Download Módulo Tema 2 Archivo

Módulo Tema 2 del curso
Curso: MICROBIOLOGIA para Ingenieros Químicos y Biomédicos
Autor: MSc. Vicenta Pita Bravo
número del tema
2
Título del tema
Cinética de desarrollo de los microorganismos.
Descripción del tema
En este documento se presenta el Tema
de la asignatura
MICROBIOLOGIA para Ingenieros Químicos y Biomédicos.Este tema
se denomina Cinética de desarrollo de los microorganismos.
Descriptores del tema
Requerimientos nutricionales de los microorganismos, clasificación
según sus requerimientos de oxígeno, influencia de factores externos,
medios de cultivo, curva de crecimiento y métodos de conteo.
Presentación del tema
El propósito fundamental de este Tema es presentar a ustedes en
forma clara y asequible, los conocimientos básicos requeridos y la
importancia que tiene el estudio de la Cinética de desarrollo de los
microorganismos, para algunas industrias y el Polo Científico,
primeramente conocerán los requerimientos nutricionales de los
microorganismos, la clasificación según sus requerimientos de
oxígeno, la influencia de factores externos, los medios de cultivo
necesarios para el crecimiento de los microorganismos, la curva de
crecimiento y los métodos de conteo para la confección de la misma .
Los contenidos teóricos se van presentando en el tema en una
secuencia lógica, de lo simple a lo complejo, de lo particular a lo
general y viceversa. En el tema se proponen ejemplos que resultarán
buenos motivos de reflexión para ustedes y cuando acometan su
estudio,
pongan a prueba su capacidad de asimilación de los
contenidos que sucesivamente van desarrollándose en la asignatura.
Pueden tener algunas dificultades en el contenido que, con el estudio
que realicen, con las consultas al profesor y con una cierta dosis de
inventiva y de creatividad, serán superadas por la mayoría de
ustedes.
Objetivos del tema
El objetivo general es que al finalizar el tema seas capaz de conocer
la clasificación de los microorganismos según sus requerimientos
nutricionales y de oxígeno, la influencia de factores externos en el
crecimiento microbiano, los medios de cultivo, las fases de la curva
de crecimiento y los métodos de conteo.
¿Qué debo saber?
¿Qué debo saber? Conceptos de
Autótrofos, Heterótrofos, Quimiótrofos, Fotótrofos, humedad, pH,
temperatura, presión osmótica, medios de cultivo, curva de
crecimiento y métodos de conteo microbiano
Consultar la bibliografía recomendada y la conferencia No.2 de las
actividades presenciales
Resumen del tema
En este tema ustedes conocieron la clasificación de los
microorganismos según sus requerimientos nutricionales de carbono,
energía
y de oxígeno, la influencia de factores externos en el
crecimiento microbiano, como la humedad, la temperatura, el pH, la
presión osmótica y las radiaciones, los tipos medios de cultivo, las
fases de la curva de crecimiento y los métodos de conteo que pueden
ser utilizados en diferentes procesos tecnológicos y de investigación.
Epígrafe
Número del epígrafe
1
Título del epígrafe
Requerimientos nutricionales de los microorganismos.
Descripción del epígrafe
En este epígrafe se presenta como los microorganismos en
dependencia de los requerimientos nutricionales se pueden clasificar
según, la fuente de carbono que es capaz de asimilar y la fuente de
energía de carbono que es capaz de utilizar, así como se clasifican los
microorganismos en dependencia de sus necesidades de oxigeno.
Descriptores del epígrafe
Requerimientos nutricionales de los microorganismos. Clasificación
según sus requerimientos de oxígeno
Tiempo estimado de aprendizaje
3 horas
Conceptos clave
 Microorganismos: conjunto de seres vivos que se caracterizan
por tener un tamaño pequeño de modo que la mayoría de ellos no
son visibles a simple vista, teniendo una gran sencillez en su
estructura y organización.
 Nutrientes: productos químicos exteriores a partir de los cuales
se nutre una célula, siendo transformados en constituyentes
celulares.
 Autótrofos: microorganismos que asimilan el carbono de fuentes
inorgánicas como única fuente de carbono.
 Heterótrofos: requiere además de las fuentes inorgánicas de una
o los más sustancias orgánicas como fuentes de carbono
 Quimiótrofos: microorganismos que obtienen su energía a través
de reacciones químicas en la célula.
 Fototrofos: la energía la obtienen a partir de procesos donde es
necesario las radiaciones solares para el metabolismo..
Desarrollo de contenidos
Objetivo:
Conocer la clasificación de los microorganismos
requerimientos nutricionales y de oxígeno.
según
sus
2.1 Requerimientos nutricionales de los microorganismos
El requerimiento fundamental en la nutrición de los microorganismos
es el agua, a continuación están las fuentes de C, O, N, H, P, S y K
siendo los principales componentes de la materia viva, existiendo
otras necesidades de Na, Ca, Cl, Fe, y Mg; así como factores de
crecimientos y microelementos. Estos varían desde simples iones
inorgánicos (ej. Cu, Mg, Co, Mo, etc.) hasta compuestos orgánicos
complejos como las vitaminas (B1, B6 B12) que juegan un papel
importante como coenzimas.
Los nutrientes pueden ser divididos en dos clases:
1. Micronutrientes.- Requeridos en pequeñas cantidades
2. Macronutrientes.- Requeridos en grandes cantidades
Micronutrientes (Elementos traza)



Aunque son requeridos en muy pequeñas cantidades son, sin
embargo, son importantes como los macronutrientes.
Los micronutrientes son metales, muchos de los cuales forman
enzimas
Debido a que el requerimiento de elementos traza es muy
pequeño, para el cultivo de microorganismos en el laboratorio
se hace innecesario su adición al medio. Sin embargo, si un
medio contiene compuestos químicos altamente purificados y
disueltos en agua destilada de alta pureza, puede ocurrir una
deficiencia de las trazas de estos elementos.
Dependiendo de la fuente de carbono y de energía que utilicen, se
agrupan a los microorganismos en clases metabólicas. Todos los
términos utilizados para describir estas clases emplean la terminación
“trofo” que deriva del griego y significa alimentarse.
En contraste con los organismos superiores, las bacterias exhiben una
gran variedad de tipos metabólicos. La distribución de estos tipos
metabólicos dentro de un grupo de bacterias se ha utilizado
tradicionalmente para definir su taxonomía, pero estos rasgos no
corresponden a menudo con las clasificaciones genéticas modernas.
El metabolismo bacteriano se clasifica en base a tres criterios
importantes: el origen del carbono, la fuente de energía y los
donadores de electrones. Un criterio adicional para clasificar a los
microorganismos que respiran es el receptor de electrones usado en
la respiración.
Macronutrientes
2.2 Fuentes
bacteriano
de
carbono
y
energía
para
el
crecimiento
Los microorganismos en dependencia de los requerimientos
nutricionales se pueden clasificar según:
 La fuente de carbono que es capaz de asimilar.
 La fuente de energía de carbono que es capaz de utilizar.
Fuentes de Carbono.
Se definen dos tipos
heterótrofos
de
microorganismos,
los
autótrofos
y
Autótrofos: Son capaces de asimilar el carbono de fuentes
inorgánicas empleando CO2 o carbonato como única fuente de
carbono. Ejemplos: plantas, algas y cierto número de bacterias
importantes en la agricultura e industria.
Heterótrofos: Requiere además de las fuentes inorgánicas de una o
los más sustancias orgánicas como fuentes de carbono (glucosa,
aminoácidos, lípidos, ácidos orgánicos entre otros)
Las bacterias autótrofas típicas son las cianobacterias fotosintéticas,
las bacterias verdes del azufre y algunas bacterias púrpura. Pero hay
también muchas otras especies quimiolitotrofas, por ejemplo, las
bacterias nitrificantes y oxidantes del azufre.
Fuentes de energía.
Los microorganismos se clasifican en Quimiótrofos y Fototrofos:
Quimiótrofos: Obtienen su energía a través de reacciones químicas
(oxidaciones biológicas) pudiendo producirse en ausencia de luz.
Fototrofos: Obtienen la energía a partir de procesos donde es
necesario la luz (energía radial).
Según los donadores de electrones, las bacterias también se
pueden clasificar como:


