APCC Escuela de Quimicofarmacologia de la Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo

DIPLOMADO TEORICO-PRACTICO EN MICROBIOLOGIA CLINICA M en M. José Tom ás Hernández Méndez

Factores que influyen sobre el crecimiento microbiano. Ma. Guadalupe Aguilera Arreola.

Contenido • Factores físicos que afectan el crecimiento: • temperatura • presión osmótica • desecación • radiaciones • Factores químicos que afectan el crecimiento: • pH • potencial REDOX

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Temperatura

Los microorganismos se encuentran en casi todos los ambientes, incluso ambientes muy extremos.

Velocidad de crecimiento

Según el rango de temperatura de crecimiento se clasifican en:

-10

Hipertermófilos Termófilos Mesófilos Psicrótrofos Psicrófilos

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (°C)

110

120

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Capaces de crecer a temperaturas superiores a 45ºC. Adaptaciones a la termofilia: → enzimas y proteínas estables al calor → membranas ricas en ácidos grasos saturados

Temperaturas extremas: Psicrófilos microorganismos capaces de crecer a bajas temperaturas. ⇒ Psicrófilos obligados Mínima =0; óptima < 15o C; < 20°C máxima

⇒ Psicrófilos facultativos crecen a 0°C, óptimo 20-40o C

Adaptaciones: _

membranas ricas en ácidos grasos insaturados

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Temperaturas de crecimiento máximas para diferentes organismos (°C) Eucariotas Animales Peces

Procariotas 38

Insectos

45-50

Crustaceos

49-50

Bacteria Cianobacterias Heterótrofas

70-73 90

Archaea Plantas Protozoarios

45-50 56

Algas

55-60

Hongos

60-62

Metanogénicas Hipertermófilas del azufre

110 115

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• Psicrófilos - rango: < 0-20°C, óptimo < 15o C – organismos marinos, algas: Chlamydomonas nivalis (nieve rosada), bacterias: Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes – membrana contiene alto % de ácidos grasos insaturados

• Psicrofílicos facultativos - rango: 0-35°C, óptimo 20-30o C – Pseudomonas - crecen en el refrigerador (imp sanitaria)

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

• Termófilos - rango: 40-70°C, óptimo de 55-65o C – membrana contiene alto % de ácidos grasos saturados – enzimas estables al calor – Bacillus stearothermophilus, organismos de compostaje

• Hipertermófilos - rango: 80-113°C, óptimo > 90o C – Pyrococcus, Pyrodictium (aguas termales)

Actividad de agua (aw) La disponibilidad de agua se expresa como actividad de agua (a w) Varía entre 0 y 1. Ej.: suelo agrícola 0,9-1,0; harinas 0,7

5

aw ambiente

bacterias

hongos

1.00

agua de mar, sangre verdura, fruta, carne

mayoría Gram-

0.95

pan

mayoría de bacilos Gram+

basidiomycetes

0.90

jamón

mayoría de cocos Bacillus

Fusarium, Mucor Rhizopus

0.85 0.80 0.75

salames

Staphylococcus

Saccharomyces rouxii

0.70 0.60

cereales, dulces

Aspergillus

chocolate, miel leche deshidratada

Saccharomyces rouxii Xeromyces bisporus

conservas

Penicillum

lagos salados pescado salado

Halobacterium Actinospora

Aspergillus

0.55- alteración del ADN

Actividad de agua (aw) Clasificación de los microorganismos según su capacidad para crecer en ambientes con distinta actividad de agua • halófilos: crecen en ambientes salinos (req. Na) crecimiento óptimo aw del mar. • osmófilos: crecen en ambientes con alta concentración de azúcar • xerófilos: crecen en ambientes muy secos aw muy baja los mo se mueren o se deshidratan y pasan aun estado de latencia.

