Microbiologia GeneralTrimestre 16-P

5. Nutrición microbiana

Masa celular de un organismo (biomasa) formada casi en su totalidad por moléculas con 4 tipos de átomos:

Carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O) e hidrógeno (H)

Otros elementos indispensables para el metabolismo: P, K, Ca, Mg, S, Fe, Zn, Mn, Cu, Mo y Co

Agua: 80 - 90% del peso total de la biomasa principal componente (también aporta nutrientes: H y O)

Nutrientes: sustancias empleadas para la biosíntesis yproducción de energía en TODOS los organismos vivos

nutrición

Con base en la cantidad requerida para una célula, los nutrientes se dividen en:

Macronutrientes (C, H, O, N, P, S, K, Fe, Mg): ~ 95% del peso seco de una célula

Micronutrientes o microelementos (Ca, Mn, Zn, Cu, Co y Mo): Necesarios en cantidades pequeñas mg por litro

Factores de crecimiento (mg por litro)

Composición química de la célula indicador de losprincipales elementos necesarios para el crecimiento

Necesarios en grandes cantidades Primarios (g/L)Secundarios (mg/L)

Primarios (g/L) C, H, O, N, P, S

BM*(% bs) Formas comunes Función en la célula

C 50 Inorg: CO2Org: comp. org. (CHO)n

Componente estructural básico de los compuestos orgánicos

O 20 H2O, O2, (CHO)nComponente del agua y biomoléculas. O2 aceptor final de ē en la respiración aerobia

N 14 Inorg: NH4+, NO3-, NO2, N2Org: aa, péptidos Constituyente de aminoácidos y nucleótidos

H 8 H2O, (CHO)n Constituyente de compuestos orgánicos

P 3-5 PO42- (fosfatos) En ácidos nucleicos, fosfolípidos, coenzimas y ATP

S 1-3 SO42-, aa, H2S, sulfurosmetálicos

Constituyente de aa (Cys, Met), vitaminas (tiamina, biotina), enlaces disulfuro (prots)

*Contenido en biomasa g/100 g BM seca

macronutrientes

BM(% bs)

Formas comunes Función en la célula

K 1.0 K+ (sales) Cofactor de enzimas, mantiene el balance eléctrico celular

Na 1.0 Na+ (sales) Transporte transmembrana, balance eléctricoMg 0.5 Mg2+ (sales) Estabiliza ribosomas, membranas y ácidos

nucléicos, cofactor de enzimasCl 0.5 Cl- (sales) Mantenimiento del balance eléctrico celularCa 0.2 Ca2+ (sales) Estabiliza la pared y endosporas bacterianas,

cofactor de enzimasFe 0.2 Fe2+ (sales) Componente de citocromos y ferroproteínas

involucradas en el transporte de ē

* En general, sus requerimientos se conocen cualitativamente y varían en función de la fase de crecimiento se adicionan al medio en cantidades arbitrarias (µg/L)

Micronutrientes*(< 0.01%): Mn, Zn, Co, Cu, Mo,

Ni, SeSales Cofactores de enzimas, constituyentes de vitaminas

y enzimas

Macronutrientes (secundarios) Y MICRONUTRIENTES

Compuestos orgánicos esenciales (mg/L) que los organismos: Necesitan como precursor o constituyente celular No pueden sintetizar hay que agregarlos en el medio

Tres tipos: Bases nitrogenadas: purinas (A, G) y pirimidinas (C, T, U): síntesis de

ácidos nucleicos Vitaminas: centros activos y cofactores de enzimas Aminoácidos: síntesis de proteínas peptonas

Hidrolizados proteicos péptidos, aa, minerales y micronutrientes

Peptona de soya, extracto de levadura y extracto de malta

FACTORES DE CRECIMIENTO

5. Nutrición microbiana

Requerimientos nutricionales de los microorganismos:

Tipos nutricionales

Fuente de energía: para producción de ATP Luz fotosíntesis Oxidación de compuestos químicos

Fuente de electrones: donadores de ē para la biosíntesis Compuestos orgánicos Compuestos inorgánicos

Fuente de carbono: para el crecimiento Compuestos orgánicos CO2

CLASIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS

Tipo de nutrición

Fuente de energía

Quimiótrofos QuímicaFotótrofos Luz

Organótrofos -Litótrofos -Autótrofos -

Heterótrofos -

Donador de H+/ē

--

Comps. orgánicosComps.

inorgánicos

Fuente de carbono

----

Inorgánica (CO2)

