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 tanto, se produce el crecimiento bacteriano. Ambas células hijas de la división no necesariamente sobreviven. Sin embargo, si el número que sobrevive excede la unidad en promedio, la población bacteriana experimenta un crecimiento exponencial . La medición de una curva de crecimiento bacteriano exponencial en cultivo por lotes era tradicionalmente parte de la formación de todos los microbiólogos; el medio básico requiere el recuento bacteriano (recuento de células) directo e individual (microscópico, citometría de flujo [1]).), métodos directos y a granel (biomasa), indirectos e individuales (recuento de colonias) o indirectos y a granel (número más probable, turbidez , absorción de nutrientes). Los modelos concilian la teoría con las medidas. [2]
Etapas
En estudios autecológicos , el crecimiento de bacterias (u otros microorganismos, como protozoos , microalgas o levaduras ) en cultivo discontinuo 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). [3]
- Durante la fase de retraso , las bacterias se adaptan a las condiciones de crecimiento. Es el período en el que las bacterias individuales están madurando y aún no pueden dividirse. Durante la fase de retraso del ciclo de crecimiento bacteriano, se produce la síntesis de ARN, enzimas y otras moléculas. Durante la fase de retardo, las células 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 retraso y puede durar de 1 hora a varios días. Durante esta fase, las células no están inactivas. [4]
- La fase logarítmica (a veces denominada fase logarítmica o fase exponencial ) es un período caracterizado por la duplicación de células. [5] El número de nuevas bacterias que aparecen por unidad de tiempo es proporcional a la población actual. Si el crecimiento no está limitado, la duplicación continuará a una tasa constante, por lo que tanto el número de células como la tasa de crecimiento de la población se duplicarán con cada período de tiempo consecutivo. Para este tipo de crecimiento exponencial, trazar el logaritmo natural del número de células frente al 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 célula por unidad de tiempo. [5] 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, las cianobacterias pueden duplicar su población cuatro veces al día y luego triplicar su población. [6] Sin embargo, el crecimiento exponencial no puede continuar indefinidamente porque el medio pronto se agota de nutrientes y se enriquece con desechos.
- La fase estacionaria se debe a menudo a un factor limitante del 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 "suave" de la curva durante la fase estacionaria. Las mutaciones pueden ocurrir durante la fase estacionaria . Bridges y col. (2001) [7] presentó evidencia de que el daño del ADN es responsable de muchas de las mutaciones que surgen en los genomas de la fase estacionaria o de las bacterias hambrientas. Las especies de oxígeno reactivo generadas endógenamente parecen ser una fuente importante de tales daños. [7]
- En la fase de muerte ( fase de declive), las bacterias mueren. Esto podría deberse a la falta de nutrientes, la temperatura ambiental por encima o por debajo del rango de tolerancia para la especie u otras condiciones nocivas.
Este modelo básico de crecimiento de cultivos 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 en sí, la tasa de muerte 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. para 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 [8] ) y su fase de crecimiento exponencial a menudo no es nunca una tasa constante, sino una tasa de descomposición lenta, una respuesta estocástica constante a las presiones tanto reproducirse y permanecer inactivo ante la disminución de las concentraciones de nutrientes y el aumento de las concentraciones de desechos.
Cerca del final de la fase logarítmica de un cultivo por lotes, puede inducirse la competencia para la transformación genética natural , como en Bacillus subtilis [9] 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. Idealmente, está 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 a un medio estéril nuevo. En el caso extremo, esto conduce a la renovación continua de los nutrientes. Este es un quimiostato , también conocido como cultivo continuo. Idealmente, está 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. [1]
El crecimiento bacteriano se puede suprimir con bacteriostáticos , sin necesariamente matar las bacterias. En una situación sinecológica , fiel a la naturaleza, en la que está presente más de una especie bacteriana, el crecimiento de 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 constantes entre las bacterias con la excepción de los extremófilos . Las bacterias tienen condiciones de crecimiento óptimas bajo las cuales prosperan, pero una vez fuera de esas condiciones, el estrés puede resultar en 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 alimentos .
Temperatura
Las bajas temperaturas tienden a reducir las tasas de crecimiento, lo que ha llevado a que la refrigeración sea fundamental para la conservación de los alimentos. Dependiendo de la temperatura, las bacterias se pueden clasificar en:
- Psicrófilos
Los psicrófilos son bacterias extremófilas amantes del frío o arqueas con una temperatura óptima de crecimiento de aproximadamente 15 ° C o menos (temperatura máxima de crecimiento a 20 ° C, temperatura mínima de crecimiento a 0 ° C o menos). Los psicrófilos se encuentran típicamente en los ecosistemas extremadamente fríos de la Tierra, como las regiones de casquetes polares, el permafrost, la superficie polar y los océanos profundos. [10]
- 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 seres humanos, razón por la cual muchos patógenos humanos son mesófilos. [11]
- Termófilos
Sobrevive a temperaturas de 45 a 60 ° C Ambrose
Acidez
La acidez óptima para las bacterias tiende a rondar el pH de 6,5 a 7,0 con la excepción de los acidófilos . Algunas bacterias pueden cambiar el pH, por ejemplo, al excretar ácido, lo que da como resultado condiciones subóptimas. [12]
Actividad acuática
Oxígeno
Las bacterias pueden ser aerobias o anaerobias . Dependiendo del grado de oxígeno requerido, las bacterias pueden clasificarse en las siguientes clases:
- anaerobios facultativos, es decir, ausencia de aerotolerantes o oxígeno mínimo requerido para su crecimiento
- Los anaerobios obligados crecen solo en ausencia total de oxígeno.