Litótrofos: utilizan como donadores de electrones compuestos
inorgánicos.
Organotrofas: utilizan como donadores de electrones
compuestos orgánicos.
Los quimiótrofos se dividen según las fuentes principales de donde
obtienen el carbono en:

Quimioautótrofos ó quimiolitótrofos: oxidan sustratos
inorgánicos (CO2) para obtener energía Ejemplos: bacterias
autótrofas del suelo.

Quimiohetetótrofos o quimioorganótrofos: oxidan sustratos
orgánicos (glucosa para obtener energía Ejemplos: la mayoría
de las bacterias y hongos.
Los fotótrofos también difieren con respecto a las fuentes de
carbono que utilizan en:

Fotoautótrofos o fotolitótrofos: obtienen la energía de fuentes
de radiaciones como única vía de carbono (asimilando CO2)
Ejemplos: la fotosíntesis y las bacterias fotosintéticas.

Fotohetertótrofos o fotoorganótrofos: obtienen la energía de
radiaciones
utilizando
compuestos
orgánicos
Ejemplos:
bacterias.
Los organismos quimiótrofos usan donadores de electrones para la
conservación de energía (durante la respiración aerobia, anaerobia y
la fermentación) y para las reacciones biosintéticas por ejemplo
(fijación del dióxido de carbono), mientras que los organismos
fotótrofos los utilizan únicamente con propósitos biosintéticos.
Bacterias del hierro en un regato.
Estos microorganismos quimiolitótrofos obtienen la energía que
necesitan por oxidación del óxido ferroso a óxido férrico.
Los organismos que respiran usan compuestos químicos como fuente
de energía, tomando electrones del sustrato reducido y
transfiriéndolos a un receptor final de electrones en una reacción
redox. Esta reacción desprende energía que se puede utilizar para
sintetizar ATP y así mantener activo el metabolismo. En los
organismos aerobios, el oxígeno se utiliza como receptor de
electrones. En los organismos anaerobios se utilizan como receptores
de electrones otros compuestos inorgánicos tales como nitratos,
sulfatos o dióxido de carbono. Esto conduce a que se lleven a cabo
los importantes procesos biogeoquímicos de la desnitrificación, la
reducción del sulfato y la acetogénesis, respectivamente. Otra
posibilidad es la fermentación, un proceso de oxidación incompleta,
totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto
orgánico, que al reducirse será el receptor final de los electrones.
Ejemplos: productos de fermentación reducidos son el lactato (en la
fermentación láctica), etanol (en la fermentación alcohólica),
hidrógeno, butirato, etc. La fermentación es posible porque el
contenido de energía de los sustratos es mayor que el de los
productos, lo que permite que los organismos sinteticen ATP y
mantengan activo su metabolismo. Los organismos anaerobios
facultativos pueden elegir entre la fermentación y diversos receptores
terminales de electrones dependiendo de las condiciones ambientales
en las cuales se encuentren.
Las bacterias litótrofos pueden utilizar compuestos inorgánicos como
fuente de energía. Los donadores de electrones inorgánicos más
comunes son el hidrógeno, el monóxido de carbono, el amoníaco (que
conduce a la nitrificación), el hierro ferroso y otros iones de metales
reducidos, así como varios compuestos de azufre reducidos. En
determinadas ocasiones, las bacterias metanotrofas pueden usar gas
metano como fuente de electrones y como sustrato simultáneamente,
para el anabolismo del carbono. En la fototrofía y quimiolitotrofía
aerobias, se utiliza el oxígeno como receptor terminal de electrones,
mientras que bajo condiciones anaeróbicas se utilizan compuestos
inorgánicos. La mayoría de los organismos litótrofos son autótrofos,
mientras que los organismos organótrofos son heterótrofos.
Además de la fijación del dióxido de carbono mediante la fotosíntesis,
algunas bacterias también fijan el gas nitrógeno usando la enzima
nitrogenasa. Esta característica es muy importante a nivel ambiental
y se puede encontrar en bacterias de casi todos los tipos metabólicos
enumerados anteriormente, aunque no es universal. El metabolismo
microbiano puede jugar un papel importante en diferentes
tratamientos, por ejemplo, algunas especies pueden realizar el
tratamiento de las aguas residuales y otras son capaces de degradar
los hidrocarburos, sustancias tóxicas e incluso radiactivas. En cambio,
las bacterias reductoras de sulfato son en gran parte responsables de
la producción de formas altamente tóxicas de mercurio (metil- y
dimetil-mercurio) en el ambiente
Sobre la base de las fuentes de energía y carbono para el crecimiento
se pueden definir los cuatro tipos de nutrición para de los procariotas
Principales tipos nutricionales de procariotas.
Tipo nutricional
Fuente de
energía
Fuente de
carbono
Fotoautotróficos
Luz
CO2
Fotoheterotróficos
Luz
Componentes
orgánicos
Componentes
Quimioautotróficos o inorgánicos,
Litotróficos
por
ejemplo CO2
(Litoautotróficos)
H2, NH3, NO2,
H2S
Quimioheterotróficos Componentes Componentes
o Heterotróficos
orgánicos
orgánicos
2.3 Clasificación de los
requerimientos de oxígeno.
microorganismos
Ejemplos
Cianobacteria,
algunas
bacterias
Verde
y
Púrpura
Algunas
bacterias
Verde
y
Púrpura
Pocas
bacterias
La mayoría de
las bacterias,
según
sus
El oxígeno es un componente universal de las células y es
suministrado siempre en grandes cantidades por el agua (H2O). Sin
embargo, los procariotas muestran un amplio rango de respuestas al
oxígeno molecular (O2) por lo que pueden clasificarse en:

Aerobios: Requieren oxígeno para su crecimiento, ellos usan el
O2 como un aceptor final de electrones en la respiración.
Presenta sistemas citocromos. Ejemplo: la mayor parte del
género Bacillus.

Anaerobios: No requiere O2, no necesitan el O2 como un
nutriente. De hecho, el oxígeno es una sustancia tóxica, el cual
mata o inhibe su crecimiento. Los procariotas anaerobios
obligados pueden vivir por fermentación, respiración
anaeróbica, fotosíntesis bacteriana, Ejemplo: género
Clostridium

Anaerobios facultativos; Son organismos que pueden
cambiar entre tipo de metabolismo aeróbico y anaeróbico. Bajo
condiciones anaeróbicas ellos crecen por fermentación o
respiración anaeróbica, pero en presencia de oxígeno ellos
cambian a respiración aeróbica.

