Download crecimiento microbiano 2 - factores ambientales

Factores físicos
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Temperatura
Desecación
Radiaciones
Ondas sonoras
Presión hidrostática
Presión osmótica
pH
Agentes químicos
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•
•
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Desinfectantes y antisépticos
Quimioterápicos de síntesis
Antibióticos
Metales pesados
Halogenuros
Temperatura
• Afecta a la velocidad de crecimiento y, por lo tanto al tiempo de
generación, g.
•
• Cada bacteria muestra una curva de crecimiento en función de la
temperatura
EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS
MICROORGANISMOS
Temperatura óptima de crecimiento
Escherichia coli
5º
28º
37º
55º
0.1 ml a agar nutritivo
Incubar por 24 h.
Crecimiento
5º
28º
37º
55º
MICROORGANISMOS PSICRÓFILOS
• Crecen entre -5 a 5ºC.
• A)Las psicrófilas obligadas tienen temperatura óptima entre
15-18ºC: Flavobacterium.
•
Psicrófilo extremo: tiene su óptimo de crecimiento en 4ºC,
y es incapaz de crecer a 14ºC (¡se muere de calor!):
Polaromonas vacuolata, recientemente aislada en aguas
heladas de la Antártida
• B) Las psicrófilas facultativas o psicrotolerantes (también
llamadas psicrotrofas) soportan temperaturas de
refrigeración, presentan temperatura óptima en torno a los
20-30ºC y máximas a los 35ºC.
Adaptaciones bioquímicas
en medios fríos
• Enzimas más resistentes al frío
• Sistemas de transporte adaptados a bajas temperaturas;
• Los fosfolípidos de la membrana celular aumentan la proporción
de ácidos grasos insaturados, ello supone que la membrana sigue
en su estado semifluido, evitándose su congelación.
MICROORGANISMOS MESÓFILOS
• Su temperatura óptima de crecimiento es entre 25-40ºC y
máximas entre 35 y 47ºC.
•
• La mayor parte de las Eubacterias pertenecen a esta
categoría.
MICROORGANISMOS TERMÓFILOS
• Tienen temperatura óptima de crecimiento entre 50-75ºC y
máxima entre 80 y 113ºC.
• Las Hipertermófilas o termófilas extremas presentan
óptimos cercanos a los 100ºC, y pertenecen al dominio
Archaea.
Los hábitats naturales
• Fuentes termales volcánicas terrestres
• Fuentes termales submarinas: fumarolas
hidrotermales asociados a las grandes dorsales
oceánicas
• Los materiales en fermentación como composta
y ensilados pueden alcanzar 65ºC.
Thermus aquaticus
• Brock descubrió la eubacteria termófila, en el Parque
Nacional de Yellowstone, en EE UU, a más de 100oC.
• De ella se extrae la ADN polimerasa termorresistente (Taq)
empleada en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
automatizada.
• Pyrococcus furiosus, es una arqueobacteria hipertermófila,
que crece muy bien a 100ºC.
Los hipertermófilos
Con temperatura óptima de crecimiento por encima de los 80ºC son
incapaces de crecer a menos de 37oC: Thermoproteus,
Pyrococcus, Pyrodictium
La arquea Pyrolobus fumarii, habita en las fumarolas hidrotermales
submarinas crece a 105ºC y soporta hasta 113ºC, y detiene su
metabolismo (por “frío”) a la “agradable” temperatura de 90ºC
(!!!!!!).
Adaptaciones bioquímicas a altas
temperaturas
• Enzimas termorresistentes
• Ribosomas termorresistentes
• Membranas ricas en ácidos grasos saturados, que
permiten enlaces hidrofóbicos más fuertes.
• En Arqueobacterias hipertermófilas los lípidos no
tienen ésteres de ácidos grasos con el glicerol, son
éteres de hidrocarburos unidos al glicerol
• Algunas bacterias, en vez de la típica bicapa lípídica,
exhiben una monocapa de C40-bifitanil-tetraéteres
que condicionan una extrema resistencia a agentes
ambientales.
Tiempo térmico mortal (TTM)
Transferir 5 ml del medio previamente inoculado (0.5%) a cada tubo, someter a
70ºC en los tiempos indicados, posteriormente transferir 0.1 ml a una caja de
petri con agar nutritivo y observar el crecimiento.
