Fisiologia Bacteriana

FISIOLOGÍA BACTERIANA Medicina 311A

Prof. Marcela Hechenleitner C. MSc. Microbiología UCSC

Fisiología bacteriana • Comprende el estudio de las funciones realizadas por los microorganismos. • Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente, sintetizan rápidamente sus componentes estructurales, siendo la mayoría autosuficientes a pesar de ser organismos estructuralmente muy simples. • La bacteria incorpora los nutrientes desde su entorno. Luego a través del metabolismo bacteriano, la célula es capaz de reproducirse y transmitir su material genético a su progenie.

• Bacterias de vida libre: son las que se han adaptado a vivir libremente en la tierra y el agua. Tienen requerimientos más simples y vías metabólicas más complejas que las bacterias que viven en superficies de tejidos animales. • Bacterias relacionadas a los animales: en general requieren compuestos nutritivos más complejos (aminoácidos, vitaminas, etc) y carecen de una (s) vías metabólicas.

Requerimientos nutricionales químicos • • • • • •

Carbono Nitrógeno Azufre Fósforo Iones inorgánicos Factores de crecimiento

Requerimientos nutricionales químicos • Carbono: síntesis de compuestos orgánicos necesarios para formar las estructuras y función de la célula, tales como aminoácidos, lípidos, azúcares, ácidos nucleicos. • Según el tipo de utilización del carbono las bacterias se clasifican en: – Autotróficas: realizan fotosíntesis o quimiosíntesis, siendo la fuente de energía la luz o algún compuesto químico. Como fuente de carbono usan CO2, para la síntesis de sus compuestos carbonados. Son bacterias de vida libre. – Heterotróficas: usan compuestos orgánicos como fuente de carbono y energía. Aquí están bacterias de vida libre y bacterias relacionadas con el hombre.

Requerimientos nutricionales químicos • Nitrógeno: necesario para la síntesis de

aminoácidos, bases nitrogenadas purinas y pirimidinas. Lo pueden obtener de:

• Sales de amonio • Fijación del nitrógeno atmosférico • Degradación de aminoácidos.

Requerimientos nutricionales químicos • Azufre: necesario para la síntesis de aminoácidos azufrados como cisteína o metionina que participan en la estabilización de estructura de las proteínas y sitio catalítico de enzimas.

Requerimientos nutricionales químicos • Fósforo:

Es utilizado para la síntesis de ATP, ácidos nucleicos y fosfolípidos.

• Iones inorgánicos:

participan como coenzimas y dan estabilidad a componentes celulares como ribosomas y membranas. Ej: K+, Mg2+ , Ca2+ , Na+, PO43, Fe2+ , etc

• Factores de crecimiento:

nutrientes complejos que la bacteria no es capaz de sintetizar y que por lo tanto se deben encontrar en el medio. Ej: vitaminas, bases nitrogenadas, aminoácidos, etc

Requerimientos o factores físicos

• Temperatura • pH • Tensión de oxígeno

Factores físicos • Temperatura: importante

en actividad y desarrollo bacteriano. Según la temperatura óptima de crecimiento se clasifican en: – Termófilas: Tº óptima de crecimiento 50ºC.

por

sobre

los

– Mesófilas:

Tº óptima entre 25 y 40 ºC. Aquí están la mayoría de las bacterias que se relacionan con el hombre.

– Psicrófilas: Tº óptima entre 10 y 20 ºC. Se encuentran principalmente en el ambiente

Factores físicos • pH: la mayoría de las bacterias son neutrófilas, pero existen las que se desarrollan en medios ácidos y en medios básicos. Según el pH óptimo de crecimiento: – Neutrófilas: – Acidófilas: – Basófilas o alcalófilos:

pH 6.5-7.5 pH 2-4 pH 8-9

Factores físicos • Tensión de oxígeno: Según el requerimiento de oxígeno se clasifican en: – Bacterias aeróbicas: requieren de oxígeno – Facultativas: pueden multiplicarse con o sin oxígeno. – Anaeróbicas: se multiplican en ausencia de oxígeno. Para los anaerobios estrictos el oxígeno es incluso tóxico para ellos.

