6.1 crecimiento celular y fisi n binaria -...
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Brock Biology ofMicroorganisms
Eleventh Edition
Capítulo 6:
Crecimiento Microbiano
Michael Madigan • John Martinko
Crecimiento
6.1 Crecimiento Celular y Fisión
Binaria
6.1 Concept Check
Microbial growth involves an increase in the number of cells.
Growth of most microorganisms occurs by the process of binary
fission.
• Define the term generation.
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6.3 Concept Check
New cell wall is synthesized during bacterial growth by inserting
new glycan units into preexisting wall material. A hydrophobic
alcohol called bactoprenol facilitates transport of new glycan units
through the cytoplasmic membrane to become part of the growing
cell wall. Transpeptidation bonds the precursors into the
peptidoglycan fabric.
• What are autolysins and why are they necessary?
• What is the function of bactoprenol?
• What is transpeptidation and why is it important?
II
Crecimiento Bacteriano
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Matemática de crecimiento
microbiano
• n, número de generacionesn = (logNt – log No) / 0.301
• k, velocidad de crecimiento (hr-1)
k = n / t = (logNt – log No) / (0.301 x !t)
• g, tiempo de generación (hr, min…)
g = 1/k
6.4 Concept Check
Microbial populations show a characteristic type of growth pattern
called exponential growth, which is best seen by plotting the
number of cells over time on a semilogarithmic graph.
• Why does exponential growth lead to large cell
populations in so short a period of time?
• What is a semilogarithmic plot?
6.5 Concept Check
From knowledge of the initial and final cell numbers and the time of
exponential growth, the generation time and growth rate constant of
a cell population can be calculated directly. Key parameters here are
n, g, v, k, and t.
• Distinguish between the terms specific growth rate and
generation time.
• If in 8 h an exponentially growing cell population increases
from 5 _ 106 cells/ml to 5 _ 108 cells/ml, calculate g, n, v,and k.
6.6 Ciclo de Crecimiento
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6.6 Concept Check
Microorganisms show a characteristic growth pattern when
inoculated into a fresh culture medium. There is usually a lag phase,
and then growth commences in an exponential fashion. As essential
nutrients are depleted or toxic products build up, growth ceases, and
the population enters the stationary phase. If incubation continues,
cells may begin to die.
• In what phase of the growth curve are cells dividing in a
regular and orderly process?
• When does a lag phase usually not occur?
• Why do cells enter the stationary phase?
III
Medidas de Crecimiento
Microbiano
Medidas Medidas de de crecimiento microbianocrecimiento microbiano
• Enumeración
• Directa
– Conteo directo
• Indirecta
– Cultivo (Unidades formadoras de colonias)
• Biomasa
• Peso seco
• Turbidez
• Constituyentes celulares (DNA, clorofila, proteínas,
etc.)
Conteo total: métodos directos
“Viable Count”
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Errores en enumeración por
cultivo
6.7 Concept Check
Growth is measured by the change in number of cells with time.
Cell counts done microscopically measure the total number of cells
in a population, whereas viable cell counts (plate counts) measure
only the living population.
• Why is a viable count more sensitive than a microscopic
count?
• What is the major assumption made in relating plate count
results to cell number?
• Describe how you would dilute a bacterial culture by 10–7.
• What is the “great plate count anomaly”?
6.8 Medidas indirectas de
crecimiento: turbidez
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6.8 Concept Check
Turbidity measurements are an indirect but very rapid and useful
method of measuring microbial growth. However, in order to relate
a direct cell count to a turbidity value, a standard curve must first be
established.
• List two advantages of using turbidity as a measure of cell
growth.
• Describe how you could use a turbidity measurement to
tell how many colonies you would expect from plating a
culture of a given OD.
6.9 Concept Check
Continuous culture devices (chemostats) are a means of maintaining
cell populations in exponential growth for long periods. In a
chemostat, the rate at which the culture is diluted governs the
growth rate, and the population size is governed by the
concentration of the growth-limiting nutrient entering the vessel.
• How do microorganisms in a chemostat differ from
microorganisms in a batch culture?
• What happens in a chemostat if the dilution rate exceeds
the maximal growth rate of the organism?
• Do pure cultures have to be used in a chemostat?
Influencia de factores ambientales
• Solutos & actividad de agua
• Temperatura
• Oxígeno
• Presión
• Radiación
Solutos & actividad de AGUA
• Parámetros
– libre o asociada (absorbida, iones, temp.)
– actividad de agua (aw), humedad relativa,
potencial de agua
• Medios hipotónicos [diluídos, pared celular]
• Medios hipertónicos [conc., osmoprotectores]
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…agua
• Vida 0.6 - 0.98 aw
– Organismos NO son eficientes en extraer agua deambientes a un aw < 0.6
– Fungi > halofílicas > bacterias, algas
– Resistencia a desecación (esporas, quistes, otras formasresistentes)
– Sobrevivencia (tipo de suelos, velocidad de desecación,etc.)