Escherichia coli
5’
10’
15’
20’
25’
30’
T
Es el tiempo mínimo requerido para que mueran todas las
bacterias de una determinada suspensión a 70ºC.
Tiempo de reducción decimal
(Valor D)
Punto térmico mortal
Punto térmico mortal
(PTM)
55oC
Especies
Escherichia coli
60oC
Mycobacterium tuberculosis
120oC
Endosporas de especies muy
resistentes de Bacillus.
Es la temperatura mínima que mata a todas
las bacterias en 10 min.
Punto térmico mortal
0.1 ml a agar nutritivo
Escherichia coli
37º
50º
60º
70º
80º
92º
T
Incubar por 24 h.
Transferir 5 ml del caldo previamente inoculado (0.5%) con el
microorganismo de prueba, a cada tubo, someter a la temperatura
indicada por 10 min, posteriormente transferir 0.1 ml a una caja de
petri con agar nutritivo y observar el crecimiento.
La inactivación por calor
Microorganismo
Células vegetativas, de bacterias, levaduras y
mohos
Mycobacterium tuberculosis
Mycobacterium tuberculosis
Mycobacterium tuberculosis
Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis
La mayoría de esporas de bacterias patógenas
esporas del patógeno Clostridium botulinum
esporas de Clostridium y Bacillus
esporas de Clostridium y Bacillus
condiciones
o
80 C ,
5-10 min
58oC ,
59oC ,
65oC ,
60oC ,
100oC ,
100oC ,
100oC ,
120oC ,
30 min
20 min
2 min
60 min
pocos min
5,5 horas
muchas horas
15 minutos
Hay desnaturalización de proteínas y a la fusión de lípidos de
membrana, se rompen muchos enlaces débiles, sobre todo los
puentes de hidrógeno entre grupos -C=O y H2-N-.
Estos enlaces se rompen más fácilmente en atmósfera saturada de
vapor de agua, debido a que las moléculas de agua pueden
desplazar a los puentes de hidrógeno
Tindalización
• Nombre en honor de John Tyndall
• Es un método que consiste en someter el material a
varios ciclos (normalmente 3 ó 4) de dos fases
sucesivas cada uno:
• 1) En la primera fase el material se calienta a una
temperatura entre 50 y 100ºC, durante 1 ó 2 horas
• 2) En la segunda fase el material se incuba en una
estufa, a 30-37ºC durante 24 horas.
Pasteurización
• En honor a Louis Pasteur, que la introdujo en los años
1860.
• Es un método que consiste en tratar los fluidos a 63oC
durante 30 min, con un enfriamiento a 5ºC y envasado
rápido
Pasteurización instantánea
• Conocida por sus siglas en inglés HTST, de high
temperature-short time se logra calentando a
72ºC durante sólo 15 segundos, enfriamiento a
5ºC y envasado inmediato.
• El número de bacterias viables desciende un 9799%.
• Los potenciales patógenos que pueda llevar la
leche (Brucella, Salmonella, Mycobacterium
tuberculosis, Streptococcus) son eliminados
fácilmente.
organismos termodúricos
Son los organismos que resisten las condiciones
de pasteurización
Y los organismos termorresistentes
¿cuales son?
PASTEURIZACIÓN DE LECHE BRONCA
Leche bronca (Lb)
someter a 65º x 30’
(80ºC X 5’)
someter a 4º x 5
leche pasteurizada
Recuento de bacterias coliformes
Recuento de bacterias mesofílicas
aerobias
Recuento de organismos termodúricos
RECUENTO DE ORGANISMOS COLIFORMES
Colonias de 1-2 mm de diámetro, de color rosa
mexicano por fermentación de lactosa y un
precipitado del mismo color alrededor de la
colonia
RECUENTO DE MESOFÍLICOS
AEROBIOS
Leche bronca (Lb)
10-2 y 10-4
Leche pasteurizada (Lp)
sin diluir y 10-1
Leche alpura
sin diluir y 10-1
Transferir 1 ml por duplicado y agregar 15 ml de agar cuenta estándar
Incubar a 37ºC x 24-48 h
Conservación de microorganismos
utilizando la temperatura
Tarea:
• Congelación
• Liofilización
EFECTO DEL PH
Neutrófilas, si crecen de modo
óptimo en torno a la
neutralidad (entre pH 6 y 8).