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Ósmosis

soluto

agua

el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana semipermeable

Agua pura vs agua con azúcar

Presión osmótica Ambiente hipertónico soluto

agua

Concentración de agua es mayor adentro de la célula, tiende a salir agua: plasmolisis Ambiente hipotónico Concentración de agua es mayor afuera, tiende a entrar agua a la célula:plasmoptisis (irreversible) Ambiente isotónico Concentración de agua es igual afuera que adentro de la célula, existe un equilibrio : óptimo crecimiento (turgencia)

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Presión osmótica Formas osmóticamente sensibles: Formas L •son células bacterianas carentes total o casi totalmente de PC •formas pleomórficas, irregulares y globulares, •se producen de forma espontánea en algunas especies bacterianas cuando se cultivan en medios hipertónicos Streptobacillus moniliformis •las colonias de las formas L naturales son muy características: en “huevo frito”, bifásicas. •al no existir o estar desorganizado parcialmente el PG no pueden contrarrestar las fuerzas de presión osmótica

Presión osmótica Formas osmóticamente sensibles: •

Se pueden obtener de forma inducida formas L en diversas bacterias Grampositivas y Gram-negativas, tratándolas con penicilina en medios hipertónicos.

Esferoplasto ( G - ) Protoplasto ( G + ) •

si se quieren obtener suspensiones estables de estas formas:

medios o soluciones isotónicos o ligeramente hipertónicos, para evitar su lisis • • •

soluciones de NaCl 0,25-0,5 M; sorbitol o sacarosa 0,1-0,5 M; polietilénglicol (PEG) al 7,5%.

• Las formas L inestables pueden revertir. Poseen algo de PG, aunque éste se encuentra alterado. • Las formas L estables no suelen revertir. La mayoría carecen totalmente de PG.

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Presión osmótica Mycoplasma carecen de pared celular son más resistentes a la lisis osmótica presencia de esteroles y también lipoglicanos

Radiaciones Radiación ultravioleta (UV) • Longitud

de onda corta, entre 10 y 400nm y alta energía. •UV 260nm es la más nociva por ser el máximo de absorción del ADN. •Modo de acción principal: provoca dímeros de timina y se inhibe la replicación del ADN. •Letal 90 y 95% •10 y 5% mutantes

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Radiaciones Radiación ionizante •Longitud de onda muy corta, energía alta, producen ionización: . radicales libres (OH ), oxida dobles enlaces, rompe anillos aromáticos. •rayos X •rayos gama •bajas dosis: mutaciones y muerte •niveles superiores letal •Se usan para esterilizar objetos, algunas endosporas pueden resistir altas dosis

Factores químicos que afectan el crecimiento:

• pH • potencial REDOX

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pH •La escala de pH mide la concentración de iones de hidrógeno e hidroxilo de una solución •ácido, por debajo de pH 7 •alcalino, por encima de pH 7 •o neutro, próxima al pH 7 •En general, las bacterias crecen mejor a un pH ligeramente alcalino (básico). •Los hongos crecen mejor a un pH ligeramente ácido, •Los protozoos y las algas a un pH neutro.

pH •Los acidófilos (amantes del ácido): ambientes con un pH extremadamente bajo. ej, crecen en la lixiviación ácida de los desechos de las minas, pH 1,0 - la acidez del ácido sulfúrico. •Los alcalófilos (amantes de las bases):ambientes con un pH extremadamente alto. ej, crecen en los lagos alcalinos 12,0 - la alcalinidad de las cremas o líquidos depiladores . •La mayoría de las bacterias sobreviven en ambientes con un intervalo de pH relativamente amplio, ajustando su pH intracelular. •Bombas de hidrógeno (E. coli)

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pH ej. Escherichia coli puede crecer en ambientes con un intervalo de pH entre 5,0 y 8,0. Independientemente del pH externo, el pH interno se mantiene en un valor muy cercano a 7,6 - el valor óptimo para su metabolismo. E. coli, al igual que la mayoría de las demás bacterias, pueden realizar reacciones metabólicas vitales sólo dentro de un intervalo de pH limitado, porque muchas de sus enzimas funcionan adecuadamente sólo en un intervalo estrecho de pH

Clasificación de los microorganismos según su pH óptimo ⇒Acidófilo: pH óptimo < 6 Ej.: muchas de las arqueas y hongos Membranas estabilizadas por altas concentraciones de H+ ⇒Neutrófilo: pH óptimo 6 - 8 Ej.: bacterias patógenas humanas. ⇒Basófilo:

pH óptimo > 8 Suelos y aguas ricos en carbonatos Ej: Bacillus

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El pH final del medio de cultivo es un factor importante por diversas razones: •Valores bajos, inferiores a 3.5 impiden la solidificación de los agentes gelificantes añadidos a los medios sólidos •Si la evolución del pH del medio lo hace bajar por debajo de 3.5 se puede producir su licuación. •El valor del pH puede afectar a la solubilidad de algunos componentes del medio de cultivo •El valor del pH puede afectar a la absorci ón de determinados nutrientes •El valor del pH del medio puede afectar al pH del citoplasma y como consecuencia a la actividad de muchos enzimas •Por todas estas razones conviene optimizar el pH del medio para cada caso en concreto.

