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PARMETROS DE CRECIMIENTO PARAMICROORGANISMOSPresentado por: ELIANA LOZANO ROMERO 243941. Estudiante Ing. Qumica
Crecimiento MicrobianoSe define como un aumento de los constituyentes celulares que puede dar como resultado: - Un aumento en el nmero de clulas - Aumento en el tamao de la clula
Crecimiento Celular
tD
tD
tD
tD
1 Generacin 20=1
2 Generacin 21=2 t t D
3 Generacin 22=4
4 Generacin 23=8
5 Generacin 24=16
N = N0 2
dN Ln(2) = N dt tD
dN = N dt
Fases de crecimiento en cultivo por lote (Batch)Exponencial Estacionaria Muerte
Parmetro de medida
Adaptacin ( lag )
dN = N dt
dN =0 dtTiempo de cultivo
dN = kN dt
Fases de crecimiento Fase de adaptacin (Lag)Las clulas sintetizan nuevos componentes Material ya presente que se deba reponer o aumentar en concentracin Material, no existente anteriormente, empleado para adaptarse al medio o nuevas condiciones de crecimiento Duracin variable Alimentos -> Tiempo de caducidad
Parmetro de medida
Adaptacin ( lag )
Tiempo de cultivo
Fases de crecimiento Fase ExponencialCaractersticas: Duracin Tiempo de duplicacin La velocidad especfica mxima de crecimiento
Parmetro de medida
Exponencial
dN = N dtTiempo de cultivo
Fases de crecimiento Fase Exponencial
Parmetro de medida
Exponencial
dN = N dtTiempo de cultivo
Fases de crecimiento Fase Exponencial
Fases de crecimiento Fase Exponencial
Modelos no estructuradosMalthus
rx = X
Verlhust (1844)
rx = kX (1 X )
dX = rx dt
X 0 e kt X = 1 X 0 (1 e kt )
Modelo de Monot= max S Ks + S
Modelo de MonotMicroorganismo Nutriente max (hr- Ks Limitante 1) (mg/liter) Escherichia Coli (37C) Glucosa 0,8-1,4 2-4 Escherichia Coli (37C) Glicerol Escherichia Coli (37C) Lactosa Saccharomyces Cervisiae Glucosa (30C) Tropicalis Candida Glucosa (30C) sp. Candida Candida sp. Klebsiella aerogenes Aerobacter aerogenes Oxgeno 0,87 0,8
2 20 25-75 0,045-0,45 9 1-10
0,5-0,6 25 0,5 0,5
Hexadecan 0,5 o Glicerol 0,85 Glucosa 1,22
Tipos de crecimientoCrecimiento equilibrado los componentes celulares se sintetizan a una velocidad constante unos con respecto a otros ej.: durante la fase exponencial de crecimiento
Crecimiento no equilibrado
la velocidad de sntesis de los componentes celulares varia de forma relativa (unos componentes respecto a otros) tiene lugar en una gran variedad de condiciones ej.: modificaciones en los niveles de nutrientes (de un medio pobre a un medio rico o de un medio rico a uno pobre) o cambios en las condiciones ambientales
Fases de Crecimiento Fase estacionariaEl nmero total de clulas viables permanece constante puede ser que clulas metablicamente activas dejen de reproducirse puede ser que la velocidad de divisin sea la misma que la de muerte Posibles razones que determinan la entrada a la fase estacionaria : limitacin, carencia, de nutrientes disponibilidad de oxgeno limitada acumulacin de productos txicos densidad poblacional crtica
Fases de Crecimiento Fase EstacionariaRespuesta de los microorganismos a las carencias de nutrientesCambios morfolgicos. Ej.: formacin de endosporas Disminucin del tamao, contraccin del protoplasto y condensacin del nucleoide Produccin de protenas especficas de situaciones de carencia. Ej.: Factores sigma Supervivencia a largo plazo Aumento de la virulencia
Fases de Crecimiento Fase de MuerteLa muerte celular se define como la prdida irreversible de la capacidad de dividirse Las clulas se mueren exponencialmente En algunos casos la velocidad de muerte es lenta debido a la acumulacin de clulas resistentes
Modificaciones del CrecimientoEfecto de la concentracin de nutrientes en el crecimiento
Factores limitantes del crecimientoLos ambientes microbianos son complejos, constantemente cambiantes y puede exponer un microorganismo a gradientes solapados de nutrientes y factores ambientales Ley del mnimo de Leibig la biomasa total est determinada por el nutriente presente a menor concentracin Ley de la tolerancia de Shelford por encima o debajo de algunos lmites ambientales, un microorganismo no crecer, independientemente del nutriente suministrado
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoLa mayor parte de los microorganismos crecen bajo condiciones ambientales moderadas Algunos microorganismos son extremfilos: crecen en condiciones que seran letales para la mayora del resto de los microorganismos
Solutos Cantidad de agua disponible para los organismos Actividad del agua Disminuye por la interaccin con molculas de soluto (efecto osmtico) (aw) A mayor [soluto] menor aw Disminuye por la adsorcin a superficies (efecto matriz)
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoLmites inferiores de actividad del agua para el crecimiento microbiano
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoOrganismos Osmotolerantes Crecen en un amplio intervalo de actividades de agua Muchos emplean solutos compatibles para aumentar su concentracin osmtica interna Algunos contienen protenas y membranas que requieren una concentracin de solutos elevada para su estabilidad y actividad
Salinas con un afloramiento ( bloom ) de Halobacterium . El color se debe a la bacteriorodopsina