Anaerobios indiferentes o aerotolerantes: Son bacterias
con un tipo de metabolismo exclusivamente anaeróbico
(fermentativo), pero ellos son insensibles a la presencia de O2.
Ellos viven solamente por fermentación sin importar si el
oxígeno está o no presente en su entorno. Ejemplo: género
Streptococcus y Lactobacillus.

Microaerófilos:
requiere
de
oxígeno
libre
pero
a
concentraciones menores que los existentes normalmente en el
aire.
Para saber más
Los requerimientos nutricionales están determinados por el tipo de metabolismo celular,
ya sea autotrófico, que corresponde a los microorganismos que obtienen el carbono del
CO2 como las algas y algunas bacterias, ó heterotrófico que lo poseen organismos que
necesitan compuestos orgánicos como fuente de carbono. Otro factor esencial está
determinado por las condiciones del cultivo, si es aerobio o anaerobio. E1 O2 es el
oxidante más común en el metabolismo energético. Otros Protistos obtienen su energía,
en condiciones anaerobias por reacción de oxido-reducción realizadas sobre compuestos
orgánicos. Las fuentes de carbono cumplen también el rol de ser fuente de energía.
Otro requerimiento nutricional está constituido por las fuentes de nitrógeno que pueden
ser de naturaleza inorgánica u orgánica. El nitrógeno es utilizado para la biosíntesis de
proteínas, ácidos nucleícos y polímeros de la pared celular. Para la síntesis de proteína
se requieren en general L-aminoácidos, aunque también son necesarios algunos
aminoácidos de la serie D como la D-alanina y D-aspártico para su incorporación a la
pared de las células
Número del epígrafe
2
Título del epígrafe
Influencia de factores externos en el crecimiento microbiano.
Descripción del epígrafe
En este epígrafe se presentan la influencia de factores externos en el
crecimiento microbiano como la humedad, la temperatura, el pH, la
presión osmótica y las radiaciones.
Descriptores del epígrafe
Humedad, temperatura, pH, presión osmótica, radiaciones.
Tiempo estimado de aprendizaje
4 horas
Conceptos clave




Humedad: los microorganismos requieren de agua para
sobrevivir esta varía en dependencia del ambiente
Temperatura: en los microorganismos influyen en la
proliferación y sobrevivencia de los organismos.
pH: el crecimiento de los microorganismos se afecta
grandemente, debido a su influencia en el crecimiento y la
producción de metabólitos.
Presión Osmótica: es la diferencia de presión que se
establece a ambos lados de la membrana celular.
Desarrollo de contenidos
Objetivo:
Conocer la influencia de la humedad, la temperatura, el pH y la
presión osmótica sobre el crecimiento de los microorganismos.
Influencia de factores externos en el crecimiento microbiano.
Muchos son los factores que influyen en el crecimiento, reproducción
y la supervivencia de los microorganismos entre los que se
encuentran:
1. La humedad
2. La temperatura
3. El pH
4. La presión osmótica
5. Las radiaciones
1. Humedad:
El agua es de gran importancia para el crecimiento de los
microorganismos ya que contienen de un 73-90% .Además sirve de
disolvente a diferentes nutrientes que disueltos son transportados al
interior de la célula microbiana.
Las células vegetativas son más sensibles a la disminución del
contenido de agua que las células esporuladas, ya que en estas
disminuyen sus procesos vitales manteniéndose por un tiempo en
estas condiciones, para volver posteriormente a su actividad normal.
Sobre este principio se basa la liofilización de los cultivos microbianos
ya que pueden conservar sus propiedades durante mucho tiempo
(años). Ejemplo cultivos iniciadores en la Industria Láctea.
Todos los microorganismos requieren de agua para sobrevivir. La
cantidad de agua varía en diferentes ambientes. El grado de
disponibilidad de agua se expresa cuantitativamente como Aw. La
actividad de agua de una solución es la relación entre la presión de
vapor de la solución (pa) y la presión del agua pura (po) y se estima
midiendo la humedad relativa de la fase vapor.
La Aw es inversamente proporcional a la presión osmótica. Si una
solución tiene una alta presión osmótica su actividad de agua es baja.
Los microorganismos difieren grandemente en su habilidad para
adaptarse en hábitat con baja actividad de agua, lo cual requiere
alcanzar internamente una alta concentración de solutos que permita
retener agua.
Todos los microorganismos no se comportan de igual forma frente a
la desecación.
Ejemplos: Bacterias ácido acético (muy sensibles)
Bacterias ácido láctico (sobreviven años en estado de
desecación).
Levadura panadera (conserva años secado hasta 7,8%
agua).
2. Temperatura:
Es uno de los factores ambientales más importantes que influyen en
la proliferación y sobrevivencia de los organismos. Limita no
la
actividad metabólica de los microorganismos, sino también la vida de
estos ya que dependen fundamentalmente de 4 estructuras
macromoleculares:
proteínas,
ácidos
nucleícos,
lípidos
y
polisacáridos.
Una variación de la temperatura influye en el crecimiento y la
reproducción de los microorganismos y cada uno tiene un
requerimiento de temperatura determinado. Sin embargo, más allá
de cierta temperatura, las proteínas, los ácidos nucleícos y otros
componentes celulares se vuelven sensibles a estas temperaturas
elevadas y pueden inactivarse en forma irreversible.
Se determinan tres temperaturas cardinales para cada especie.
3. Mínima: temperatura mas baja a la cual crece y se reproduce
un microorganismos
4. Óptima: temperatura que permite la máxima velocidad de
multiplicación, esto se produce dentro un rango y no a una
temperatura fija.
5. Máxima: temperatura más alta a la cual crece el
microorganismos y se reproduce, temperaturas ligeramente
más altas a este punto suelen inactivarse las enzimas.
Las temperaturas cardinales de los diferentes microorganismos varían
ampliamente, algunos microorganismos tienen un temperatura
óptima de apenas 5 a 10 ° C otros de 90 a 100 ° C. Los límites de
temperatura dentro de los cuales tiene lugar la proliferación son aún
más amplios: van desde -12° C a superior a la de ebullición (105° C).
Los límites usuales para la mayoría de los organismos determinado
están entre los 30 y 40° C.
Se distinguen tres grupos de microorganismos:
 Psicrófilos: Son microorganismos que crecen. a 0 °C siendo la
temperatura óptima 15 °C o menores y la temperatura máxima de
alrededor de 20°C. Los psicrófilos crecen bien a esas temperaturas
pues sus mecanismos celulares como son sus enzimas, sistema de
transporte y el mecanismos de síntesis de proteínas están
adaptados a esas temperaturas, además se ha observado que la
membrana celular de estos microorganismos presentan altos
niveles de ácidos grasos insaturados permitiendo que la
membrana celular permanezca semifluida, lo cual es esencial para
que ocurran los mecanismos de transporte a través de la misma.
Son capaces de formar colonias en el transcurso de 2 semanas a
0°C en medios sólidos. Pueden dañar alimentos y materiales
almacenados
en
refrigeración.
Ejemplos:
Pseudomonas,
Achromobacter, Flavobacterium.
Por otra parte, se debe señalar que hay algunos microorganismos que
pueden crecer a la temperatura de 0oC sin embargo, sus
temperaturas óptimas están entre 20 y 30oC a estos microorganismos
se les llama Psicrófilos facultativos.
• Mesófilos: Incluye a la mayoría de los microorganismos con
temperaturas óptimas entre 20 y 45 °C con temperaturas mínimas de
alrededor de 15 oC y sus máximas cercanas a los 45 °C. La mayoría
de los microorganismos caen dentro de esta categoría y todos los
patógenos de los humanos.
• Termófilos: Son microorganismos que pueden crecer a
temperaturas de 55 °C o superiores, con temperatura óptima entre
55 y 65 oC y mínimas de alrededor de 45 °C. Sin embargo. Se debe
señalar que hay algunos pocos microorganismos que tienen máximas
por encima de 100°C. La mayoría de los microorganismos termófilos
son bacterias aunque se pueden encontrar algunos hongos y algas.
En el caso de los microorganismos termófilos se ha encontrado que la
mayoría de los lípidos de la membrana celular están constituidos por
ácidos grasos saturados, con puntos de fusión alto lo que permite que
las membranas de los hemofílicos permanezcan intactas a altas
temperaturas.
Termófilos obligadas: solo crecen a T mayores de 50°C
Termoresistentes: sobreviven a T mayores de 50°C, siendo el
máximo crecimiento de 73°c hasta 90°C.
Los microorganismos mesófilos se encuentran en animales de sangre
caliente y en entornos terrestres y acuáticos, en latitudes templadas
y tropicales.
Psicrófilos y termófilos se encuentran en entornos excepcionalmente
fríos o calientes, respectivamente. En los manantiales calientes se
encuentran termófilos extremos, así como en los géiseres y en las
aberturas de los mares profundos.
Las temperaturas cardinales son generalmente características para
cada tipo de microorganismo, sin embargo, éstas no son
completamente fijas pudiendo ser modificadas por otros factores
ambientales como son el pH y los nutrientes. La temperatura a la cual
pueden crecer los microorganismos generalmente se encuentra en un
rango que abarca desde temperaturas por debajo de la congelación y
hasta por encima de 100°C.
3. pH
El pH es otro factor ambiental que afecta grandemente el crecimiento
de los microorganismos, debido a su influencia en el crecimiento y la
producción de metabólitos. El hábitat en el cual crecen los
microorganismos varía ampliamente ya que pueden vivir a pH entre
1 y 2 y otros entre 9 y 10.
Efectos:




