13. Acción de los agentes físicos sobre los microorganismos

Parte B: liofilización, desecación, radiaciones,

presión hidrostática, presión osmótica y pH

Liofilización Es la desecación al vacío de una

muestra previamente congelada (sublimación)

Mantiene la viabilidad de los cultivos durante decenas de años (en ampollas de vidrio herméticamente cerradas y mantenidas a tempª ambiente)

Desecación al aire Mata a las células vegetativas, pero no

a las endosporas Causas de muerte:

Aumento de [sales intracelulares] Daños por oxidación

Diversa sensibilidad, según especies: Bacilo tuberculoso: muy resistente (meses) Vibrión colérico: muy sensible (dos horas)

Efecto de las radiaciones sobre los microorganismos Conceptos generales sobre

radiaciones y biomoléculas Radiaciones ionizantes: efectos y

aplicaciones Radiaciones ultravioleta: efectos y

aplicaciones Efectos de la luz visible

Radiaciones electromagnéticas y biomoléculas Si la energía del fotón es E>10 eV radiaciones

ionizantes Originan cadenas de ionizaciones, en las que se

forman pares de iones (uno con carga + y otro con carga -)

Esto lleva a cambios químicos en el sistema Si la energía es E<10 eV radiaciones no

ionizantes. El electrón se excita, y al volver al estado basal puede dar fenómenos de:

Fluorescencia Fotosensibilización Reacciones fotoquímicas Emisión de calor

Efectos de las radiaciones ionizantes (I) Radiaciones ionizantes:

Rayos X Rayos gamma

Las bacterias son más resistentes que organismos superiores (valores D10): Endosporas: 2000-3000 Gy Deionococcus radiodurans: 2200 Gy Bacterias “normales”: 200-600 Gy Homo sapiens: su dosis letal es solo 10 Gy

Efectos de las radiaciones ionizantes (II) Efecto letal directo (a altas dosis):

Roturas y entrecruzamientos en el cromosoma que no se pueden reparar

Efecto mutagénico: Daños menores que se reparan por

mecanismos propensos a error Efecto letal indirecto: por radiolisis del

agua, que genera radicales OH· letales Si además, hay oxígeno formación de

peróxidos y epóxidos que son letales

Aplicaciones de las radiaciones ionizantes Para la esterilización de:

Material farmacéutico (antibióticos, hormonas, etc)

Material médico-quirúrgico (guantes cirujano, suturas, jeringas, agujas, bisturíes, catéteres, prótesis, etc)

Algunos alimentos envasados (en algunos países). Reconocida su seguridad por la OMS y otras agencias sanitarias

Efectos de las radiaciones ultravioleta El espectro de acción de los rayos

UV coincide con el espectro de absorción por el ADN: 260 nm

No tienen actividad ionizante, pero originan fotoproductos en el ADN: Dímeros de pirimidina (ej.: T-T) Fotoproducto de la endospora Hidratos de pirimidina

Mecanismos de reparación de los fotoproductos del ADN Mecanismos pre-replicativos

Reparación fotoenzimática (fotorreactivación)

Reparación por escisión y resíntesis Mecanismos pos-replicativos

Reparación por recombinación Reparación inducible propensa a error

(SOS)

Aplicaciones prácticas de la luz UV Producida por lámparas de vapor

de mercurio (emiten a 254 nm) La luz UV no penetra en sólidos,

poco en líquidos y se apantalla por vidrio

Aplicaciones: Lámparas de desinfección de aire en

hospitales y laboratorios En investigación: mutagénesis

Efectos de la luz visible Efecto negativo indirecto: sensibilización

fotodinámica Las riboflavinas, citocromos, etc se excitan

con luz solar directa, y originan: Fotooxidaciones en proteínas y ADN Se genera oxígeno singlete (O2

1) radical muy reactivo, oxidante, destructivo

Moraleja: no dejes los cultivos expuestos a la luz solar (se cultivan en oscuridad, salvo las bacterias fotosintéticas, que se protegen por carotenoides y otros pigmentos)

Efecto de la presión hidrostática Las bacterias de hábitats continentales

no soportan grandes presiones Bacterias marinas:

Barotolerantes: crecen a presión atmosférica, pero aguantan hasta 500 atm

Barófilas Moderadas: óptimo a 400 atm, pero aguantan hasta

(viven entre 5000 y 7000 metros) Extremas: óptimos a > 600 atm, y no crecen a

presión atmosférica (viven en fosas marinas a 10.000 m)

Efecto de la presión osmótica En medios hipotónicos, la pared

celular se opone a la entrada de agua

En medios hipertónicos, las bacterias tienen mecanismos para aumentar la osmolaridad interior: solutos compatibles

Solutos compatibles Bombeo de iones K+ al interior Síntesis de solutos orgánicos compatibles:

En bacterias: glu, gln, trehalosa En levaduras: polioles (sorbitol, ribitol)

A grandes osmolaridades externas, la bacteria puede bombear un osmoprotector: Prolina Betaína (glicín-betaína) Colina Ectoína

Microorganismos osmófilos Sacarófilos (sobre todo levaduras)

Solutos compatibles: polioles Halotolerantes Halófilos

Moderados (ej: bacterias marinas): 3,5% de NaCl

Hiperhalófilos (arqueas Halobacterium): requieren saturación de NaCl

Soluto compatible: K+: acumulan hasta 7 M de K+

Requieren gran [Na+] para mantener envueltas

Efecto del pH Neutrófilos (pH entre 5.5-8) Acidófilos:

Thiobacillus: crecen a pH 2 Arqueas Sulfolobus, Thermoplasma,

Ferroplasma: crecen a pH 2 La arquea Picrophilus: óptimo a pH 0.7 (!)

Alcalófilos obligados: pH>10 Viven en lagos alcalinos o suelos carbonatados Algunos son también halófilos