Acidófilas, si crecen
normalmente entre pH 0 y 6.
Alcalófilas, si crecen entre pH
8 y pH 14.
Escherichia coli puede crecer bien
entre pH 6 y pH 8, pero su pH
interno es siempre 7.6 o muy cercano
a ese valor
Bacterias oxidantes del azufre
a
b
aislada de una planta de tratamiento de aguas
residuales, en su interior se observan abundantes gránulos de
azufre
b) Bacterias oxidantes del azufre en un arroyito, abundante
presencia de azufre elemental en las precipitaciones blancas
BACTERIAS DEL ÁCIDO ACÉTICO
• Son bacterias que pertenecen a las Proteobacterias del
grupo Alfa y a los géneros:
• Gluconobacter
• Acetobacter
• Realizan la oxidación incompleta del etanol y de azúcares
produciendo:
• Acido acético
– Resisten valores de pH menor a 5
Hábitat de las Crenarqueota
Crenarqueota Hipertermófilo
alcalófilas obligadas
• Tienen óptimos de pH en torno a 10-11.
• Bacillus alcalophilus , cuyo pH interno es de 9. Su hábitat
típico son suelos carbonatados y lagunas alcalinas
• Natronobacterim gregoryi,
• Estos organismos tienen gran interés industrial, de ellos se
obtienen enzimas hidrolíticas como proteasas y lipasas que
se usan como aditivos en detergentes
Efecto de la presión osmótica
1
3
30 %
ACTIVIDAD DE AGUA
Efecto de la presión osmótica
• A) En medios hipotónicos (con una aw>aw del citoplasma)
• es la pared celular la que ejerce todo el papel: su rigidez se opone
a la entrada de agua, y por lo tanto, evita que la membrana
citoplásmica tienda a sufrir una presión de turgencia excesiva.
• B) En medios hipertónicos (cuando la aw del exterior es menor
que la del citoplasma).
• Las bacterias poseen mecanismos compensatorios por los que
tienden a aumentar la osmolaridad interior por encima de la del
medio (para garantizar la entrada de agua del ambiente y
mantener su metabolismo), aumentando la concentración de un
soluto compatible, lo cual se puede lograr por varios posibles
mecanismos:
•
MECANISMOS
Bomba de iones al
antiporte K+/H+.
interior:potasio (K+), por un sistema de
Molécula orgánica osmóticamente activa: el glutamato, la
glutamina y la trehalosa
Sustancias osmoprotectoras:
• Prolina: Salmonella typhimurium y Staphylococcus aureus
• Betaína (glicínbetaína), un derivado trimetilado de la
glicocola: Cianobacterias y en algunas Gram-positivas.
• Colina :Escherichia coli
• Ectoína: Enterobacterias.
Los Osmófilos
• son microorganismos especializados que viven en
medios hipertónicos.
• Entre los osmófilos existen dos grupos: los
sacarófilos y los halófilos.
• Uno de los mejores ejemplos de microorganismos
sacarófilos no es una bacteria, sino las levaduras,
que viven en jugos vegetales, néctares, zumos,
etc. Utilizan como solutos compatibles polioles
como el sorbitol, el ribitol.
Los Halófilos
• Halófilos moderados: suelen ser bacterias marinas (ej.: Vibrio
fischeri) que viven en 3.5% de NaCl, y que ven inhibido su
crecimiento a concentraciones mayores o menores de sales con
una aw equivalente a la de agua de mar, así como
concentraciones determinadas de iones Na+.
• Halófilos
extremos
(hiperhalófilos),
representados
paradigmáticamente
por
las
arqueas
del
género
Halobacterium, que viven en concentraciones saturantes de
sales (salitrales, lagunas salinas). Usan como soluto compatible
el K+, concentrándolo a partir del medio donde viven, hasta
que el citoplasma queda prácticamente saturado con él (4 a 7
M).