Altera la permeabilidad de la membrana citoplasmática.
Puede provocar la desnaturalización de las proteínas.
Actúa sobre el crecimiento microbiano pudiendo impedir o
favorecer el mismo.
Influye en la actividad metabólica de forma tal que existen pH
óptimos para la producción de un determinado metabolito
(enzimas).
Cada organismo presenta un rango de pH dentro del cual es posible
su crecimiento con un pH óptimo bien definido. La mayoría de los
ambientes naturales presentan valores de pH entre 5 y 9 y los
microorganismos con este rango de pH son los más comunes. A pH
por debajo de 2 o por encima de 10 son pocas las especies que
pueden vivir. De acuerdo con el pH óptimo los microorganismos se
clasifican en: Acidófilos con pH óptimo entre 1,0 y 5,5, Neutrófilos
con pH óptimos entre 5,5 y 8.0 y Alcalinófilos cuyo rango de pH
óptimo se encuentra entre 8,5 y 11.5. La mayoría de las bacterias y
los protozoos son neutrofilos
Cada especie tiene un pH definido de crecimiento y un óptimo:
Valores de rango de crecimiento
microorganismos
Levaduras
Bacterias
Hongos
rango de pH
3-6
6,5-8
1,2-11
A pesar de la gran variación de pH en el cual pueden vivir los
microorganismos, el pH interno de ellos se encuentra cercano a la
neutralidad. Esto pudiera explicarse debido a la impermeabilidad que
tiene la membrana plasmática a lo protones y a que posiblemente los
protones y los iones hidroxilos son bombeados hacia fuera para
mantener el pH intracelular adecuado.
Como se ha señalado cada microorganismo crece sobre un rango de
pH, pero cuando se producen variaciones drásticas en el pH puede
ocurrir daños en el microorganismo debido a: rompimiento de la
membrana plasmática o inhibición de las enzimas fundamentales del
metabolismo o también inhibición de proteínas transportadoras
presentes en la membrana plasmática. Además los cambios de pH
pueden provocar alteraciones en la ionización de los nutrientes,
reduciéndose así la capacidad del microorganismo a utilizarlo.
4. Presión Osmótica:
En química física estudiaron el concepto de ósmosis
¿Cuál es este concepto?
Flujo espontáneo de solvente de una disolución más diluida a otra
más concentrada las cuales se encuentran separado por una
membrana adecuada.
Presión Osmótica: es la diferencia de presión que se establece a
ambos lados de la membrana (diferentes concentraciones).
En el caso de las células de los microorganismos el solvente es el
agua y la membrana citoplasmática
Células microbianas en un medio:
Cuando la presión del medio exterior es igual a la del interior celular,
el medio es isotónico y por tanto no habrá flujo de solventes pues
no existirá una diferencia de presión. En estos medios los
microorganismos se desarrollan sin dificultad.
Si la presión del medio exterior es mayor que la del interior de la
célula al medio se le llama hipertónico. El flujo del solvente será en
estos casos del interior de la célula hacia el exterior y el fenómeno se
denomina plasmólisis.
Cuando la presión del medio exterior es menor que la del interior de
la célula se llama hipotónico. En el caso de las células el líquido
(H2O) ira desde el exterior hacia el interior y el fenómeno se llama
plasmotipsis.
Ejemplos:
Bacterias halodúricas (sobreviven a elevadas concentraciones salinas
entre 20% y hasta 30%).
Complejo lácteo (salado de los quesos).
5. Radiaciones
Las radiaciones ultravioleta los rayos X y radiación , producen
efectos esterilizantes (destrucción de microorganismos) al alterar las
proteínas, membranas, ácidos nucleícos y al generar radicales libres
del tipo OH y H. El tratamiento matemático de la destrucción de
microorganismos por estos procedimientos es similar al descrito para
el uso de altas temperaturas. Hay que considerar, sin embargo, los
poderes de penetración de los diferentes tipos de radiación. Así, por
ejemplo, la radiación ultravioleta tiene un poder de penetración muy
bajo y, por consiguiente, se utiliza para esterilizar superficies,
mientras que las radiaciónes X o  tiene poderes de penetración
mucho mayores.
La resistencia de diferentes tipos de microorganismos a las
radiaciones varía en el caso de las esporas bacterianas, las bacterias,
levaduras, hongos filamentosos y otras células eucarióticas son
progresivamente más sensibles a las radiaciones. Hay algunos
microorganismos especialmente resistentes a las radiaciones, entre
ellos se destaca Deinococcus radiodurans.
Para saber más
En un nivel elemental, los requerimientos nutricionales de las
bacterias como la Escherichia coli son revelados por la composición
elemental de la célula, que consiste en C, H, O, N, S. P, K, Mg, Fe,
Ca, Mn, y trazas de Zn, Co, Cu, y Mo. Los elementos se encuentran
en forma de agua, iones inorgánicos, pequeñas moléculas, y
macromoléculas que sirven tanto al rol estructural como funcional en
las células. Las funciones fisiológicas generales de los elementos son
resumidas en la siguiente Tabla.
Principales elementos, sus fuentes y funciones en células
bacterianas.
Elemento
Carbono
Oxígeno
%
de Fuente
peso
seco
Componentes
50
orgánicos o CO2
H2O,
componentes
20
orgánicos, CO2,
y O2
Nitrógeno
14
Hidrógeno
8
Fósforo
3
Azufre
1
Función
Principal constituyente de
material celular
constituyente de material
celular y agua celular; O2 es
aceptor de electrones en la
respiración aeróbica
Constituyente
de
NH3,
NO3,
aminoácidos, nucleótidos de
componentes
ácidos
nucleicos,
y
orgánicos, N2
coenzimas
H2O,
Principal constituyente de
componentes
componentes orgánicos y
orgánicos, H2
agua celular
Constituyente
de
ácidos
Fosfatos
nucleicos,
nucleótidos,
inorgánicos
fosfolípidos,
LPS,
ácidos
(PO4)
teichoic
SO4, H2S, So, Constituyente de cysteína,
componentes
methionina,
glutathione,
de
azufre varias coenzimas
orgánico
Potasio
1
Magnesio
0.5
Calcio
0.5
Hierro
0.2
Catión inorgánico celular
principal y cofactor para
ciertas enzimas
Catión inorgánico celular,
Sales
de
cofactor
para
ciertas
magnesio
reacciones enzimáticas
Catión inorgánico celular,
cofactor
para
ciertas
Sales de calcio
enzimas y un componente
de endosporos
Componente de citocromos
y ciertas proteínas del hierro
Sales de hierro
y un cofactor para algunas
reacciones enzimáticas
Sales
potasio
de
Para crecer en la naturaleza o en el laboratorio, una bacteria debe
tener una fuente de energía, una fuente de carbono y otros
nutrientes requeridos, y un rango de condiciones físicas como
concentración de O2, temperatura, y pH. A veces las bacterias son
referidas individualmente o en grupos basados en sus patrones de
crecimiento bajo varias condiciones químicas (nutricionales) o físicas.
Número del epígrafe
3
Título del epígrafe
Medios de cultivo
microorganismos.
y
Curva
de
crecimiento
de
los
Descripción del epígrafe
En este epígrafe se presentan la clasificación de los medios de cultivo
en dependencia de las necesidades nutricionales de los
microorganismos, así como la Curva de crecimiento microbiano.
Descriptores del epígrafe
Medios de cultivo, curva de crecimiento microbiano.
Tiempo estimado de aprendizaje
3 horas
Conceptos clave









