Crecimiento bacterial

El crecimiento se muestra como L = log(números) donde los números es el número de unidades de formación de colonias por ml, versus T (tiempo.)

El crecimiento bacteriano es la proliferación de bacterias en dos células hijas, en un proceso llamado fisión binaria. Siempre que no ocurra ningún evento, las células hijas resultantes son genéticamente idénticas a la célula original. Por lo tanto, se produce el crecimiento bacteriano. Ambas células hijas de la división no necesariamente sobreviven. Sin embargo, si el número de supervivientes excede la unidad en promedio, la población bacteriana experimenta un crecimiento exponencial. Tradicionalmente, la medición de una curva de crecimiento bacteriano exponencial en cultivo por lotes formaba parte de la formación de todos los microbiólogos; el medio básico requiere la enumeración bacteriana (recuento de células) directa e individual (microscópica, citometría de flujo), directa e individual (biomasa), indirecta e individual (recuento de colonias), o indirecta e individual (número más probable, turbidez, absorción de nutrientes) métodos. Los modelos concilian la teoría con las medidas.

Fases

Curva de crecimiento bacteriano Curva cinética

En estudios autoecológicos, el crecimiento de bacterias (u otros microorganismos, como protozoos, microalgas o levaduras) en cultivos discontinuos se puede modelar con cuatro fases diferentes: fase de retraso (A), fase logarítmica o fase exponencial (B), fase estacionaria (C) y fase de muerte (D).

1. Durante fase de coagulación, las bacterias se adaptan a las condiciones de crecimiento. Es el período en que las bacterias individuales están madurando y aún no pueden dividirse. Durante la fase de retraso del ciclo de crecimiento bacteriano, se produce síntesis de ARN, enzimas y otras moléculas. Durante la fase de las células de lag cambian muy poco porque las células no se reproducen inmediatamente en un nuevo medio. Este período de poca o ninguna división celular se llama fase de lavado y puede durar durante 1 hora a varios días. Durante esta fase las células no están inactivas.
2. El fase de registro (a veces llamada fase logarítmica o fase exponencial) es un período caracterizado por duplicación celular. El número de nuevas bacterias que aparecen por unidad es proporcional a la población actual. Si el crecimiento no es limitado, la duplicación continuará a un ritmo constante, por lo que tanto el número de células como la tasa de población aumentan los dobles con cada período de tiempo consecutivo. Para este tipo de crecimiento exponencial, trazar el logaritmo natural del número de célula contra el tiempo produce una línea recta. La pendiente de esta línea es la tasa de crecimiento específica del organismo, que es una medida del número de divisiones por celda por unidad de tiempo. La tasa real de este crecimiento (es decir, la pendiente de la línea en la figura) depende de las condiciones de crecimiento, que afectan la frecuencia de los eventos de división celular y la probabilidad de que ambas células hijas sobrevivan. En condiciones controladas, la cianobacteria puede doblar su población cuatro veces al día y luego puede triplicar su población. Sin embargo, el crecimiento exponencial no puede continuar indefinidamente, porque el medio pronto se agota de nutrientes y se enriquece con los desechos.
3. El fase estacionaria a menudo se debe a un factor que limita el crecimiento, como el agotamiento de un nutriente esencial, y/o la formación de un producto inhibidor como un ácido orgánico. La fase estacionaria resulta de una situación en la que la tasa de crecimiento y la tasa de mortalidad son iguales. El número de nuevas células creadas está limitado por el factor de crecimiento y, como resultado, la tasa de crecimiento celular coincide con la tasa de muerte celular. El resultado es una parte lineal horizontal de la curva durante la fase estacionaria. Las mutaciones pueden ocurrir durante la fase estacionaria. Bridges et al. (2001) presentaron pruebas de que el daño al ADN es responsable de muchas de las mutaciones que surgen en los genomas de la fase estacionaria o bacterias que mueren de hambre. Las especies de oxígeno reactiva generadas endógena parecen ser una fuente importante de tales daños.
4. At fase de muerte (Fase de Declina), las bacterias mueren. Esto podría ser causado por la falta de nutrientes, la temperatura ambiental por encima o por debajo de la banda de tolerancia para la especie, u otras condiciones perjudiciales.

Este modelo básico de crecimiento de cultivo por lotes extrae y enfatiza aspectos del crecimiento bacteriano que pueden diferir del crecimiento de la macrofauna. Enfatiza la clonalidad, la división binaria asexual, el corto tiempo de desarrollo en relación con la replicación misma, la tasa de mortalidad aparentemente baja, la necesidad de pasar de un estado latente a un estado reproductivo o de condicionar los medios y, finalmente, la tendencia de las cepas adaptadas al laboratorio. agotar sus nutrientes. En realidad, incluso en el cultivo por lotes, las cuatro fases no están bien definidas. Las células no se reproducen en sincronía sin indicaciones explícitas y continuas (como en los experimentos con bacterias acechadas) y su fase de crecimiento exponencial a menudo no es una tasa constante, sino una tasa que decae lentamente, una respuesta estocástica constante a las presiones tanto para reproducirse como para reproducirse. permanecer inactivo ante la disminución de las concentraciones de nutrientes y el aumento de las concentraciones de desechos.