• Halotolerantes (como por ejemplo, Staphylococcus aureus),
pero la inmensa mayoría de los procariotas viven a valores de
actividad de agua de 0.98
EFECTO DE LAS RADIACIONES
ELECTROMAGNÉTICAS
Radiación electromagnética
radiación infrarroja (IR)
radiación visible
ultravioleta (UV)
rayos X
rayos 
rayos cósmicos
 (longitudes de onda, en nm)
800-106
380-800
13,6-380
0.14-13.6
0.001-0.14
< 0.001
• La Radioactividad es una reacción nuclear de
descomposición espontánea, es decir un núclido
inestable se descompone en otro más estable
emitiendo una radiación
 (2 P
y 2 N)


(e-)
RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS



Neutrones
Papel
Cuerpo
Humano
Acero
Plomo
Cemento
FOTOPRODUCTOS DEL ADN
OCASIONADOS POR LA LUZ UV
• Los fotoproductos generados por la luz UV en el ADN derivan
principalmente de alteraciones en las bases pirimÍdIcas
(citosina, timina):
• a)
Dímeros de pirimidina: anillo ciclobutano
• b)
Fotoproducto de la endospora: 5-timinil-5,6-dihidrotimina
• c)
Hidratos de pirimidina
EFECTOS DE LAS ONDAS SONORAS
• Las ondas sonoras audibles para los humanos
poseen un rango de frecuencias entre los 9
kilociclos y los 20 kilociclos/segundo.
• las ondas supersónicas (hasta los 200 Kc/seg)
• las ultrasónicas (desde 200 hasta 2000
Kc/seg).
Efecto sobre las células : Desintegración
Mecanismo de acción
• El paso del sonido a través de un líquido produce cambios de
presión alternantes, por los sucesivos frentes de ondas, que
a grandes frecuencias originan cavidades (burbujas de gases
disueltos) de unos 10 m de diámetro (fenómeno de
cavitación).
• Dichas cavidades van aumentando de tamaño y terminan
colapsando violentamente, dando lugar a enormes
presiones locales (de hasta 1000 atmósferas o 10 Tm/cm2).
• Efecto en la célula
•
•
•
•
•
Desintegración
Se forman peróxidos
Hay despolimerización de macromoléculas
Fraccionamiento del ADN.
USOS
Son más sensibles las Gram-negativas y más
resistentes las Gram-positivas.
Uso en el laboratorio de de los supra- y
ultrasonidos:
• sonicación o disrupción ultrasónica de células
para obtener extractos celulares en un aparato
llamado generador de ultrasonidos que opera
en un rango de frecuencias desde 9 hasta 100
Kc/seg.
EFECTO DE LA PRESION HIDROSTATICA
La mayor parte de las especies bacterianas de
hábitats continentales no pueden crecer cuando
son sometidas a altas presiones de 600 Kg/cm2
Acción sobre las células
– disminución de la capacidad de las enzimas de
unirse a sus respectivos sustratos
– interferencia en la división celular: las
bacterias se alargan, se filamentan, pero sin
producción de tabique transversal.
BACTERIAS QUE SOPORTAN ALTAS PRESIONES
Bacterias barotolerantes
• Crecen a la presión atmosférica, pero aguantan hasta unas 500
atmósferas.
• Su hábitat son las aguas oceánicas, entre los 2000 y los 4000 metros
de profundidad.
Bacterias barófilas
• Crecen óptimamente a más de 400 atmósferas.
• Y se subdividen en barófilas moderadas (facultativas) y barófilas
extremas (obligadas):
– Las barófilas moderadas pueden crecer a presión
atmosférica, aunque su óptimo está a unas 400 atmósferas.
Habitan profundidades entre los 5000 y 7000 metros.
Las barófilas extremas
Presentan óptimos de crecimiento a muy
altas presiones (por encima de 600-700
atmósferas), y son incapaces de crecer a
presión atmosférica.
• Se han aislado a más de 10000 metros de
profundidad a 2-3oC.
• Géneros:
usos
• Aplicación práctica de las altas presiones a
bacterias barosensibles:
•
La llamada prensa de French es un aparato de
laboratorio que permite aplicar grandes presiones
y brusca descompresiones, lo que logra la rotura
mecánica de las bacterias, con objeto (al igual
que la sonicación) de obtener extractos libres de
células.
ANTISÉPTICOS
Desinfectantes y esterilizantes
APLICACIONES INDUSTRIALES DE LOS
DESINFECTANTES