Medios de cultivo: composición empleada para suministran los
nutrientes necesarios para el crecimiento y multiplicación
microbiana.
Cultivos Comunes: contienen un medio base, para el desarrollo
de microorganismos.
Medios naturales: constituidos por una o varias sustancias
tomadas adquiridas como están en la naturaleza.
Medios sintéticos: son artificiales, preparados para lograr una
determinada composición
Medios vivos: son medios donde los virus y otros
microorganismos necesitan parasitar dentro de otras células
vivas.
Curva de crecimiento: representación grafica del proceo de
crecimiento de las bacterias en las diversas fases del desarrollo
en un medio de cultivo.
Cultivo discontinuo: se caracteriza por que el microorganismo
se hace crecer en un medio líquido el cual no es reemplazado
durante el estudio.
Cultivo continuo: es un sistema abierto para mantener la
concentración de biomasa constante de un cultivo microbiano en
la fase de crecimiento exponencial, por un período de tiempo
largo.
Desarrollo de contenidos
Objetivo:
Conocer la clasificación de los medios de cultivo y las fases de la curva de
crecimiento de los microorganismos.
3 Medios de cultivo:
Cada organismo debe encontrar en su ambiente todas las sustancias
requeridas para la generación de energía y la biosíntesis celular. Los
elementos o sustancias químicas de este ambiente que son utilizados
para el crecimiento de las bacterias son denominados nutrientes o
requerimientos nutricionales. En el laboratorio, las bacterias
crecen en medios de cultivo que son diseñados para proveer todos
los nutrientes esenciales en solución para el crecimiento bacteriano.
Los medios de cultivo son utilizados para suministrar los nutrientes
necesarios para el crecimiento microbiano, variando en la
composición y forma supeditada a la especie de microorganismo que
ha de cultivarse y a los propósitos del cultivo pueden ser:
 Medios naturales constituidos por una o varias sustancias
tomadas en el estado y composición en que aparecen en la
naturaleza. Ejemplos: mieles finales (producción industrial),
extracto de malta (para el cultivo de levaduras).
Contiene todos los elementos requeridos y un surtido de
compuestos solubles, orgánicos, e inorgánicos que satisfacen
los requerimientos de muchos microorganismos.
 Medios sintéticos: son artificiales, preparados con el objetivo
de
lograr
una
determinada
composición
empleados
fundamentalmente en el laboratorio y la industria. Su uso y
formulación
requiere
del
conocimiento
exacto
del
microorganismo que se va ha sembrar. . Ejemplos: agar
nutriente y el de extracto de malta.
 Medios vivos: se utilizan para el cultivo de virus y otros
microorganismos que necesitan parasitar dentro de otras
células vivas. . Ejemplo: embrión de pollo.
3.1 Clasificación de los medios de cultivo
a.- Cultivos Comunes: Favorecen el desarrollo de la mayor parte
de los microorganismos sin satisfacer específicamente algún
requerimiento nutricional de carácter poco habitual en la generalidad
de los mismos Son los que contienen un medio base (Agar – Agar)
para el desarrollo de microorganismos.
b.- Cultivos Enriquecidos: Son aquellos medios destinados a lograr
un crecimiento más rápido o a lograr el desarrollo de ciertos
microorganismos; por ejemplo Agar – Sangre; Agar – Chocolate;
Agar – Cerebro – Corazón; Caldo de Selenito; etc.
c.- Cultivos Selectivos: Son aquellos medios que permiten el
desarrollo de un determinado microorganismo, impidiendo el
desarrollo de otros, su composición cumple con los requerimientos
nutricionales vitales de un microorganismo determinado que solo en
ese medio encuentra condiciones óptimas para su desarrollo por
ejemplo. Lowestein – Jensen; TCBS; Medios SS; Levine; Tayer –
Martín (con bilis o con taurocolato); etc.
d.- Cultivos Diferenciales: Incluyen en su formulación ingredientes
que inhiben el desarrollo de determinados microorganismos y
contienen otras sustancias que promueven el crecimiento de otras,
como la urea, el citrato, el indol, SIM, etc., que contienen una
sustancia que al combinarse con algún producto del metabolismo
bacteriano producen una reacción característica (por ejemplo Un
cambio de color) que permitirá su identificación.
e.- Cultivo virológico: (evidencia indirecta de crecimiento en
cultivos celulares). Los virus no tienen la capacidad de crecer en
cultivos sólidos para bacterias u hongos; y como son considerados
como parásitos intracelulares obligados, se necesitan para su
desarrollo de células vivas. Para realizar el aislamiento de virus
podemos utilizar:
Cultivos Celulares
Huevos Embrionados
Animales de Experimentación
3.2 Aplicación de los medios de cultivos
 Industria farmacéutica y biotecnológica
Cultivo masivo de microorganismos productores de metabólitos
(Proteínas, factores de crecimiento, aminoácidos, antibióticos)
Control de la calidad (control de procesos, materias primas,
productos terminados, aguas residuales y ambiente)
 Diagnóstico clínico en medicina humana y veterinaria
Detección de microorganismos patógenos a partir de muestras de
fluido, tejidos y excretas y sus sustancias tóxicas causantes de
enfermedades.
 Industria alimenticia
Obtención de alimentos fermentados (productos lácteos y
alimenticios)
Control de la calidad