Requerimientos o factores físicos (Tensión de oxígeno) Dentro de las bacterias aerobias hay 2 grupos especiales: – Microaerofílicas: requieren baja tensión de oxígeno, menor que la del aire (<21%) y presencia de CO2 para su multiplicación Ej: Campylobacter spp – Capnofílicas: para crecer en forma óptima requieren de elevadas concentraciones de CO2. Ej: Neisseria spp

Crecimiento bacteriano • La bacteria en condiciones adecuadas de nutrientes, temperatura y pH, crece hasta alcanzar un tamaño celular crítico; cuando esto ocurre puede dividirse por fisión binaria, aumentando progresivamente el número de células. La multiplicación es constante y en progresión logarítmica. • El tiempo necesario para que una bacteria se duplique es el tiempo de generación.

Curva de crecimiento bacteriano Crecimiento bacteriano

Fase logarítmica

Fase estacionaria

Fase de latencia

Tiempo

Fase de regresión

Curva de crecimiento bacteriano • Fase de latencia o adaptación: síntesis de enzimas y aumento del tamaño celular ( 4hrs) • Fase logarítimica: se multiplican a ritmo constante y las células presentan una elevada tasa de actividad metabólica (termina +/- a las 12 hrs) • Fase estacionaria: el nº de células se mantiene constante, hay acumulación de productos tóxicos y se agotan los nutrientes. El nº de células que mueren es similar al de las que se dividen (entre 18-24 hrs) • Fase de muerte o regresión: la velocidad de las células que mueren es mayor que las que se dividen.

Esporulación • Hay bacterias que son capaces de originar una forma de vida latente llamada endospora. Estas bacterias son de los géneros Bacillus y Clostridium. • Se originan dentro de la célula y se liberan por lisis celular. • La esporulación es un proceso que es inducido por condiciones ambientales desfavorables (calor, desecación, radiación UV, carencia de nutrientes). Las endosporas son altamente resistentes permaneciendo viables en el ambiente por muchos años

Bacilos gram positivos esporulados

Medios de cultivo • Los medios de cultivo son preparados nutrientes utilizados para el crecimiento de microorganismos en el laboratorio. • Algunas bacterias crecen fácilmente en cualquier medio de cultivo, otras requieren medios especiales y otras no se pueden desarrollar en ningún medio artificial. • Los microorganismos que crecen en un medio de cultivo se denominan en conjunto cultivo.

Medios de cultivo •

Los medios de cultivo pueden ser líquidos o sólidos.

•

En los medios sólidos se pueden obtener colonias. Éstas son distintas y características para cada tipo bacteriano.

•

Colonias: son agrupaciones macroscópicas, son visibles a simple vista y corresponden al crecimiento en un punto de una única línea bacteriana (todas las células que componen la colonia provienen de una misma única célula)

Bacterias • Características macroscópicas: aspecto colonia pigmento hemólisis olor tamaño

Medios de cultivo Según los constituyentes y la finalidad de los medios de cultivo se pueden clasificar en: • Medios corrientes: contienen los nutrientes necesarios para el desarrollo de bacterias poco exigentes desde el punto vista nutricional • Medios especiales tiene los nutrientes esenciales y además otras sustancias que le dan características útiles para el diagnóstico microbiológico. – Medios enriquecidos – Medios selectivos – Medios diferenciales

Medios de cultivo especiales • Medios

enriquecidos:

contienen sustancias nutricionalmente muy ricas (sangre, suero, etc). Permite desarrollo de bacterias poco exigentes y exigentes. • Ejemplo :agar sangre, agar chocolate

Medios de cultivo • Medios selectivos: tienen sustancias que inhiben el crecimiento de algunas bacterias y favorecen el de otras. diferenciales: • Medios permiten detectar alguna característica propia de algunas bacterias, para diferenciar las distintas colonias que se obtienen en un medio de cultivo. Contienen un sustrato sobre el que actúa la bacteria y una sustancia que detecta cambio de pH o productos metabólicos por el uso del sustrato.

Medios de cultivo • Medios de cultivo diferenciales

Morfología colonias bacterianas

Colonias bacterianas

Streptococcus beta hemolítico

Escherichia coli

Staphylococcus aureus

Micrococcus sp.

Tinción de gram

Tinción

Requerimientos nutricionales químicos Oxígeno: -Aerobios obligados: Requieren oxígeno -Anaerobios obligados: Crecen en ausencia de oxígeno. -Anaerobios facultativos: Crecen en presencia o ausencia de oxígeno. -Anaerobios aerotolerantes: Crecen en presencia o ausencia de oxígeno pero la energía la obtienen por fermentación. -Microaerófilos: Sólo cren con bajas tensiones de oxígeno (1 a 12% de oxígeno)