Entendemos por crecimiento microbiano el aumento del
número de microorganismos a lo largo del tiempo. Por tanto, no nos referimos al
crecimiento de un único microorganismo sino al demográfico de una población.
El ciclo
celular es el proceso de desarrollo de
una bacteria considerada de forma aislada. A lo largo del ciclo celular, tiene
lugar la replicación del material de la bacteria, la síntesis de sus
componentes celulares, el crecimiento para alcanzar un tamaño doble del inicial
y su división por bipartición de la bacteria para dar lugar a dos células
hijas.
El crecimiento de una población resulta de la suma
de los ciclos celulares de todos sus individuos. Este crecimiento suele ser
asincrónico puesto que cada microorganismo se encuentra en un punto diferente
del ciclo celular. En un crecimiento sincrónico todas las células se encuentran
simultáneamente en la misma fase del crecimiento celular.
Las poblaciones de bacterias pueden crecer de una
forma explosiva acumulando grandes números en un periodo de tiempo muy
reducido. Se denomina crecimiento equilibrado a aquél en el que toda la biomasa,
número de células, cantidad de proteínas, de ADN, etc., evolucionan en
paralelo.
Podemos calcular el número de bacterias (N) al cabo
de un número de generaciones (n) usando la ecuación siguiente: N = N0 2n. Siendo No el número de células en el momento actual. El
número de generaciones se puede calcular de la siguiente forma: n = t / τ donde t es el tiempo
transcurrido.
Los tiempos de generación de bacterias creciendo en
ambientes favorables pueden ser muy cortos (valores de τ de 20 min). Cuando una
célula aislada comienza a crecer sobre un substrato sólido, el resultado del
crecimiento al cabo del tiempo es una colonia. Se denomina unidad formadora de
colonia (UFC) a una célula viva y aislada que se encuentra en un substrato y en
condiciones ambientales adecuadas y produce una colonia en un breve lapso de
tiempo, éstas forman parte de grupos
unidos fuertemente (estreptococos o diplococos, por ejemplo) ya que cada grupo
formará una sola colonia.
Cuando algunos tipos de bacterias o de levaduras
patógenas crecen sobre superficies forman biopelícuas son muy importantes
porque los microorganismos que los forman resultan más resistentes a
antibióticos y al ataque de células del sistema inmune por consiguiente, las
infecciones que producen son más difíciles de tratar
En microbiología, un microorganismo muere cuando
pierde de forma irreversible la capacidad de dividirse, es decir, cuando no se
produce aumento en el número de microorganismos no hay crecimiento. Podríamos
considerar como muertos microorganismos que pueden reanudar su crecimiento si
las condiciones son de nuevo favorables.
Para crecer, un microorganismo necesita nutrientes
que le aporten energía y elementos químicos para la síntesis de sus constituyentes
celulares. Dependiendo de la fuente de carbono que utilizan, los
microorganismos se pueden clasificar en autótrofos si es el CO2 atmosférico y heterótrofos
si utilizan carbono orgánico. Los microorganismos de importancia clínica son
todos ellos heterótrofos. La fórmula elemental de un microorganismo es,
aproximadamente,C4H7O2N.
La elaboración de medios de cultivo permiten aislar microorganismos a fin de iniciar
posteriores cultivos puro o axénicos esto requiere proporcionar nutrientes y, en ciertos casos, algunos
aminoácidos o vitaminas que determinados tipos de microorganismos no pueden
sintetizar. Los medios de cultivo pueden
ser líquidos o bien sólidos si se añade algún agente solidificante que no sea
consumible por los microorganismos.
En función de los microorganismos que pueden crecer
en ellos, los medios pueden ser generales, selectivos cuando favorecen el
crecimiento de ciertos microorganismos mientras suprimen el de otros (medio SPS
para clostridios), diferenciales cuando alguno de sus componentes permite
identificar las colonias de un tipo de microorganismos (medios con hematíes
para identificar colonias de microorganismos hemolíticos),
selectivo-diferenciales cuando combinan las dos características anteriores
(agar de MacConkey para identificar Escherichia coli), y medios de
enriquecimiento que permiten aislar un tipo determinado de microorganismo a
partir de una mezcla una población mixta de gran tamaño
Existen diferentes sistemas para detectar y medir el
crecimiento de microorganismos. Los principales, son:
Recuento
directo: consiste en la observación al microscopio de
volúmenes muy pequeños de suspensiones de bacterias. Se usan unos portaobjetos
especiales denominados cámaras de Petroff-Hausser. la densidad de células
debe ser del orden de 105 por ml.
Medida
de la masa de células: el sistema se basa en que las
células en suspensión dispersan la luz causando la turbidez del cultivo.. La
densidad de células debe ser del orden de 105 por ml.
Recuento
de viables: consiste en sembrar un volumen
determinado de cultivo o muestra sobre el medio de cultivo sólido adecuado para
estimar el número de viables contando el número de colonias que se forman
puesto que cada una de estas deriva de una UFC. Para que la medida sea correcta
desde el punto de vista estadístico, es necesario contar más de 300 UFC.
Medida
del número de partículas usando contadores electrónicos de
partículas. Estos sistemas no nos indican si las partículas corresponden a
células vivas o muertas; pero nos pueden dar una idea del tamaño de las
partículas.