Otras industrias y sectores productivos ( agricultura y
química )
Cultivo masivo de microorganismos (obtención de polímeros,
azúcares y otros)
Control de la calidad
 Control del agua y medio ambiente
Control de las aguas y fuentes de abasto
Control ambiental (aire, suelo)
Control de residuales
 Investigaciones
Estudios morfológicos, funcionales, sistemáticos y de otro tipo
dirigidos al conocimiento de la flora microbiana.
Investigaciones relacionadas con el desarrollo de sustancias o
productos en la industria y sectores anteriormente señalados.
3.3 Curva de crecimiento.
Los fenómenos de crecimiento y reproducción de los microorganismos
generalmente se estudian en las bacterias, debido a la facilidad de
trabajar con ellas. Por otra parte, dado su pequeño tamaño
usualmente lo que se hace es analizar los cambios que se producen
en la población, en lugar de analizar a un microorganismo de forma
independiente.
Como se ha analizado al estudiar el proceso del metabolismo, la
célula de las bacterias al igual que las restantes células se comportan
como una máquina biosintetizadora capaz de duplicarse por ella
misma tomando de su entorno los nutrientes y la energía necesaria
para su replicación. De aquí, que se pueda afirmar que la integración
entre el catabolismo y el anabolismo conducen al proceso del
crecimiento, siendo fundamental el papel del ATP en la formación del
nuevo material celular, ya que se conoce que el crecimiento
microbiano puede variar ampliamente en dependencia del medio de
crecimiento, así como de las condiciones ambientales para su
crecimiento.
La cantidad de ATP producido por un sustrato consumido por los
microorganismos dependerá de las propiedades termodinámicas del
mismo, así como de la vía catabólica seguida. Lo anterior explica lo
que ocurre cuando se hace crecer a un microorganismo facultativo
cuya fuente de carbono es la glucosa.
Los resultados demuestran que 100 gramos de glucosa puede
producir aproximadamente entre 50 y 60 gramos de material celular
cuando el microorganismo crece bajo condiciones aerobias, mientras
que solo se producen entre 5 a 10 gramos de biomasa cuando éste
crece en condiciones fermentativas.
El crecimiento de la población microbiana puede analizarse por dos
vías: mediante el incremento en el número de microorganismos o por
el incremento de la masa microbiana o biomasa. El incremento en el
número o en masa microbiana por unidad de tiempo se define como
velocidad de crecimiento, mientras que el tiempo requerido para que
una población de microorganismos se duplique en número se conoce
como tiempo de generación o como tiempo de duplicación y este
puede variar desde minutos hasta días en dependencia del tipo de
microorganismos.
El crecimiento de una población microbiana puede realizarse en un
cultivo discontinuo conocido también como cultivo discontinuo o batch
(sistema cerrado) o en un cultivo en continuo (sistema abierto).
3.4 Cultivo Discontinuo
Los estudios realizados utilizando cultivos puros de bacterias bajo
condiciones discontinuas de crecimiento están sujeto a una secuencia
de cambios con el tiempo, los cuales fueron analizados por Monod
dividiéndolas en fases que llevados a un gráfico exponencial
conforman la curva de crecimiento los que determinan estados
morfológicos y fisiológicos de la célula de acuerdo a los factores del
medio donde se encuentra, por tanto, se puede plantear que:
Velocidad = X (biomasa)
t
= velocidad específica de crecimiento en dependencia de la
concentración.
= t -1
El cultivo discontinuo se caracteriza por el hecho de que el
microorganismo se hace crecer en un medio líquido el cual no es
reemplazado durante el estudio, lo que provoca que durante el
proceso de incubación la concentración de los nutrientes disminuya,
mientras que la concentración de sustancias de desechos producidas
por la excreción de los microorganismos aumente.
Fases más importantes desde un punto de vista tecnológico
I
- Fase de Adaptación.
II
- Fase Exponencial.
III
- Fase Estacionaria.
IV
- Fase de Muerte acelerada
1-Fase de adaptación o de retardo
Cuando un microorganismo es inoculado en un medio de cultivo
fresco el crecimiento usualmente no comienza inmediatamente sino
solo después de un período llamado de adaptación, el cual puede ser
breve o extenso en dependencia de las condiciones de cultivo. En
esta fase las células del inoculo están adaptando su equipo
enzimático al nuevo medio al que se enfrenta, para luego dividirse.
La duración del periodo de adaptación dependerá de una serie de
aspectos entre los que se encuentran: la edad del cultivo, exposición
anterior al medio de cultivo, daños celulares producidos por agentes
físicos o químicos etc.
Si se inocula un pequeño número de bacterias perteneciente a un
cultivo que se encontraba en fase de crecimiento exponencial, en el
mismo medio de cultivo en el que éste se encontraba creciendo, se
observa que la fase de adaptación no se aprecia; sin embargo, si el
inoculo es tomado de un cultivo viejo (fase estacionaria) o de un
cultivo en fase logarítmica pero creciendo sobre otro medio de
cultivo, la fase de adaptación será larga. Lo anterior se debe a que las
células al crecer requieren sintetizar sus propios constituyentes y
para esto utilizan enzimas, algunas de las cuales llamadas enzimas
inducidas solo son sintetizadas si el sustrato de esa enzima se
encuentra presente, por lo que se requiere de un tiempo para su
síntesis.
2-Fase de crecimiento exponencial o logarítmica
En esta fase el microorganismo ya está adaptado al medio de cultivo
y se encuentra creciendo y dividiéndose a su máxima velocidad de
crecimiento, la cual vendrá dada por el potencial genético del
microorganismo, así como por la naturaleza del medio de cultivo y de
las condiciones bajo las cuales se encuentra creciendo. Durante esta
fase la velocidad de crecimiento del microorganismo se mantiene
constante, el microorganismo se divide y duplica su número a
intervalos regulares (tiempo de generación o de duplicación). En el
caso de las bacterias, el tiempo de generación puede variar desde 10
minutos hasta varias horas en dependencia de la especie, no
obstante hay que señalar que los tiempos de duplicación de la
mayoría de las bacterias se encuentra entre 0,5 y 3 horas.
Esta fase de crecimiento de los microorganismos puede ser expresado
mediante una fórmula matemática basada en el hecho de que el
crecimiento sigue una progresión geométrica (2°, 2', 22, 2^3.........
.....2").
En esta fase los microorganismos (fundamentalmente las bacterias)
aumentan en proporción a su masa de aquí que la velocidad de
crecimiento pueda expresarse como:
dX/dt: =x
Donde:
dX/dt: Velocidad de crecimiento microbiano (masa/ unidad de
volumen. tiempo)
: Velocidad específica de crecimiento (Tiempo).
X. Concentración de microorganismo (masa/volumen).
En cualquier fermentación industrial donde se quiera obtener un
producto determinado, hay que trabajar en esta fase ya que la
producción alcanza el máximo nivel.
Esta es la fase más importante
ya que ocurre la máxima
reproducción (células alcanzan la máxima división).
 La máxima (velocidad específica de crecimiento) en el
cultivo es mayor.
 El tamaño promedio de las células está reducido al mínimo
para cada especie.
 La pared celular es más delgada en este período.
 La actividad metabólica es máxima (más intensa).
 En esta fase se aplica el modelo cinético de Monod, donde se
observa una línea recta con respecto al tiempo.
 La célula es más vulnerable a los cambios en el medio de
cultivo.
Se puede plantear que uno de los modelos cinéticos más utilizados es
el modelo de Monod para fermentaciones discontinuas donde
matemáticamente se expresa como:
Para conocer los sustratos o nutrientes limitantes de los
microorganismos se realizan pruebas experimentales. Tomando como
base el nutriente limitante, se desarrollo el modelo matemático de
Monod en el que relaciona la velocidad de crecimiento de los
microorganismos (u) y la concentración del sustrato limitante, para lo
cual se basó en la cinética de las reacciones enzimáticos
 =
max
S
KS + S
Donde:
S: concentración de sustrato limitante (masa/unidad de volumen)
max: Velocidad máxima de crecimiento .
: Velocidad específica de crecimiento (tiempo)
Ks: constante de velocidad de reacción, concentración de sustrato
para la mitad de la velocidad máxima de crecimiento (masa/unidad
de volumen)
Recuerden de Bioquímica que a bajas concentraciones de sustrato se
observa que  es proporcional a S; sin embargo a un determinado
valor de S aunque éste aumente  permanecerá constante (parte
horizontal de la curva) esto indica que las enzimas se encuentran
saturadas por el sustrato y están trabajando a su máxima capacidad.
Los valores de Ks son relativamente pequeños lo que indica que para
lograr el valor máximo de la velocidad específica se requieren bajas
concentraciones del sustrato limitante. Gráficamente se obtiene una
curva asintomática
Efecto del nutriente limitante sobre la velocidad específica de
crecimiento
Cuando se linealiza por los inversos se obtiene el siguiente grafico
donde
se
pueden
trabajar
los
resultados
obtenidos
experimentalmente y se puede obtener max con más exactitud.
1