Orgánica (CHO)n

TIPOs NUTRICIONALES

Fuente de energía

Donador de electrones

Fuente de carbono Nombre

Luz-Foto-

Orgánico-organo-

Orgánica-heterótrofo- Fotoorganoheterótrofo

CO2-autótrofo- Fotoorganoautótrofo

Inorgánico-lito-

Orgánica-heterótrofo- Fotolitoheterótrofo

CO2-autótrofo- Fotolitoautótrofo

Química-Quimio-

Orgánico-organo-

Orgánica-heterótrofo-

Quimioorganoheterótrofo

Inorgánico-lito- Quimiolitoheterótrofo

Por ejemplo: Organismo quimio-lito-heterótrofo

Fuente de E: Fuente de ē: Fuente de C:

Organismo foto-organo-autótrofo Fuente de E: Fuente de ē: Fuente de C:

Yo uso luz para alimentarme

Ser autótrofo es vida!

Heterótrofo

Heterótrofo

Heterótrofo H2S

QuímicaComp. inorgánicoComp. orgánico

LuzComp. orgánicoCO2

CLASIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS

Tipo de nutrición Fuente de energía

Donadorde ē

Fuente de carbono Ejemplos

Quimio-organo-heterótrofos*

(quimioheterótrofos)Compuestos orgánicos(azúcares, carbohidratos)

Hongos, bacterias patógenas, animales, protozoos

Foto-organo-heterótrofos

(fotoheterótrofos)Luz

Compuestos orgánicos(azúcares, carbohidratos, ácidos grasos, alcoholes)

Bacterias verdes que no oxidan

azufre

Quimio-lito-autótrofos

(quimioautótrofos)Compuestos inorgánicos

(H2S, Fe2+, CH4, H2, NH4+, NO3, NO2)Inorgánica

(CO2)Bacterias

nitrificantes, muchas arqueas

Foto-lito-autótrofos*

(fotoautótrofos)Luz

C. inorgánicos

(S2-)Inorgánica

(CO2)Organismos

fotosintéticos: cianobacterias, algas, plantas

* La mayoría de los organismos

CLASIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS

De acuerdo con los balances, podemos saber el tipo de organismo:

6 CO2 + 6 H2O + Luz C6H12O6 + 6 O2

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

6 CO2 + 6 H2S C6H12O6 + 6 S0

Foto-lito-autótrofo

Quimio-organo-heterótrofo

Quimio-lito-autótrofo

Otros tipos de microorganismos: Mixótrofos: obtienen C a partir de compuestos orgánicos o inorgánicos Auxótrofos: por una mutación en su genoma pierden la capacidad para

sintetizar un nutriente esencial (comúnmente aa) requieren una fuente exógena del compuesto para crecer (factor de crecimiento)

Otros tipos de microorganismos: Mixótrofos: obtienen C a partir de compuestos orgánicos o inorgánicos Auxótrofos: por una mutación en su genoma pierden la capacidad para

sintetizar un nutriente esencial (comúnmente aa) requieren una fuente exógena del compuesto para crecer (factor de crecimiento)

Bacterias del azufre: colonias en “respiraderos calientes”: H2S

Bacterias que oxidan Fe2+para obtener energía

Fuente ē Reacción de oxidación EjemploH H2 H2O Cupriavidus

necatorFe Fe2+ Fe3+ Acidithiobacillus

ferrooxidansS S0 + 1½O2 + H2O H2SO4 Thiobacillus

thiooxidans

N 2NH4+ + 3O2 2NO2- +

4H+ + 2H2O 2 NO2+ + O2 2 NO3-

B. nitrificantes:Nitrosomonas

Nitrobacter

Quimiolitoautótrofo E: química; ē: comp. inorg; C: CO2

Quimiolitoautótrofos varios tipos en función del donador inorgánico de ē que oxidan:

Arqueas metanógenas obtienen energía oxidando H2 y usan CO2 como aceptor de ē?:

4 H2 + CO2 CH4 () + 2 H2O ()Methanosarcina mazei

M. mazei

5. Nutrición microbiana

Es el material nutritivo en el que se pueden recuperar, multiplicar y aislar microorganismos

Provee los requerimientos para el cultivo de microorganismos en un laboratorio

Formulación de un medio de cultivo se basa en la composición química de una célula microbiana

MEDIOS DE CULTIVO

Fuentes de C (azúcares) y N (sales)

Macronutrientes

Micronutrientes

Factores de creci-miento (vitaminas, peptonas, extractos)

Agua destilada

Agente solidificante

Ajuste de pH

Esterilización (15 lb/plg2, 15 min)

