nutrición y características de crecimiento

Nutrición y Características de crecimiento

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Uso de nutrientes

Generación de material celular

Manutención de actividad enzimática y de transporte

Producción de energía

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Composición química de los microorganismos

Agua: 80 – 90% (formas vegetativas)

•precursores de macromoléculasMateria seca:

macromoléculas (proteínas,

ácidos nucleicos,

lípidos, polisacáridos)

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1- Fuente de energía luzquímica

2- MacronutrientesH KO MgC NaN 95% CaS FeP

3- Micronutrientes (elementos traza)Co, Zn, Mo, Cu, Mn, Ni, Se, W

4- Factores de crecimiento• Vitaminas• Purinas y pirimidinas• Aminoácidos

Nutrientes

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Fuente de carbono

- CO2 - Compuestos

orgánicos

Carbohidratos, azúcares, proteínas, aminoácidos, lípidos, ácidos grasos, glicerol

Fuente de nitrógeno

- Inorgánica - Orgánica

NH4, NO3-, N2

Proteínas, peptonas, aa, bases púricas y pirimídicas, urea

Fuente de fósforo

- Inorgánica - Orgánica

Fosfatos Esteres del ácido fosfórico

Fuente de azufre

- Inorgánica - Orgánica

Sulfuros y sulfatos Aminoácidos sulfurados, vitaminas

Macronutrientes

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Fuentes de carbono, energía y electronesFuentes de carbonoAutotrofos CO2 como única o

principal fuente de carbono

Heterotrofos Moléculas orgánicas preformadas reducidas, procedentes de otros organismos

Fuentes de energíaFototrofos LuzQuimiotrofos Oxidación de

compuestos orgánicos e inorgánicos

Fuente de electronesLitotrofos Moléculas orgánicas

reducidasOrganotrofos Moléculas orgánicas

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Fuente de carbono

Autotrofos CO2

HeterotrofosMoléculas orgánicas

preformadas

Fuente de energía

Fototrofos Luz

QuimiotrofosOxidación de compuestos orgánicos e inorgánicos

Fuente de electrones

LitotrofosMoléculas orgánicas reducidas

Organotrofos Moléculas orgánicas

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Principales tipos nutricionales Tipo nutricional Fuente de energía

Hidrogeno/electronesCarbono

Microorganismos representativos

Fotolitrofia autotrofica

Energía lumínicaDador inorganico de H/eCO2 como fuente de C

AlgasBacterias Cianobacterias

Fotoorganotrofia heterotrofica

Energía lumínicaDador orgánico de H/eFuente orgánica de C

Bacterias purpuras no sulfureasBacterias verdes no sulfureas

Quimiolitotrofia autotrofica

Fuente de energía químicaDador inorgánico de H/eCO2 como fuente de C

Bacterias oxidantes de SBacterias del hidrogenoBacterias nitrificantes

Quimioorganotrofica heterotrofica

Fuente de energía químicaDador orgánico de H/eFuente orgánica de C

ProtozoosHongosLa mayoría de bacterias no fotosintéticas

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Nutrientes

aguafuente de energíafuentes de C, N, otros elementosmicronutrientes, factores de crecimiento

Condiciones de cultivo

temperaturapHluzaireaciónactividad de aguapotencial redox

Crecimiento

Medios de cultivo

Condiciones para el crecimiento microbiano

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Factores de crecimiento Componentes celulares indispensables que no

puede sintetizar el microorganismo Aminoácidos

Síntesis de proteínas Purinas y pirimidinas

Síntesis de ácidos nucleicos Vitaminas

Totalidad o parte de factores coenzimaticos

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Factores de crecimiento Vitaminas Biotina: Carboxilacion (fijación de CO2) Piridoxina (B6): Metabolismo de los

aminoácidos Riboflavina (B2): Transporte de electrones Tiamina: Trasferencia de grupos aldehído

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Factores de crecimiento Vitaminas

Riboflavina (B2): Clostridium, Candida Cianocobalamina (B12): Streptomyces,

Pseudomonas Vitamina C: Gluconobacter, Corynebacterium Vitamina D: Saccharomyces

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Hierro Casi todos los microorganismos necesitan

hierro para vivir indispensable en muchos proceso enzimáticos

Poca disponibilidad de Fe Captación de hierro por sideróforos Sintetizan sideróforos cuando hay poco Fe en

el ambiente

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Aislar: Es separar un tipo de microorganismo a partir de una población mixta. En hábitats naturales, raramente encontramos a los microorganismos en cultivo puro

Aislamiento

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Aislamiento directo: Se logra directamente a partir de una muestra cuando el o los microorganismos están en una proporción adecuada., se realiza por estrías (agotamiento) con o sin dilución previa de la muestra (suelo, alimentos), en medio sólido

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Aislamiento por enriquecimiento: Cuando el microorganismo que se desea aislar e identificar se encuentra en baja proporción en la muestra, se incluye una primera etapa que consiste en sembrar la muestra en medio líquido. Luego de varios pasajes se aísla por el método de estrías.