Influencia de los factores ambientales en el crecimientopH logaritmo negativo de la concentracin de H+
acidfilos crecimiento ptimo entre pH 0 y pH 5.5 neutrfilos crecimiento ptimo entre pH 5.5 y pH 7 alcalfilos crecimiento ptimo entre pH8.5 y pH 11.5
logaritmo negativo de la concentracin de H+
Influencia de los factores ambientales en el crecimientopH La mayora de los acidfilos y alcalfilos mantienen un pH interno prximo a la neutralidad ello, algunos organismos emplean para mecanismos de intercambio de protones/iones Algunos sintetizan protenas de proteccin ej.: protenas de estrs cido (acid-shock proteins) Algunos microorganismos modifican el pH de su hbitat produciendo productos de desecho cidos o bsicos la mayora de los medios contienen tampones para evitar la inhibicin del crecimiento
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoTemperatura : Los microorganismos muestran temperaturas de crecimiento mnimas, mximas y ptimas Segn la temperatura ptima los microorganismos se clasifican en psicrofilos, psicrotrofos, mesfilos, termfilos e hipertermfilos
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoTemperatura : Los microorganismos muestran temperaturas de crecimiento mnimas, mximas y ptimas Segn la temperatura ptima los microorganismos se clasifican en psicrofilos, psicrotrofos, mesfilos, termfilos e hipertermfilos
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoConcentracin de oxgeno
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoConcentracin de oxgeno
AGAR TIOGLICOLATO. Los aerobios estrictos solo crecen en la superficie del agar (Af, Alcaligenes faecalis; Pf, Pseudomonas fluorescens). Los anaerobios aerotolerantes crecen a igual velocidad a lo largo del tubo (Lp. Lactobacillus plantarum). Los anaerobios facultativos crecen en todo el tubo pero ms junto a la superficie (Se, Staphylococcus epidermidis; Ea, Enterobacter aerogenes). Los anaerobios estrictos crecen solo en el fondo del tubo.
Influencia de los factores ambientales en el crecimiento
AGAR TIOGLICOLATO. Los aerobios estrictos solo crecen en la superficie del agar (Af, Alcaligenes faecalis; Pf, Pseudomonas fluorescens). Los anaerobios aerotolerantes crecen a igual velocidad a lo largo del tubo (Lp. Lactobacillus plantarum). Los anaerobios facultativos crecen en todo el tubo pero ms junto a la superficie (Se, Staphylococcus epidermidis; Ea, Enterobacter aerogenes). Los anaerobios estrictos crecen solo en el fondo del tubo.
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoRadiacinRadiacin ionizante Rayos X y rayos gamma Provocan mutaciones muerte Rompe la estructura qumica de muchas molculas incluyendo el DNA El dao puede ser reparado mediante mecanismos de reparacin de ADN
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoRadiacinRadiacin ultravioleta (UV) Provocan mutaciones muerte Provoca la formacin de dmeros de timina en el DNA El DNA daado puede ser reparado segn dos mecanismos fotorreactivacin los dmeros se rompen en presencia de luz reactivacin en oscuridad los dmeros se rompen y reparan en ausencia de luz
Influencia de los factores ambientales en el crecimientoRadiacinLuz visible altas intensidades generan oxgeno singlete (1O2) (agentes oxidantes muy potentes pigmentos carotenoides protege a numerosos microorganismos de la fotooxidacin
Parmetros de medidaPARMETROS MTODOS DE CUANTIFICACIN Cmara de Neubauer (Hematocitmetro) Nmero de microorganismos Medicin de peso Intensidad en fluorescencia Peso Seco Resistencia elctrica (Contador de Volumen hmedo Centrifugacin en tubos graduados partculas) Citometra de flujo Mtodo de Bradford Contenido de protena de DNA Citometra de flujo Lowry Contenido Kjeldahl Indirectos - Determinacin de consumo de gases Determinacin de produccin de metabolitos Espectrofotometra - Turbimetra
Determinacin de crecimiento microbianoPuede ser medido como el cambio en el nmero de individuos de una poblacin, recuento de clulas o como los cambios en la masa de una poblacin
Determinacin del nmero de clulas
Recuento directo de clulas Cmaras de recuento Contadores electrnicos Sobre filtros de membrana
Determinacin de crecimiento microbianoCitometra de flujoLas clulas se tien con un marcador fluorescente (salvo que tengan fluorescencia intrnseca) y se pasan por un capilar muy fino sobre el que inciden dos haces de luz lser uno de ellos permitir medir la dispersin de luz (relacionada con el tamao de las partculas) y otra excitar el marcador fluorescenteSynechococcus (puntos verdes) Prochlorococcus (puntos rojos)
Determinacin de crecimiento microbiano
Recuento en placa
Synechococcus (puntos verdes) Prochlorococcus (puntos rojos)
Determinacin de crecimiento microbianoFiltracin en membrana:
Determinacin de crecimiento microbianoDeterminacin de la masa de la poblacin
Peso seco Cuantificacin de un componente o sustancia celular Determinacin turbidomtrica (dispersin de luz)
Referencias BLANCH H., CLARK D., Biochemical Engineering. Marcel Dekker Inc. 1996. Chapter 3. Microbial Growth. BAILEY J., OLLIS D. Biochemical Engineering Fundamentals. Second Edition. 1986. Chapter: Kinetic of Substrate Utilization, Product Formation and biomass production in cell cultures