La disminución en el número de bacterias puede incluso volverse logarítmica. Por lo tanto, esta fase de crecimiento también puede llamarse fase de crecimiento logarítmico negativo o exponencial negativo.[1]

Cerca del final de la fase logarítmica de un cultivo por lotes, se puede inducir la competencia para la transformación genética natural, como en Bacillus subtilis y en otras bacterias. La transformación genética natural es una forma de transferencia de ADN que parece ser una adaptación para reparar daños en el ADN.

El cultivo por lotes es el método de crecimiento de laboratorio más común en el que se estudia el crecimiento bacteriano, pero es solo uno de muchos. Está idealmente desestructurado espacialmente y estructurado temporalmente. El cultivo bacteriano se incuba en un recipiente cerrado con un solo lote de medio. En algunos regímenes experimentales, parte del cultivo bacteriano se retira periódicamente y se agrega al medio estéril fresco. En el caso extremo, esto conduce a la renovación continua de los nutrientes. Este es un quimiostato, también conocido como cultivo continuo. Es idealmente desestructurado espacialmente y temporalmente desestructurado, en un estado estable definido por las tasas de suministro de nutrientes y crecimiento bacteriano. En comparación con el cultivo por lotes, las bacterias se mantienen en una fase de crecimiento exponencial y se conoce la tasa de crecimiento de las bacterias. Los dispositivos relacionados incluyen turbidostatos y auxostatos. Cuando Escherichia coli crece muy lentamente con un tiempo de duplicación de 16 horas en un quimiostato, la mayoría de las células tienen un solo cromosoma.

El crecimiento bacteriano se puede suprimir con bacteriostáticos, sin matar necesariamente a las bacterias. Ciertas toxinas se pueden usar para suprimir el crecimiento bacteriano o matar bacterias. Los antibióticos (o, más correctamente, los medicamentos antibacterianos) son medicamentos que se usan para matar bacterias; pueden tener efectos secundarios o incluso provocar reacciones adversas en las personas, sin embargo no se clasifican como toxinas. En una situación sinecológica, fiel a la naturaleza, en la que está presente más de una especie bacteriana, el crecimiento de los microbios es más dinámico y continuo.

El líquido no es el único entorno de laboratorio para el crecimiento bacteriano. Los entornos estructurados espacialmente, como las biopelículas o las superficies de agar, presentan modelos de crecimiento complejos adicionales.

Condiciones ambientales

Los factores ambientales influyen en la tasa de crecimiento bacteriano, como la acidez (pH), la temperatura, la actividad del agua, los macro y micronutrientes, los niveles de oxígeno y las toxinas. Las condiciones tienden a ser relativamente consistentes entre las bacterias con la excepción de los extremófilos. Las bacterias tienen condiciones de crecimiento óptimas en las que prosperan, pero una vez fuera de esas condiciones, el estrés puede provocar un crecimiento reducido o estancado, latencia (como la formación de esporas) o la muerte. Mantener condiciones de crecimiento subóptimas es un principio clave para la conservación de los alimentos.

Temperatura

Las bajas temperaturas tienden a reducir las tasas de crecimiento, lo que ha llevado a que la refrigeración sea fundamental en la conservación de los alimentos. Dependiendo de la temperatura, las bacterias se pueden clasificar en:

• Psicrófilos

Los psicrófilos son bacterias o arqueas extremófilas amantes del frío con una temperatura óptima de crecimiento de unos 15 °C o menos (temperatura máxima de crecimiento de 20 °C, temperatura mínima de crecimiento de 0 °C o menos). Los psicrófilos se encuentran típicamente en los ecosistemas extremadamente fríos de la Tierra, como las regiones de los casquetes polares, el permafrost, la superficie polar y los océanos profundos.

• Mesófilos

Los mesófilos son bacterias que prosperan a temperaturas moderadas y crecen mejor entre 20 ° y 45 °C. Estas temperaturas se alinean con las temperaturas corporales naturales de los humanos, razón por la cual muchos patógenos humanos son mesófilos.

• Termófilos

Sobrevive a temperaturas de 45 a 80 °C.

Acidez

La acidez óptima para las bacterias tiende a estar alrededor de un pH de 6,5 a 7,0, con la excepción de los acidófilos. Algunas bacterias pueden cambiar el pH, por ejemplo, excretando ácido, lo que da como resultado condiciones subóptimas.

Actividad de agua

Oxígeno

Las bacterias pueden ser aerobias o anaerobias. Dependiendo del grado de oxígeno requerido, las bacterias pueden clasificarse en las siguientes clases:

1. ausencia aerotolerante o oxígeno mínimo requerido para su crecimiento
2. los anerobios obligatorios crecen sólo en ausencia completa de oxígeno
3. aerobes facultativos-puede crecer ya sea en presencia o oxígeno mínimo
4. aerobes-crecimiento obligatorio sólo en la presencia de oxígeno

Micronutrientes

Abundantes nutrientes

Compuestos tóxicos

Los compuestos tóxicos como el etanol pueden obstaculizar el crecimiento o matar bacterias. Esto se usa beneficiosamente para la desinfección y en la conservación de alimentos.