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Medios de cultivo Un medios de cultivo es una preparación

liquida o solida utilizada para el crecimiento, transporte o mantenimiento de organismos

Imprescindibles para aislar e identificar microorganismos

Evaluar la sensibilidad antibiótica Analizar agua y alimentos

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Según su naturaleza física* líquidos* sólidos - solidificante: agar-agar, silico-gel* semi-sólidos

Según su composición * definidos o sintéticos: composición química conocida* no definidos o complejos: composición química no definida, enriquecidos con peptonas, extracto de carne, de levadura, de suelo, sangre

Clasificación de los medios de cultivo

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Medios sintéticos o definidosCO2 como fuente de carbono, incorporado como carbonato o bicarbonato

Nitrato o amonio, sulfato, fosfato y diversos minerales

Utilizados principalmente para autotrofos fotolitotroficos

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Medios complejos Se utilizan cuando se desconocen as

necesidades nutricionales particulares de un microorganismo

Las peptonas son hidrolizados de proteínas obtenidos de carne, caseína, harina de soya

Sirven como fuente de carbono, energía y N

Caldo nutritivo MacConkey Triptona y soya

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Según su uso en el laboratorio Selectivos o inhibitorios: medios que

contienen, además de los nutrientes, ciertas sustancias que inhiben el desarrollo de algunos microorganismos permitiendo el crecimiento de otros o cuya composición permite el desarrollo de un grupo determinado Ej.agar-antibióticos; agua, sales, luz, para

algas, medios con NaCl superior a la concentración fisiológica

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Según su uso en el laboratorio Diferenciales: medios que contienen

indicadores para diferenciar los distintos tipos de microorganismos que puedan crecer en él Mac Conkey azúcar fermentable: lactosa,

indicador:rojo neutro

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Agar Originalmente los

cultivos eran líquidos Robert Koch 1881 Polímero sufaltado

extraído de algas rojas

Buen agente solidificante

La mayoría de los microorganismos no pueden degradarlo

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Cultivo en medio líquido • Habitualmente se realiza en tubos o en matraces. El crecimiento se puede manifestar por enturbiamiento, por formación de velo o película, o por sedimento. Cultivo en medio sólido • Puede ser en tubos o placas a) Tubos con agar inclinado. Para sembrarlos, se mueve el ansa o la punta suavemente sobre la superficie del agar con un movimiento en zigzag desde el fondo hasta la parte superior, cuidando de no dañar el agar. b) Tubos sin inclinar. Se siembran introduciendo una punta en el centro del agar. También se llama siembra por picadura. c) Siembra en placas. Puede ser en superficie (por estrías o bañado) o incorporada (mezclando el inóculo con el agar semifundido)

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Medios de cultivo

Colonia Lactosa negativa

Colonia Lactosa positiva

MEDIO SELECTIVO YDIFERENCIAL

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Agar sangreS. epidermidis en agar sangre

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Agar sangre

HEMOLISIS EN AGAR SANGRE

HEMÓLISIS COMPLETA HEMÓLISIS PARCIAL

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Escherichia coli en medio Luria-Bertani LB

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Agar EMB

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Penicillum en medio Agar dextrosa Sabouraud

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Sporothrix schenckii en medio BHI

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S. schenckii en agar dextrosa Sabouraud

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Agar MacConkey En el medio de cultivo, las peptonas, aportan los

nutrientes necesarios para el desarrollo bacteriano, la lactosa es el hidrato de carbono fermentable, y la mezcla de sales biliares y el cristal violeta son los agentes selectivos que inhiben el desarrollo de gran parte de la flora Grampositiva. Por fermentación de la lactosa, disminuye el pH alrededor de la colonia.

Esto produce un viraje del color del indicador de pH (rojo neutro), la absorción en las colonias, y la precipitación de las sales biliares.

Los microorganismos no fermentadores de lactosa producen colonias incoloras

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Helicobacter pylori en agar Mac Conkey

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• Las colonias se describen por examen macroscópico en función del tamaño, la forma, el borde, la elevación, la transparencia y el color. Esto resulta a veces muy útil en la identificación

• A partir de colonias aisladas en medio de cultivo se realiza un examen microscópico que debe mostrar células razonablemente semejantes respecto al Gram y a la morfología.

• Las colonias aisladas deben aislarse nuevamente en medio no selectivo por el método de estrías. Esto se conoce como reaislamiento.