Salinidad
– ambientes acuáticos (0.05% sales)
– marinos (3.5% sales)
– hipersalinos (25-30% sales)
• Dunaliella (alga flagelada)
• Artemia salina (camarón)
• Arqueas
• halotolerantes, 2-5% sal
• halofílicos moderados, 5-20%
• halofílicos extremos, 20-30%, Halobacterium
...Solutos & actividad de AGUA
pH• Concentración de protones pH = -log[H+]
– La mayoría de los organsimos prefieren pH neutrales oligeramente alkalinos [sistemas de transporte, membranas,enzimas, DNA y otros constituyentes trabajan establemente]
• Ambientes
– Acidos (pH < 5.5)
• lagos volcánicos
• drenaje de zonas mineras
• suelos de bosques de pinos
• contenido gástrico
…pH
Origen microbiano:
So + 1.5O2 + H2O " H2SO4, !G -118 kcal/mole
– Thiobacillus, mesofílico
– Sulfolobus, termofílico
– Oxidadores de azufre (quimiolitotrofos)
– Fermentaciones " ácidos orgánicos
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…pH
• Alkalinos (pH > 8.5)
– Lagos y desiertos
1.Presencia de condiciones geológicas que favorezcan laformación de drenajes alkalinos (e.d., alto contenido decarbonato de calcio)
2. Topografía con restricciones de efluentes (embalcescerrados)
3. Condiciones climáticas que conducen a concentración porevaporación
(Problemas para la formación de gradientes de protones y potencial de membrana)
Bacillus sps.
Microorganismos
– Acidofílicos (pH óptimo 1.0 - 5.5)
– Neutrofílico (pH óptimo 5.5 - 8.5)
– Alkilofílico (pH óptimo 8.5 - 11.0)
…pH Resumen
• Sufijo: fílico (amante de, requiere de…)
moderado, extremo, tolerante
• Prefijo:
• Hiper
• Halo (sal)
• Neutro, acido, alkilo (pH)
• Termo (T)
Temperatura
• Ambientes
– Bajas temperaturas [>90% océanos temp. < 5oC]
– 'Temperatura ambiente o corporal’ [20-45oC]
– Altas temperaturas [Regiones volcánicas &geotermales, ambientes de autocalentamiento(compostas), aguas industriales de sistemas deenfriamiento]
…temperatura
Afectan los microorganimos que son polkilotérmicos
– Funcionamiento y crecimiento:
» actividad enzimática
» fluidez de la membrana
» estabilidad del material genético
» organelos y otras estructuras intracelulares, e.d.,
ribosomas
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Temperaturas Cardinales
sicrofílicos, temp óptimas ! 15 oC (Eucariotas < -18°C)
mesofílicos, 20 - 45°C
sicrotrofos, óptimos de 20-30°C, 35°C máx., 0°C mín.
(psicrofílicos facultativos, imp. industria de alimentos)
…temperatura
termofílicos, óptimas " 55°C
• >60°C restringido a Prokariotas, Arqueas
• récord a 250°C bajo presión (a 1,800-3,700 m
agua es líquida a 460oC)
• ¡40 min - 1 hr tiempo de generación!
– termotolerantes
– moderados
– hipertermofílicos (extremos)
• tipos metabólicos variados; e.d., nitrificadores,
oxidadores de hierro, oxidadores de azufre,
metanogénicas
…temperatura
Oxígeno
• Aceptador de electrones de alta eficiencia energética
• Puede ser tóxico a procesos biológicos [e.d., fijaciónde nitrógeno, metanogenesis]
• Toxicidad puede aumentar en la presencia de luz[formación de aniones radicales, superóxidos;peróxido; radicales de hidroxyl; altamente reactivos,son utilizados por macrófagos para degradación]
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Enzimas que destruyen formas
tóxicas de oxígeno
…oxígeno
• Microorganismos:
• aeróbicos
– respiración aeróbica
– tienen enzimas para degradar formas tóxicas de oxígeno
• anaeróbicos
– respiración anaeróbica
– fermentaciones
– Clostridium, Bacteroides, Methanococcus
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• anaerobios facultativos
– crecen mejor en la presencia de oxígeno (respiración
aeróbica)
– también pueden fermentar o respirar anaeróbicamente
– tienen enzimas para degradar formas tóxicas de oxígeno
– coliformes
• aerotolerantes
– ignoran presencia de oxígeno
– Enterococcus faecalis
• microaerofílicos
– crecen a bajas tenciones de oxígeno (2-10% vs. 20%
atmosférico)
…oxígeno
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Presión
• Tipos• atmosférica
• osmótica
• hidrostática
• Ambientes• Aguas oceánicas de profundidades > 1,000 m
componen aproximadamente el 75% delvolumen total
• 600 - 1,100 atm
• Temperaturas 2 -3 oC
...presión
Microorganismos (rol pared celular)
– Barofílicos, crecen bajo altas presioneshidrostáticas
– Barotolerantes, aumento en presión afectanadversamente pero sobreviven
– No barotolerantes, presión destruye la células
Radiación
• Espectro electromagnético
• Intensidad & tiempo de exposición (dosis)
• Gamma, Rayos X & UV son dañinos (alta
energía) a procesos biológicos
• Fotooxidación (luz + O2 " oxidante fuerte)
…radiación
• mutágeno
– se afecta la estructura de ácidos nucleicos
– afecta procesos de la membrana y su estructura
– afecta aparatos fotosintéticos
• estrategias
– fotoreactivación
– pigmentos protectores; e.d., carotenoides
– fototaxis
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