12. Ciclo celular y crecimiento de poblaciones microbianas

Crecimiento a nivel individual. Crecimiento de poblaciones: medida de masa y nº de células. Crecimiento balanceado. Cultivo continuo. Curva

de crecimiento en sistema cerrado

Introducción al crecimiento microbiano (I)

Crecimiento: incremento ordenado de todos los componentes del sistema biológico aumento de la masa celular multiplicación celular

En microorganismos que se dividen por fisión o por gemación aumento del nº de individuos

En microorganismos cenocíticos aumento del tamaño de la colonia cenocítica

Introducción al crecimiento microbiano (II)

Puntos de vista de estudio:Individual: ciclo celular

Replicación y segregación de cromosomasSíntesis de nuevos materiales de las envueltas (ver tema 5)Coordinación de la replicación y la división celular

PoblacionalCinética del crecimientoFactores que afectan al tiempo de generación (g)Factores ambientales que afectan al crecimiento

Físicos (tema 13)Químicos (tema 14)

Ciclo celular

Secuencia de acontecimientos identificables que ocurren desde que surge una nueva célula hasta que ésta se divide en dos hijas

En el ciclo procariótico existen períodosC: replicación del ADN cromosómicoD: formación del septo y división celularFase innominada, equivalente a la G1 eucariótica

C y D son relativamente constantes cuando disminuye g lo hace a expensas de G1

Ciclo celular en función del tiempo de generación

g>C+D: existe G1 (intervalo antes de la replicación). C y D están perfectamente diferenciados

g=C+D: no existe G1. Cada ronda de replicación empieza al terminar una división celular

g<C+D: rondas de replicación de un ciclo empiezan antes de que haya terminado la división celular del ciclo anterior (C y D parcialmente superpuestas)

g<C: no se detecta fase D. La síntesis de ADN es continua en todo el ciclo. Replicación dicotómica de los cromosomas

Control del ciclo celular en Escherichia coli (I)

Dos secuencias paralelas de acontecimientos controlan el ciclo:Un control es sensible a una masa celular

umbral, y está implicado en desencadenar la replicación cromosómica

Otro control es sensible a una longitud celular umbral, y tiene que ver con el reparto de los cromosomas y la formación del tabique

Fase C Fase D

Control del ciclo celular en Escherichia coli (II)

Inicio de la replicación (sensible a masa umbral):Unidades de DnaA (+ATP) se unen a oriC. El oriC tras

la replicación queda hemimetilado, y queda “secuestrado” en la membrana (para evitar la acción de la metilasa Dam)

Inicio de tabicación (sensible a longitud umbral y a la separación de los cromosomas):Formación en el centro celular de un círculo de FtsZ,

que se va contrayendoEnsamblaje en ese plano del divisoma, incluyendo la

PBP3 síntesis de PG del tabique

Medida del crecimiento por masa celular (I)

Métodos directos:Determinación del peso húmedoDeterminación del peso secoDeterminación del N totalDeterminación de algún componente característico:

PGADN, ARNProteínasATPClorofilas (en fotosintéticos)

Medida del crecimiento por masa celular (II)

Métodos indirectos:Consumo de nutrientes

QO2 (consumo de oxígeno)QCO2 (consumo de dióxido de carbono)

Producción de ciertos metabolitosProducción de ácidos orgánicos

Métodos turbidimétricos (ópticos):Espectrofotómetro (mide luz transmitida)Nefelómetro (mide luz dispersada)

Espectrofotómetro en medida del crecimiento

Medida del número de individuos (I)

Métodos directos:Cámara de Petroff-Hauser (para bacterias)Cámara de Thoma (para levaduras y células

mayores que las bacterianas)Contadores electrónicos de partículas

(contador Coulter)

Cámara de Petroff-Hauser

Medida del número de individuos (II)

Métodos indirectos:Recuento de viables por siembra de

muestras de diluciones en placas de PetriRecuento de viables a partir de grandes

volúmenes de suspensiones diluidas: se hacen pasar por filtros de nitrocelulosa o equivalentes (ej.: sistema Millipore®), y se incuban sobre medio sólido

Dispersión sobre la superficie de placas Petri

Medio en sobrefusión se añade a una muestra

Alícuotas 0.1 ml

10 x 106

Recuento de viables por siembra en placas Petri

Sistema de filtración en membrana de Millipore®

Filtración por membrana de Millipore® de una muestra

Crecimiento balanceado (=equilibrado) (I)

El incremento por unidad de tiempo constituyentes de la población es un valor constante y similar en cada caso: velocidad de aumento del componente = K ·

[cantidad de ese componente] (cinética orden 1)

Es decir: el nº de células, la masa u otros componentes se duplican en un mismo lapso de tiempo tiempo de generación (g)

Crecimiento balanceado (=equilibrado) (II)

Otra manera: todos los constituyentes aumentan proporcionalmente por un mismo factor en la unidad de tiempo coeficiente exponencial de crecimiento μ

Se deduce fácilmente la relación entre μ y el tiempo de generación (g):μ = 0.693/g (en h-1)

Cultivo continuo(sistema abierto)

cultivo balanceado mantenido por tiempo indefinido por un sistema abierto de flujo compuesto por:Una cámara de cultivo de volumen constanteA la que llega un suministro de nutrientes

desde una cámara reservorioDesde la cámara de cultivo se elimina parte

del cultivo y de sustancias tóxicas por un dispositivo de rebosadero

Medio fresco desde reservorio

Válvula para controlar el flujo

f (en ml/h)

f (en ml/h)

vx

Pérdida neta céls: -dx/dt = x·D

Crecimiento bruto: dx/dt = x· μ

Crecimiento neto: dx/dt = x· μ - x·D = = x (μ-D)

En equilibrio μ = D; luego dx/dt = 0 y x se hace constante

D = f/v (en h-1)

SR

D = f/v

v

Reservorio de medio fresco, con un sustrato limitante (SR)

Válvula de control del flujo

Suministro de aire

Filtro de aire

Cámara de cultivo

Receptor del efluente rebosado

g

x

DC

DM

Crecimiento en sistemas cerrados líquidos

El más habitual en laboratorioCultivo en frascos, tubos, etc.No hay aporte nuevo de nutrientes ni es

posible eliminar los productos de desecho del cultivo

Se desarrolla a través de una curva característica de crecimiento7

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