- aerobios facultativos: pueden crecer en presencia o con un mínimo de oxígeno
- aerobios obligados: crecen solo en ausencia de oxígeno
Micronutrientes
Abundantes nutrientes
Compuestos tóxicos
Los compuestos tóxicos como el etanol pueden dificultar el crecimiento o matar bacterias. Se utiliza de forma beneficiosa para la desinfección y la conservación de alimentos .
Ver también
- Ecuación monod
- Cinética de Michaelis-Menten
- Proliferación celular
Referencias
- ↑ a b Skarstad K, Steen HB, Boye E (1983). "Parámetros del ciclo celular de Escherichia coli B / r de crecimiento lento estudiados por citometría de flujo" . J. Bacteriol. 154 (2): 656–62. PMC 217513 . PMID 6341358 .
- ^ Zwietering MH, Jongenburger I, Rombouts FM, van 'T Riet K (1990). "Modelado de la curva de crecimiento bacteriano" . Microbiología aplicada y ambiental . 56 (6): 1875–1881. PMC 184525 . PMID 16348228 .
- ^ Fankhauser, David B. (17 de julio de 2004). "Curva de crecimiento bacteriano" . Universidad de Cincinnati Clermont College. Archivado desde el original el 13 de febrero de 2016 . Consultado el 29 de diciembre de 2015 .
- ^ Caso, Christine; Funke, Berdell; Tortora, Gerard. Introducción a la microbiología (décima edición).
- ^ a b " http://www.ifr.ac.uk/bacanova/project_backg.html Archivado el 24 de octubre de 2007 en Wayback Machine ". Consultado el 7 de mayo de 2008.
- ^ "Marshall T. Savage - Una visión exponencialista"
- ^ a b Bridges BA, Foster PL, Timms AR (2001). "Efecto de los carotenoides endógenos sobre la mutación" adaptativa "en Escherichia coli FC40" . Mutat. Res . 473 (1): 109-19. doi : 10.1016 / s0027-5107 (00) 00144-5 . PMC 2929247 . PMID 11166030 .
- ^ Novick A (1955). "Crecimiento de bacterias". Revisión anual de microbiología . 9 : 97-110. doi : 10.1146 / annurev.mi.09.100155.000525 . PMID 13259461 .
- ^ Anagnostopoulos C, Spizizen J (1961). "REQUISITOS PARA LA TRANSFORMACIÓN EN BACILLUS SUBTILIS" . J. Bacteriol . 81 (5): 741–6. doi : 10.1128 / JB.81.5.741-746.1961 . PMC 279084 . PMID 16561900 .
- ^ "Psicrófilos y psicótrofos" . www.els.net . Consultado el 6 de febrero de 2018 .
- ^ "Mesófilo - Diccionario biología-en línea" . www.biology-online.org . Consultado el 6 de febrero de 2018 .
- ^ Blamire, John. "Efecto del pH sobre la tasa de crecimiento" . Brooklyn College . Consultado el 8 de octubre de 2016 .
enlaces externos
- Un examen del crecimiento exponencial de las poblaciones bacterianas.
- Ayuda científica: recurso de la escuela secundaria de crecimiento bacteriano (GCSE, Alevel).
- Crecimiento microbiano, BioMineWiki
- Del Proyecto de Demostraciones Wolfram - requiere reproductor CDF (gratis) :
- El número final de células bacterianas
- Simulación de registros de recuento microbiano con un modelo de solución de Fermi ampliado
- Procesos de crecimiento incipientes con mecanismos en competencia
- Relación de crecimiento microbiano isotérmico logístico modificado
- Crecimiento microbiano isotérmico logístico generalizado (Verhulst)
- Crecimiento de la población microbiana, mortalidad y transiciones entre ellos
- Crecimiento diauxico de bacterias en dos sustratos
Este artículo incluye material de un artículo publicado el 26 de abril de 2003 en Nupedia ; escrito por Nagina Parmar; revisado y aprobado por el grupo de Biología; editor, Gaytha Langlois; revisor principal, Gaytha Langlois; correctora de estilo principal, Ruth Ifcher. y Jan Hogle.