Inoculación

Incubación

PREPARACIÓN DE MEDIOS DE CULTIVO

Con base en sus características, los medios se clasifican en: Estado físico:

Composición:

Naturaleza de sus componentes:

Propósitos de uso:

Sólidos Líquidos Definidos (sintético) Complejos

Sintéticos Naturales

Mínimo Rico Selectivo Diferencial Enriquecimiento

CLASIFICACIÓN DE MEDIOS DE CULTIVO

Estado físico

Útiles para: Aislamiento e identificación características de las colonias Agente solidificante más común y utilizado: agar (1 – 2%)

Polisacárido extraído de algas rojas: funde a ~100°C, gelifica a ~45°C La mayoría de los microorganismos no lo degrada

Sólidos llevan un agente solidificante

Líquidos sin agente solidificanteÚtiles para: Recuperar y cuantificar la biomasa de un cultivo Analizar el medio para detectar cambios en su

composición (consumo/producción de un compuesto)

Se conoce la composición exacta de sus componentes (cantidad y calidad) Fuentes de C: azúcares lactosa, glucosa, sacarosa, almidón Fuentes de otros elementos: sales NaNO3, (NH4)2SO4, NH4NO3

Usos: para estudios fisiológicos o descriptivos Cuando se quieren resultados definidos y repetitivos Para conocer los requerimientos nutricionales exactos de un

microorganismo (efecto de la adición/eliminación de un compuesto)

Sintéticos o químicamente definidos

composición

Contenido conocido de ingredientes, pero al menos uno tiene composición desconocida (es químicamente indefinido) no se sabe su composición cualitativa ni cuantitativa

Sustancias nutritivas fuente de C, N y energía Fuentes de C: melazas, extracto de malta, celulosa, aceites Fuentes de N: peptonas (hidrolizados proteicos) Vitaminas y péptidos: ext. de carne y levadura, infusión de cerebro

Usos: cuando se desconocen los requerimientos nutricionales contienen sustancias útiles para cualquier microorganismo

Complejos o químicamente indefinidoscomposición

Componente Cantidad (g/L)

Sacarosa 30.0NaNO3 3.0K2HPO4 1.0MgSO4.7H2O 0.5KCl 0.5FeSO4.7H2O 0.01Agar* 15.0

Contiene nutrientes esenciales + compuestos que aportan fuentes complejas de nutrientes? aa, vitaminas, precursores de ácidos nucleicos

Aporta solo los nutrientes indispensablespara el crecimiento de un organismo Ejemplo: medio Czapek (pH 6.8) común

para cultivo de hongos

Mínimo = químicamente definido

Rico = químicamente indefinido

¿El medio Czapek podría convertirse en medio rico? ¿Cómo?

USO

Tiene indicadores que permiten diferenciar (a simple vista) entre grupos bacterianos por diferencias metabólicas generalmente cambio de color

NO inhibe el desarrollo de otros microorganismos Usos: para diferenciar entre grupos microbianos

β-hemólisis en agar sangre

Ejemplo:Medio agar-sangre: 5% sangre (caballo) capacidad de hemólisis bacterias hemolíticas y no hemolíticas (este medio también es rico)

DiferencialUSO

Favorece el crecimiento de un grupo microbiano específico e inhibe el crecimiento de los no deseados: adición de compuestos

Usos: principalmente aislamiento Ejemplos:

Ajuste de factores ambientales (pH, T) termófilos, acidófilos …

Uso de CO2 como fuente de C autótrofos

Celulosa selectivo para degradadores de celulosa

EMB: selectivo para Gram(-) el cristal violeta inhibe Gram(+)

SelectivoUSO

Agar MacConkey lactosa, peptonas, rojo neutro, sales biliares y cristal violeta Selectivo

No crecen bacterias Gram (+) por el cristal-violeta No crecen algunas Gram (-) por las sales biliares [SB]

(tensoactivos que desorganizan membranas) Enterobacterias naturalmente crecen con SB (intestino)

Diferencial Enterobacterias Lac(+) producen

AO colonias rojas con halo (pp de SB)

Enterobacterias Lac(-) usan peptonas y excretan NH4+ colonias amarillas ( pH)

Selectivo-DiferencialUSO

Contiene factores de crecimiento Favorece el crecimiento de microorganismos que se encuentran en bajo

número Usos: para la concentración de ciertos microorganismos

Ejemplos: Adición de sangre, suero, extractos de tejidos animales y vegetales Cultivo de enriquecimiento para microorganismos halófilos:

Enriquecimiento

Alta concentración de sales (15% de NaCl) favorece el crecimiento de microorganismos halófilos e inhibe el de otros grupos

USO