Crecimiento y Reproducción Bacteriana

Fisión Binaria

Las bacterias se reproducen por fisión binaria, un proceso que produce dos células hijas iguales. Durante este proceso:

1. El ADN se ancla a la membrana celular.
2. Se replica el ADN, y cada célula hija recibe una copia.

Proteínas Esenciales para la División Celular

• FtsZ (E. coli): Polimeriza para formar un anillo en el centro de la célula, marcando el sitio de división.
• FtsA: Enzima ATP hidrolasa que proporciona energía para el ensamblaje de proteínas en el divisoma (complejo proteico responsable de la división celular).
• FtsI: Proteína esencial para la síntesis de peptidoglicano (componente de la pared celular bacteriana). Es el blanco de acción de la penicilina.
• MinC: Inhibe la división celular al prevenir que FtsZ forme el anillo hasta que el centro de la célula esté definido.
• MinE: Inhibe la actividad de MinC y se ancla al centro de la célula, permitiendo la formación del anillo FtsZ en el lugar correcto.
• FtsK: Participa en la elongación celular y coordina la separación de los cromosomas duplicados durante la división.

FtsZ también tiene actividad GTP hidrolasa, liberando energía para su propia polimerización y despolimerización, así como para el ensamblaje y desensamblaje del anillo.

Morfología Bacteriana

• MreB: Proteína que forma bandas filamentosas en espiral bajo la membrana citoplasmática. Se relaciona con la forma de las bacterias no cocoides, demostrando que las procariotas también poseen citoesqueleto.
• FtsZ: Se considera la tubulina bacteriana.
• MreB: Se considera la actina bacteriana.
• Crescentina: Proteína que forma filamentos intermedios en bacterias.
• Autolisinas: Enzimas que crean aperturas controladas en la pared celular durante la división. Se encuentran en el divisoma.

Las bacterias cocoides crecen en dirección opuesta al anillo FtsZ, mientras que los bacilos crecen en varias direcciones.

• Bactoprenol: Molécula que transporta los precursores del peptidoglicano a través de la membrana citoplasmática y cataliza la formación del enlace glucosídico entre ellos.
• Transpeptidasa: Enzima que forma el enlace peptídico entre las cadenas de aminoácidos de las unidades de peptidoglicano, dando resistencia a la pared celular.

Cultivo Bacteriano

• Cultivo monofásico o en batch: Cultivo en un sistema cerrado con medio no renovado.

Fases de la Curva de Crecimiento Bacteriano

1. Fase de Latencia (lag): Período de adaptación al medio con poco crecimiento.
2. Fase Exponencial o Logarítmica (log): Incremento exponencial de la población, alta actividad fisiológica y células uniformes.
3. Fase Estacionaria o de Equilibrio: Disminución del crecimiento por agotamiento de nutrientes y acumulación de productos de desecho.
4. Fase de Declinación o Muerte: La tasa de muerte celular supera la tasa de división, disminuyendo la población viable.

• Cultivo continuo (Quimiostato): Sistema abierto donde se mantiene constante el volumen del cultivo. Se añade medio fresco a velocidad constante y se elimina el exceso, manteniendo la población en fase exponencial.

Biopelículas Bacterianas

Las biopelículas son comunidades complejas de bacterias que crecen adheridas a superficies y embebidas en una matriz extracelular. Presentan organización, competitividad y cooperación entre las distintas especies que las componen.

• Estructura: Tridimensional, formada por poblaciones mixtas de bacterias en la superficie y en el interior de la matriz.
• Matriz extracelular: Compuesta por polisacáridos, proteínas y ADN extracelular, producidos por las propias bacterias.
• Estados:
  • Planctónico: Bacterias individuales en suspensión.
  • Sésil: Bacterias adheridas a la superficie, formando una comunidad integrada.
• Factores afectados por la formación de biopelículas: Velocidad de crecimiento, composición de la pared celular, producción de enzimas, sensibilidad a agentes antimicrobianos.
• Importancia: Las biopelículas son la forma de vida más común para las bacterias en la naturaleza. Son altamente resistentes a los antibióticos debido a la protección que ofrece la matriz extracelular y a la comunicación célula-célula. Las biopelículas maduras pueden contener hasta 10¹⁰ bacterias por cm².
• Formación de biopelículas:
  1. Adsorción reversible de bacterias a la superficie (segundos).
  2. Adherencia irreversible de bacterias (segundos a minutos).
  3. Crecimiento y división de bacterias (horas a días).
  4. Producción de exopolisacáridos y formación de la biopelícula (horas a días).
  5. Adherencia de otros organismos a la biopelícula (días a meses).
• Ejemplos de formación de biopelículas:
  • Industriales: Acero inoxidable, plástico, tuberías.
  • Médicas: Dientes, pulmones, catéteres.
  • Ambientales: Suelos, plantas, ríos.

Medición del Crecimiento Bacteriano

Métodos Directos

• Recuento de células: Se cuentan las células en un volumen conocido de cultivo para estimar la población total. Se relaciona con el número de colonias que se forman en un medio sólido.

Métodos Indirectos

• Actividad metabólica: Se mide la producción de CO₂ o el consumo de O₂ como indicadores del metabolismo bacteriano.
• Peso seco: Se determina el peso seco de la biomasa bacteriana después de eliminar el agua.
• Turbidimetría: Se mide la turbidez del cultivo como indicador de la densidad celular. Cuanto mayor es la densidad celular, mayor es la turbidez.

Microorganismos Viables

• Recuento de viables: Método simple y sensible que consiste en sembrar diluciones del cultivo en placas de agar y contar las colonias que se forman. Cada colonia se origina a partir de una sola célula viable.
• Filtración en membrana: Se hace pasar un volumen conocido de cultivo a través de una membrana con un tamaño de poro específico que retiene las bacterias. La membrana se coloca en un medio de cultivo y se cuentan las colonias que se forman.
• Número más probable (NMP): Método estadístico que se utiliza cuando la densidad celular es muy baja. Se basa en la probabilidad de que un tubo de cultivo contenga al menos una célula viable.

Turbidimetría

• Ventajas:
  • Más exacta y precisa que los métodos de recuento directo, ya que se basa en las propiedades físicas y químicas de las bacterias.
  • Método automatizado que proporciona resultados con cálculos matemáticos.
• Desventajas:
  • La presencia de precipitados u otras sustancias producidas por las bacterias puede aumentar la turbidez, dando resultados falsos positivos.
  • No distingue entre células vivas y muertas.
  • Impreciso si el número de microorganismos es escaso.

Aplicaciones de la Evaluación del Crecimiento Bacteriano

• Control del crecimiento bacteriano en la industria alimentaria, farmacológica, salud animal y humana.
• Utilización de microorganismos como indicadores de la calidad de suelos y aguas.
• Preparación de cultivos iniciadores en la industria láctea y enológica.
• Preparación de inoculantes para cultivos de importancia económica, como los rizobios.

Factores que Influyen en el Crecimiento Bacteriano

Las condiciones químicas y físicas del medio ambiente influyen en el crecimiento bacteriano. Los cuatro factores más importantes son:

1. Temperatura
2. pH
3. Agua
4. Oxígeno

Otros factores a considerar son la presión osmótica y la radiación. Comprender cómo estos parámetros afectan a los microorganismos nos permite controlar las poblaciones y sus actividades.

Clase 9: Crecimiento microbiano 34