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8.2: Requisitos de oxígeno para el crecimiento microbiano - Biología

8.2: Requisitos de oxígeno para el crecimiento microbiano - Biología


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Objetivos de aprendizaje

  • Interpretar datos visuales que demuestren los requisitos mínimos, óptimos y máximos de oxígeno o dióxido de carbono para el crecimiento.
  • Identificar y describir diferentes categorías de microbios con requisitos para el crecimiento con o sin oxígeno: aerobio obligado, anaerobio obligado, anaerobio facultativo, anaerobio aerotolerante, microaerófilo y capnófilo.
  • Dar ejemplos de microorganismos para cada categoría de requisitos de crecimiento.

Pregunte a la mayoría de las personas "¿Cuáles son los principales requisitos para la vida?" y es probable que las respuestas incluyan agua y oxígeno. Pocos discutirían sobre la necesidad de agua, pero ¿qué pasa con el oxígeno? ¿Puede haber vida sin oxígeno?

La respuesta es que el oxígeno molecular (O2) no siempre es necesario. Los primeros signos de vida datan de un período en el que las condiciones en la tierra eran muy reductoras y el gas de oxígeno libre era esencialmente inexistente. Solo después de que las cianobacterias comenzaron a liberar oxígeno como un subproducto de la fotosíntesis y se agotó la capacidad del hierro en los océanos para absorber oxígeno, los niveles de oxígeno aumentaron en la atmósfera. Este evento, a menudo conocido como el Gran Evento de Oxigenación o la Revolución del Oxígeno, provocó una extinción masiva. La mayoría de los organismos no podrían sobrevivir a las poderosas propiedades oxidativas de las especies reactivas de oxígeno (ROS), iones y moléculas altamente inestables derivadas de la reducción parcial de oxígeno que pueden dañar virtualmente cualquier macromolécula o estructura con la que entren en contacto. Oxígeno singlete (O2•), superóxido (O2−), peróxidos (H2O2), radical hidroxilo (OH •) e ion hipoclorito (OCl), el ingrediente activo de la lejía doméstica, son todos ejemplos de ROS. Los organismos que pudieron desintoxicar las especies reactivas de oxígeno aprovecharon la alta electronegatividad del oxígeno para producir energía libre para su metabolismo y prosperaron en el nuevo entorno.

Requisitos de oxígeno de los microorganismos

Muchos ecosistemas todavía están libres de oxígeno molecular. Algunos se encuentran en lugares extremos, como en las profundidades del océano o en la corteza terrestre; otros son parte de nuestro paisaje cotidiano, como marismas, ciénagas y alcantarillas. Dentro de los cuerpos de los seres humanos y otros animales, las regiones con poco o ningún oxígeno proporcionan un entorno anaeróbico para los microorganismos. (Figura ( PageIndex {1} )).

Podemos observar fácilmente diferentes requisitos de oxígeno molecular mediante el crecimiento de bacterias en cultivos en tubos de tioglicolato. Un cultivo en probeta comienza con medio de tioglicolato esterilizado en autoclave que contiene un bajo porcentaje de agar para permitir que las bacterias móviles se muevan por el medio. El tioglicolato tiene fuertes propiedades reductoras y el autoclave elimina la mayor parte del oxígeno. Los tubos se inoculan con los cultivos bacterianos a analizar y se incuban a una temperatura adecuada. Con el tiempo, el oxígeno se difunde lentamente a través del cultivo del tubo de tioglicolato desde la parte superior. La densidad bacteriana aumenta en el área donde la concentración de oxígeno es más adecuada para el crecimiento de ese organismo en particular.

El crecimiento de bacterias con diferentes requerimientos de oxígeno en tubos de tioglicolato se ilustra en la Figura ( PageIndex {2} ). En el tubo A, todo el crecimiento se ve en la parte superior del tubo. Las bacterias son aerobios obligados (estrictos) que no pueden crecer sin un suministro abundante de oxígeno. El tubo B parece lo opuesto al tubo A. Las bacterias crecen en la parte inferior del tubo B. Esas son anaerobios obligados, que mueren con el oxígeno. El tubo C muestra un crecimiento denso en la parte superior del tubo y un crecimiento a lo largo del mismo, un resultado típico con anaerobios facultativos. Los anaerobios facultativos son organismos que prosperan en presencia de oxígeno pero también crecen en su ausencia al depender de la fermentación o la respiración anaeróbica, si hay un aceptor de electrones adecuado que no sea el oxígeno y el organismo es capaz de realizar la respiración anaeróbica. Los anaerobios aerotolerantes del tubo D son indiferentes a la presencia de oxígeno. No usan oxígeno porque generalmente tienen un metabolismo fermentativo, pero la presencia de oxígeno no los perjudica como lo son los anaerobios obligados. El tubo E de la derecha muestra una cultura de "Ricitos de oro". El nivel de oxígeno debe ser el adecuado para el crecimiento, ni demasiado ni demasiado poco. Estos microaerófilos son bacterias que requieren un nivel mínimo de oxígeno para su crecimiento, alrededor del 1% al 10%, muy por debajo del 21% que se encuentra en la atmósfera.