Medida
de parámetros bioquímicos tales como la cantidad de ADN, ARN,
proteínas, peptidoglicano, etc. por unidad de volumen.
Medida
de actividad metabólica de las bacterias como que respiran
producen una disminución del potencial redox del medio en que se encuentran
como consecuencia del 25 consumo de oxígeno
En un cultivo bacteriano en medio líquido, se pueden
diferenciar cuatro fases en la evolución de los parámetros que miden el
crecimiento microbiano:
Fase
lago de adaptación: los microorganismos adaptan su
metabolismo a las nuevas condiciones ambientales para poder iniciar el
crecimiento exponencial.
Fase
exponencial o logarítmica: en ella la velocidad de
crecimiento es máxima y el tiempo de generación es mínimo. Durante esta fase
las bacterias consumen los nutrientes del medio a velocidad máxima. La
evolución del número de células durante esta fase se explica con el modelo
matemático descrito anteriormente. Esta fase corresponde a la de infección y
multiplicación dentro del organismo del agente infeccioso.
Fase estacionaria: en ella no se
incrementa el número de bacterias. Las células en fase estacionaria desarrollan
un metabolismo durante ella se produce una acumulación y liberación de
metabolitos secundarios que son
importantes en el curso de las
infecciones o intoxicaciones producidas por bacterias. Los microorganismos
entran en fase estacionaria bien porque se agota algún nutriente esencial del
medio, porque los productos de desecho que han liberado durante la fase de
crecimiento exponencial hacen que el medio sea inhóspito para el crecimiento
microbiano o por la presencia de competidores u otras células que limiten su
crecimiento.
Fase de muerte: se produce una
reducción del número de bacterias viables del cultivo. Las fases, parámetros y
cinética de crecimiento discutidas para el caso de los medios líquidos se
presentan también en los sólidos.
Existen factores físicos y químicos que ayudan a un microorganismo en su
crecimiento, como son:
En un cultivo se puede observar que si la temperatura mínima está por debajo de lo normal no hay crecimiento; a
temperaturas mayores se produce un incremento lineal de la velocidad de
crecimiento con la temperatura de cultivo hasta que se alcanza la temperatura
óptima a la que la velocidad es máxima. Por encima de esta temperatura óptima,
la velocidad de crecimiento decae bruscamente y se produce la muerte celular.
Actividad
de agua (aw): La mayoría de los microorganismos
requiere valores de actividad de agua muy altos para poder crecer. Los valores
mínimos de actividad para diferentes tipos de microorganismos son, a título
orientativo, los siguientes: bacterias aw>0.90, levaduras aw>0.85, hongos
filamentosos aw>0.80.
En función de su tolerancia a ambientes con baja aw,
los microorganismos que pueden crecer en estas condiciones se clasifican en
halotolerantes, halófilos y xerófilos según toleren o requieran condiciones
salinas o hipersalinas, respectivamente. La reducción de la actividad de agua
para limitar el crecimiento bacteriano tiene importancia aplicada en industria
alimentaria. La utilización de almíbares, salmueras y salazones reduce la
actividad de agua del alimento para evitar su deterioro bacteriano.
pH:
Es un parámetro crítico en el crecimiento de microorganismos ya que cada tipo
de microorganismo tiene un rango de pH en el que puede vivir adecuadamente,
fuera de este rango muere. Los rangos de
pH tolerables por diferentes tipos de microorganismos son, también, distintos.
Hay microorganismos acidófilos que pueden vivir a pH=1.0 y otros alcalófilos
que toleran pH=10.0.
Potencial
redox: Hay microorganismos que requieren ambientes
oxidantes para crecer, mientras que otros necesitan ambientes reductores. En
general, cuando un microorganismo requiere un ambiente oxidante se dice que
desarrolla un metabolismo oxidativo (o respirativo) mientras que los
microorganismos que requieren ambientes reductores (o menos oxidantes) realizan
un metabolismo fermentativo.
Un microorganismo es aerobio cuando necesita oxígeno
para vivir y es anaerobio cuando o bien no lo necesita o cuando muere en
presencia de oxígeno. Hay microorganismos que pueden desarrollar ambos tipos de
metabolismo. Esto es: en presencia de oxígeno desarrollan un metabolismo
oxidativo y en su ausencia, fermentativo.
Los virus tienen un ciclo celular diferente al de
los microorganismos de vida libre y por consiguiente, su forma de crecimiento y
la cinética del proceso son diferentes. Una vez que un virus infecta una célula
puede comenzar su proceso de multiplicación que requiere la liberación del
material genético del virus síntesis de una serie de enzimas, la multiplicación
de su material genético y la síntesis de las proteínas de su cápsida el
ensamblaje de nuevos viriones y la liberación de estos al exterior. Por
consiguiente, desde el ingreso del virión en la célula huésped hasta la
liberación de los nuevos viriones producidos como resultado de la infección,
transcurre un periodo de tiempo en el que no es posible detectar la presencia
de partículas víricas fuera de las células. A este periodo se le denomina fase
de eclipse. Las fases de eclipse separan liberaciones explosivas de viriones.
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