1

1
max
-1
KS
= KS
+1
max S max
1
S
Fase estacionaria
Como en los cultivos discontinuos el medio de cultivo no se renueva,
a medida que el microorganismo crece la concentración de los
nutrientes disminuyen y la concentración de metabolitos excretados
se incrementa. Lo anterior es la causa de que la población microbiana
no crezca, (parte horizontal de la curva de crecimiento) a esta fase se
le llama fase estacionaria, en ella no ocurre crecimiento neto de la
población, pues el crecimiento esta compensado con la muerte de los
microorganismos.
Fase de muerte
Durante esta fase la muerte de los microorganismos supera al
número de microorganismos que crecen, esto se debe a que los
cambios ocurridos en el medio como es la concentración de nutrientes
se hace mínima y se incrementan los metabolitos tóxicos lo que hace
que ocurra un declive en el número de microorganismos vivos. Esta
fase se caracteriza también por ser logarítmica, solo que en ella hay
una proporción constante de células muertas por unidad de tiempo
transcurrido.
Las fases de la curva de crecimiento en un cultivo discontinuo o
BATCH, desde un punto de vista tecnológico son las anteriores, pero
para el estudio cinético se tienen en cuenta otras, como se presenta
en la figura que verán a continuación.
Cultivo BATCH
Los bio-reactores operan en forma
discontinua (carga, fermentación, descarga)
Fase
Curva de Crecimiento en forma batch
Lag
Aceleración
Exponencial
Declinación
Estacionaria
Muerte
Velocidad de
crecimiento
específica

 max
  max
 max


Balance de Biomasa
Células entran – Células salen + Crecimiento celular – Muerte celular = Acumulación
F  xe  F  x    x V    x V 
d ( x V )
dt
Velocidad de Crecimiento de los m.o [hr-1 ]
: Velocidad de muerte de los m.o [hr-1]
Supuestos
Volumen constante, V = cte, entonces
No hay entrada ni salida de células F =0
Muerte celular despreciable, 
Con esto
 * x *V  V *
dx
dt
3.5 Cultivo continuo de microorganismo
Para mantener la concentración de biomasa constante de un cultivo
microbiano en la fase de crecimiento exponencial, por un período de
tiempo largo, solo es posible lograrlo en un sistema abierto conocido
como cultivo en continuo, mediante el cual se mantiene un suministro
de los nutrientes y una remoción de los residuos de forma constante.
Lo anterior se puede lograr en un reactor de mezcla completa
mantenido a un volumen constante.
Los estudios acerca del crecimiento microbiano en cultivos continuos
se efectúan comúnmente en el quimiostato, el cual no es más que un
sistema de mezcla completa a volumen constante y sin recirculación
en el que se suministra el nutriente limitante v se mantienen
controlados los parámetros ambientales como son: niveles de
oxigeno, pH, temperatura etc. Debido a la presencia de un nutriente
limitante, la velocidad de crecimiento de los microorganismos está
determinada por la velocidad a la cual el medio de cultivo es
alimentado en el reactor. El sustrato limitante es suministrado
continuamente a una velocidad de flujo Q en un reactor de volumen V
en el cual se encuentra una concentración X de microorganismo. La
velocidad de cambio del nutriente en el reactor se expresa como la
velocidad de dilución (D) correspondiendo al inverso del tiempo de
retención y viene dada por la siguiente ecuación.
D =Q= 1
V Ø
Donde:
D: velocidad de dilución (tiempo I).
V: volumen del reactor (volumen).
Q velocidad de flujo del sustrato (volumen/tiempo).
Ø: tiempo de retención.
Haciendo un balance de masa de los microorganismos en el reactor
se tiene:
Velocidad de acumulación de microorganismos es igual a; cantidad de
microorganismos
que entran al sistema
menos cantidad de
microorganismos que salen del sistema más crecimiento neto de los
microorganismos.
Planteamiento simplificado
Acumulación = entra - sale + crecimiento
A partir de estos valores se puede determinar el valor que debe tener
D para que se mantenga el estado estacionario.
D= μ máx. S/Ks+S
Ventajas del cultivo continuo




Se pueden producir grandes cantidades de producto.
Incremento de la productividad.
Salida constante de producto que se recupera desde el sistema.
Se minimiza la represión catabólica por medio de crecimiento
bajo condiciones de carbono limitante.
Desventajas del cultivo continuo
 Posible contaminación
 Peligro de pérdida de estabilidad de la cepa sobre todo en
recombinantes.
Para saber más
El diseño de un medio de fermentación tiene como finalidad la
elección de los componentes necesarios para lograr el crecimiento y
la formación de productos correspondientes al proceso a desarrollar.
Con tal objeto se debe tener en cuenta todos aquellos aspectos
relacionados con el microorganismo, el proceso y los sustratos a ser
empleados como son los requerimientos nutricionales del
microorganismo y algunos específicos del proceso, la disponibilidad
real de los componentes y consideraciones sobre las materias primas.
Otros aspectos que son también importantes se refieren a todos los
procesos y operaciones previas y posteriores a la etapa de
fermentación y al conocimiento de los mecanismos bioquímicos que
regulan la formación de algunos productos, por lo tanto es de gran
importancia para la industria conocer la productividad y el
rendimiento en un proceso fermentativo.
Productividad
p
X Xf  Xo

t
t
t  t t  td  tl  t f
t t = tiempo de descarga y limpieza
td = tiempo de carga y esterilización
tl = tiempo lag o de adaptación
t f = tiempo de fermentación.
Rendimiento
Rendimiento de crecimiento celular definiéndose como:
Yx 
s
X
 S
Rendimiento de productos, puede estar basado en el sustrato
limitante o en la cantidad de biomasa producida
P
Yp 
 S
s
P
Yp 
X
x
Número del epígrafe
4
Título del epígrafe
Método de conteo de microorganismos.
Descripción del epígrafe
En este epígrafe se presentan los Método de
microorganismos, pudiendo ser directos e indirectos
conteo
de
Descriptores del epígrafe
Métodos directos e indirectos
Tiempo estimado de aprendizaje
3 horas
Conceptos clave

