en el que la población se ve afectado y tiende a descender.
En este punto la muerte celular es mas rapida que el proceso de división. (Parada, 2016)
Fig. #7: Etapas del Crecimiento Bacteriano. (Jiménez, 2015)
La Ley de muerte exponencial establece que la tasa de muerte celular es proporcional al número de células viables presentes.
k = tasa de mortalidad específica (h-1). El valor de k está determinado por las condiciones ambientales. (OCW, 2015)
Fig. #8: Formulas para determinar el crecimiento bacteriano. (Guzmán, 2017)
Fig. #9: Fases de crecimiento de bacterias vectoras. (CanStockPhoto, 2011)
BIBLIOGRAFÍAS: (FORMATO APA)
- Parada Puig R. (2016). Crecimiento bacteriano: curva, fases, factores. Octubre 28, 2020, de Lifeder Sitio web: https://www.lifeder.com/curva-crecimiento-bacteriano/
- Jiménez Díaz A. (2015). Curva de crecimiento bacteriano. Octubre 28, 2020, de SlideShare Sitio web: https://es.slideshare.net/Altajimenez/curva-de-crecimiento-bacteriano
- Mokobi F. (2020). Penicillium chrysogenum- An Overview. Octubre 29, 2020, de Microbe Notes Sitio web: https://microbenotes.com/penicillium-chrysogenum/
- Sagar A. (2019). Biochemical Test of Enterobacter aerogenes. Octubre 29, 2020, de Microbe Notes Sitio web: https://microbenotes.com/biochemical-test-of-enterobacter-aerogenes/
- Guzmán Melgar J.M. (2017). Modelo matemático del crecimiento de bacterias. Octubre 30, 2020, de Monografías Sitio web: https://www.monografias.com/trabajos27/crecimiento-bacteriano/crecimiento-bacteriano.shtml
- Quistián García H. (2014). Curva del Crecimiento. Octubre 30, 2020, de Blogspot Sitio web: http://microbiologia3bequipo5.blogspot.com/2014/10/curva-del-crecimiento.html
- Sotelo L.I., Jiménez J.A., Tarsicio de Zan N.A., y Cueto M.V. (2011). EFECTO DE INOCULACIÓN DE MICROORGANISMOS EN CRECIMIENTO DE RÁBAÑO. Octubre 30, 2020, de Scielo Sitio web: http://www.scielo.org.co/pdf/bsaa/v10n1/v10n1a04.pdf
- Mateos Fernández P.G. (2018). Crecimiento Microbiano. Octubre 30, 2020, de Usal Sitio web: http://webcd.usal.es/Web/educativo/micro2/tema07.html
- Cnx Bio Español. (2018). Crecimiento y regulación de la población. Octubre 30, 2020, de OpenStax CNX Sitio web: https://cnx.org/contents/X6dCGi4e@12/Crecimiento-y-regulación-de-la-población
- UCV. (2008). Reproducción y crecimiento microbiano. Octubre 31, 2020, de UCV Sitio web: http://www.ucv.ve/fileadmin/user_upload/facultad_farmacia/catedraMicro/08_Tema_6_crecimiento.pdf
- Muñoz Guijarro A. (2016). Fase Estacionaria de las Bacterias. Octubre 31, 2020, de Prezi Sitio web: https://prezi.com/jwl8zojzdyrq/fase-estacionaria-de-las-bacterias/
- OCW. (2015). CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS QUE DEFINEN EL CRECIMIENTO BACTERIANO. Noviembre 01, 2020, de OCW Sitio web: https://ocw.ehu.eus/file.php/48/Tema_4._calculo_de_los_parametros_que_definen_el_crecimiento_bacteriano.pdf
- CanStockPhoto. (2011). Fase De Crecimiento De Bacterias Vectoras. Bacterium En Placas De Petri. Noviembre 01, 2020, de CanStockPhoto Sitio web: https://www.canstockphoto.es/platos-bacteria-vector-crecimiento-49298207.html
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