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pH alcalinizantes

pH 7 Acidificantes lácticas

7.5

T (h)

pH

C Medio con regulador

Medio con regulador Medio sin regulador

T (h)

Medio sin regulador

T (h)

Oxígeno ⇒ Aerobios

→ obligados: requieren oxígeno (21% o más). Ej. Bacillus, hongos, etc. → microaerofílicos: requieren niveles menores que el atmosférico (5-10%). Ej. Azospirillum

⇒ Anaerobios

→ facultativos: no requieren oxígeno, mejor desarrollo con oxígeno. Ej. levaduras, E. coli → aerotolerantes: no son sensibles al oxígeno (crecen en presencia o ausencia de oxígeno). Ej. Enterococcus faecalis, Sreptococcus spp. → obligados: no toleran el oxígeno, mueren en su presencia. Ej. Methanobacterium, Clostridium

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AGENTES REDUCTORES. TOLERANCIA AL OXÍGENO Y POTENCIAL DE OXIDORREDUCCIÓN.

• Purgar el oxígeno de los medios. • Agregar un agente reductor (Eh -) • Indicador de REDOX Walden y Hentges 1975. ...ES QUIZÁ MÁS IMPORTANTE MANTENER EL MEDIO LIBRE DE OXÍGENO QUE TENER UN Eh NEGATIVO... O2 + Eh -50 mV = NO CRECIMIENTO. Eh +500 mV = NO CRECIMIENTO. NO O 2 + Eh +325 mV = CRECIMIENTO.

Koneman, 1999.

mgaa,2007.

AGENTES REDUCTORES. BACTERIAS

POTENCIAL DE OXIDOREDUCCIÓN (Eh)

Aerobias

(+300 mv) a (–50 mv)

Anaerobias facultativas

(+ 300 mv) a (-420 mv)

Anaerobias aerotolerantes

(180 mv) a (-350 mv)

Anaerobias obligadas

(+150mv) a (-420 mv)

Potenciales redox de varios colorantes. Colorante

Agentes químicos reductores. Agente

Eo (mV)

Concentraci ón a usar

Tioglicolato de sodio

< -100

0.05%

Cisteína

-210

0.025%

Ditiotreitol

-330

0.02%

POTENCIAL DE OXIDOREDUCCIÓN (Eh)

Azul de metileno

11 (+ 71 mv) a (– 49 mv)

Azul de toluidina

-11

Índigo tetrasulfonato - 46 Resarzurina

- 51 (- 110 mV)

Tomado de: García Ramos E., Hernández Méndez JT.1981. Manual para el aislamiento e identificaci ón de bacterias anaerobias. Methods for general and molecular bacteriology. Gerhardt, 1994.

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Ensayo de tolerancia al oxígeno Caldo tioglicolato

Tioglicolato agente reductor Resazurina indicador redox

O2 - O2

µO2

AGENTES REDUCTORES.

• TIOGLICOLATO (SHCH2COONa) • L-CISTEÍNA (NH2CHCH2SHCOOH) • DITIOTREITOL (DTT) (HSCH2CHOHCHONCH2SH) • SULFITO DE SODIO (NaSO3)

Methods for general and molecular bacteriology. Gerhardt, 1994.

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Bibliografía Brock, Madigan, Martinko, Parker. 2000 Biología de los microorganismos, 8va , Prentice Hall, capítulos 4 y 5. Prescott, Harley, Klein 1999 Microbiología, 4ta McGraw-Hill Interamericana, capítulos 5 y 6.

www.fq.edu.uy http://www.monografias.com/trabajos27/crecimiento-bacteriano/crecimiento-bacteriano.shtml#factor http://aulavirtual.usal.es/aulavirtual/demos/microbiologia /unidades/ documen/uni_02/58/texthtml/cap802.htm

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