Cultivo puro

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Método de dispersión en placa

Incubación

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División celular: fisión binaria

Gemación, ej. levaduras

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1- Fase de latencia2- Fase exponencial3- Fase estacionaria4- Fase de muerte

Crecimiento de un microorganismo en medio de cultivo liquido

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Fase de latencia (lag) Célula sintetiza nuevos componentes, proceso

activo Diferencias del nuevo medio Esta fase varia considerablemente

Cultivo viejo Refrigerado Cambios en la composición química

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Fase exponencial o logaritmica (log) Los organismos crecen y se dividen hasta el

máximo posible En esta fase, la población es mas uniforme,

química y fisiológicamente El crecimiento exponencial es un crecimiento

equilibrado

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Fase estacionaria Cuando la población es de

aproximadamente de 1x109

Se establece un equilibrio entre la división y la muerte de las células

Una población entra en estado estacionario por varias razones Limitación de nutrientes Disponibilidad de O2 Acumulación de residuos tóxicos

Respuesta a estrés nutricional

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Fase de muerte Disminución de células viables Al igual que el crecimiento exponencial,

la muerte bacteriana es logarítmica La muerte microbiana se define como la

perdida irreversible de la capacidad de multiplicarse

La velocidad de muerte puede disminuir después de reducir drásticamente la población

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• físicos: temperatura, gases, pH, presión osmótica •químicos: nutrientes, sustancias antimicrobianas•biológicos: otros microorganismos, vegetación, afectan las actividades microbianas

Los distintos factores actúan simultáneamente y resulta difícil el análisis integrado de los efectos.

Factores del ambiente

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Temperatura

Sicrófilos - rango: < 0-20°C, óptimo < 15oC organismos marinos, algas: Chlamydomonas nivalis (nieve

rosada), bacterias: Pseudomonas, Flavobacterium membrana contiene alto % de ácidos grasos insaturados

Sicrótrofos o Sicrófilos facultativos- rango: 0-35°C, óptimo 20-30oC Pseudomonas - crecen en el refrigerador

Mesófilos - rango: 15-45° C, óptimo: 30-40°C la mayoría de los microorganismos (del suelo, aguas, patógenos)

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Temperatura Termófilos - rango: 40-70°C, óptimo de

55-65oC membrana contiene alto % de ácidos

grasos saturados enzimas estables al calor Bacillus stearothermophilus, organismos

de compostaje Hipertermófilos - rango: 80-113°C,

óptimo > 90oC Pyrococcus, Pyrodictium (aguas termales)

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Aerobiosobligados: requieren oxígeno (21% o más) Ej. Bacillus, hongos, etc.

microaerofílicos: lo requieren pero a niveles menores que el atmosférico (5-10%) Ej. Azospirillum, CampylobacterAnaerobios

facultativos: no requieren oxígeno, pero el desarrollo es mejor con oxígeno. Ej. Levaduras, E. coli aerotolerantes: no son sensibles al oxígeno (crecen en ausencia o presencia de oxígeno). Ej. Enterococcus faecalis, Sreptococcus spp. obligados: no toleran el oxígeno, muere en su presencia

Ej. Methanobacterium, Clostridium

.

Oxigeno

Aerobio

MicroaerofilicoAnaerobio facultativo

Anaerobio estricto

Anaerobio aerotolerante

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•tubos con medio de cultivo llenos por completo.•medios con sustancias que reaccionan con el oxígeno y lo excluyen.•dispositivo especial (cámara anaeróbica)

Cultivos en anaerobiosis

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Otros gasesN2 componente principal de de la atmósfera (78%). Gas inerte: no es usado por la mayoría de los organismos, los que pueden reducir el triple enlace del N2 con la enzima nitrogenasa se denominan diazotrofos o fijadores de N2 y pueden desarrollarse en ambientes sin N-combinadoCO tóxico para la mayoría de los organismos (cadena respiratoria) puede ser oxidado a CO2 por algunos microorganismosCH4 liberado a la atmósfera por microorganismos metanogénicos, gas con efecto invernadero, puede ser oxidado a CO2 por bacterias metanotróficasCO2 importante gas, fuente de carbono para los autotrofos, aerobios y anaerobios, fotosintéticos o quimiosintéticos. Muchos hongos lo requieren a niveles superiores a los atmósfericos, para ciertas síntesisH2 poco usado, tóxico para la mayoría de los microorganismos, brinda energía a bacterias Hydrogenomonas: H2+O2 = H20 + ATP

pHEl pH es la acidez o alcalinidad de una solución, medida por el log 1/(H+)

Clasificación de los microorganismos según su pH óptimo

Neutrófilo: pH óptimo 7 - Ej.: bacterias patógenas humanas.

Acidófilo: pH óptimo 7 - Ej.: muchas de las archeobacterias y hongos.

Basófilo: pH óptimo 7 - Suelos y aguas ricas en carbonatos Bacillus alcalophilis

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Medición del crecimiento

Recuento de células totales: cámaras de Recuento, recuento electrónico

Recuento de células viables: en medio sólido (profundidad o superficie)

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Medición de masa celular Determinación del peso seco o húmedo

de la células en volumen fijo del cultivo Centrifugación o filtración por membrana

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Medición indirecta

Turbidez: medición de absorbancia o densidad óptica (do)

DO: proporcional a la concentración de partículas

Otras: producción de ácido o gas en organismos fermentadores

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