Conteo microbiano: métodos para el seguimiento de la evolución
de un cultivo
Desarrollo de contenidos
Objetivo:
Conocer los métodos de conteo microbiano.
4. Método de conteo de microorganismos
Los métodos para el seguimiento de la evolución de un cultivo
microbiano pueden clasificarse en:
 Métodos directos
 Métodos indirectos.
La elección de un método u otro depende de las características del
cultivo y del proceso.
4.1 Métodos directos: (vivos y muertos)
Recuento en cámara de Thomas (bacterias)
Recuento en cámara de Neubauer (levaduras)
Recuento en filtro de membrana
En estos métodos la precisión disminuye al aumentar las
concentraciones
celulares
debido
a
que
se
produce
un
amontonamiento que puede interferir en la enumeración; en el caso
de que el número de células sea muy pequeño también la precisión
disminuye. Número total de células
Estos métodos tienen como inconveniente que se determinan tanto
los microorganismos vivos como los muertos. Las técnicas aplicadas
para el conteo total son:
Recuento en Cámara: .- Consiste en colocar una diminuta gota de
líquido en una pequeña abertura rectangular situada en una cámara
de Thomas o de Neubauer (portaobjetos especial en el que una rejilla
nos permite conocer el volumen que estamos observando).. El
número de microorganismos por centímetro cubico puede calcularse
contando al microscopio una a una las células individuales en cada
cámara y sumando los números parciales, este recuento representa
la cantidad total de células vivas y muertas.. El procedimiento es
rápido y sencillo; pero no permite un conteo celular exacto a medida
que transcurre el tiempo, así como distinguir células vivas inmóviles
de células muertas.
Contador electrónico de partículas: estos instrumentos se basan
fundamentalmente en la interrupción de un haz electrónico que
atraviesa un espacio entre dos Pudiendo de esta forma calcularse el
tiempo de generación de un cultivo conociendo su velocidad de
crecimiento especifico, observándose qué el tiempo de duplicación es
inversamente proporcional a la velocidad de crecimiento especifica
entre electrodos que se encuentra muy juntos, al pasar la célula
entre estos dos electrodos causa una interferencia con el haz
electrónico debido a que la conductividad de las células y del líquido
son diferente. La interrupción es recogida por los instrumentos y
registrada electrónicamente.
Recuento en filtro de membrana: un volumen determinado de una
muestra agua o de un líquido puede hacerse pasar a través de un
filtro de membrana previamente esterilizado, luego el filtro de
membrana es secado, teñido y puede determinarse directamente los
microorganismos retenidos en el filtro. Para aplicar este método el
número de microorganismo presente en el volumen de líquido
analizado no deben ser demasiados numerosos y estar distribuidos
uniformemente.
4.2
Métodos de conteo indirecto
Método de dilución y siembra en placas.
Método de placa vertida
Método de placa extendida
Técnica con filtro de membrana
Determinación de la masa celular (biomasa)
Técnica de los Números Más Probables: (NMP)
Determinación del peso seco
Métodos turbidimétricos
Número de microorganismos vivos
Una célula viva es aquella que es capaz de multiplicarse y formar
células hijas, la vía más común para determinar el número de
microorganismos vivos se basan en la determinación del número de
microorganismo capaz de formar colonias en un medio adecuado con
agar. En este tipo de conteo se asume que cada célula viva o viable
es capaz de producir una colonia. Este método está sujeto a errores
por lo que debe hacerse réplicas. El resultado se expresa como
unidades formadoras de colonias (UFC), siendo los métodos
empleados para determinar el conteo total en placa los siguientes:
Método de dilución y siembra en placas. Se toma una alícuota de
una suspensión y se realizan diluciones del cultivo a estudiar y se,
añaden alícuotas en las placas de Petri sobre la cual se adiciona el
medio de cultivo adecuado,
se agita para que la muestra se
distribuya y se pone a incubar a una temperatura determinada.
El recuento de colonias en la placa refleja la población microbiana
viable del material de inoculación. En la práctica le siembra en placa
requiere la dilución previa para que el numero de colonias que se
desarrolle en la placa sea del orden de 30 a 300 UFC/mL.de muestra
Método de placa vertida: Se toma una alícuota de una suspensión
diluida del cultivo a estudiar y se, añade en una placa de Petri sobre
la cual se adiciona el medio de cultivo y se agita para que la muestra
se distribuya y se pone a incubar a una temperatura determinada.
Método de placa extendida: Se adiciona el volumen de la muestra
a estudiar (no debe ser mayor de 0,1 mL) sobre la superficie del
medio de cultivo ya solidificado y se extiende la muestra con una
espátula y se incuba.
Técnica con filtro de membrana: Se hace filtrar un volumen
determinado de agua o liquido sobre un filtro de membrana
previamente esterilizado, luego se coloca el filtro sobre un medio de
cultivo y se pone a incubar.
Técnica de los Números Más Probables: (NMP) Es un método
muy utilizado para aguas y aguas residuales y se basa en hacer
diluciones seriadas de la muestra que se está estudiando, v luego
inocularlas en un medio de cultivo liquido determinado. Es un método
estadístico en el que se aplican tablas en las que constan los números
más probables indicados por todas las combinaciones posibles de
resultados en cada serie.
Determinación de la masa celular (biomasa)
El crecimiento de los microorganismos además de incrementar el
número de los microorganismos aumenta la masa total de las células,
de aquí que los cambios en la masa celular con el tiempo, se tomen
también como criterio del crecimiento microbiano.
Determinación del peso seco: se basa en el hecho de que el
incremento en peso de una población puede asociarse con el
crecimiento. En los sistemas de tratamiento de las aguas residuales
es necesario conocer el crecimiento de los microorganismos; sin
embargo, es muy engorrosa la determinación del número
de
microorganismo siendo uno de los métodos más usuales la
determinación del incremento en peso de los Sólidos Suspendidos
Volátiles (SSV).
Métodos turbidimétricos: consiste en medir la turbidez en un
cultivo debido a la acumulación de células en el mismo a través de un
espectrofotómetro. Estudios realizados han demostrado una estrecha
relación entre el número total de microorganismo y la turbidez de una
suspensión. Este método está sujeto a errores debido a la variación
de forma, tamaño y formación de acumulaciones de células, no
obstante es uno de los métodos más sencillos y rápidos.
Para saber más
Las determinaciones del nitrógeno bacteriano son algo laborioso y
han de efectuarse sobre muestras libres de otros compuestos
nitrogenados. El método es aplicable a poblaciones concentradas,los
principales constituyentes del material celular son las proteínas y
como el nitrógeno es un componente fundamental de estas puede
estimarse la población de las células en función del nitrógeno
bacteriano. El contenido medio de nitrógeno en las bacterias es del
14% en peso seco. Para medir el crecimiento hay que recoger en
primer lugar las células, lavarlas para privarlas del medio y realizar
un análisis químico cuantitativo de nitrógeno.