Ejemplos de aerobios obligados son Tuberculosis micobacteriana, el agente causante de la tuberculosis y Micrococcus luteus, una bacteria grampositiva que coloniza la piel. Neisseria meningitidis, el agente causante de la meningitis bacteriana grave, y N. gonorrheae, el agente causante de la gonorrea de transmisión sexual, también son aerobios obligados.

Muchos anaerobios obligados se encuentran en el medio ambiente donde existen condiciones anaeróbicas, como en sedimentos profundos del suelo, aguas tranquilas y en el fondo del océano profundo donde no hay vida fotosintética. Las condiciones anaeróbicas también existen de forma natural en el tracto intestinal de los animales. Anaerobios obligados, principalmente Bacteroidetes, representan una gran fracción de los microbios en el intestino humano. Existen condiciones anaeróbicas transitorias cuando los tejidos no reciben circulación sanguínea; mueren y se convierten en un caldo de cultivo ideal para anaerobios obligados. Otro tipo de anaerobio obligado que se encuentra en el cuerpo humano es el grampositivo, con forma de varilla. Clostridium spp. Su capacidad para formar endosporas les permite sobrevivir en presencia de oxígeno. Una de las principales causas de las infecciones adquiridas por la salud es C. difficile, conocido como C. diff. El uso prolongado de antibióticos para otras infecciones aumenta la probabilidad de que un paciente desarrolle una C. difficile infección. El tratamiento con antibióticos altera el equilibrio de los microorganismos en el intestino y permite la colonización del intestino por C. difficile, provocando una importante inflamación del colon.

Otros clostridios responsables de infecciones graves incluyen C. tetani, el agente del tétanos, y C. perfringens, que provoca gangrena gaseosa. En ambos casos, la infección comienza en el tejido necrótico (tejido muerto que no recibe oxígeno por la circulación sanguínea). Esta es la razón por la que las heridas punzantes profundas se asocian con el tétanos. Cuando la muerte del tejido se acompaña de falta de circulación, la gangrena siempre es un peligro.

El estudio de anaerobios obligados requiere un equipo especial. Las bacterias anaeróbicas obligadas deben cultivarse en condiciones desprovistas de oxígeno. El enfoque más común es el cultivo en un frasco anaeróbico (Figura ( PageIndex {3} )). Los frascos anaeróbicos incluyen paquetes químicos que eliminan el oxígeno y liberan dióxido de carbono (CO2). Una cámara anaeróbica es una caja cerrada de la que se extrae todo el oxígeno. Los guantes sellados a las aberturas de la caja permiten manipular los cultivos sin exponerlos al aire (Figura ( PageIndex {3} )).

Estafilococos y Enterobacteriaceae son ejemplos de anaerobios facultativos. Estafilococos se encuentran en la piel y el tracto respiratorio superior. Las enterobacterias se encuentran principalmente en el intestino y el tracto respiratorio superior, pero a veces pueden extenderse al tracto urinario, donde pueden causar infecciones. No es inusual ver infecciones bacterianas mixtas en las que los anaerobios facultativos consumen el oxígeno, creando un ambiente para que prosperen los anaerobios obligados.

Ejemplos de anaerobios aerotolerantes incluyen lactobacilos y estreptococos, ambos encontrados en la microbiota oral. Campylobacter jejuni, que causa infecciones gastrointestinales, es un ejemplo de microaerófilo y se cultiva en condiciones de bajo oxígeno.

La concentración óptima de oxígeno, como su nombre lo indica, es la concentración ideal de oxígeno para un microorganismo en particular. La concentración más baja de oxígeno que permite el crecimiento se llama concentración mínima permisiva de oxígeno. La concentración de oxígeno más alta tolerada es la concentración de oxígeno máxima permisiva. El organismo no crecerá fuera del rango de niveles de oxígeno que se encuentran entre las concentraciones de oxígeno permisivas mínima y máxima.

Ejercicio ( PageIndex {1} )

  1. ¿Esperaría que los linajes bacterianos más antiguos fueran aeróbicos o anaeróbicos?
  2. ¿Qué bacterias crecen en la parte superior de un tubo de tioglicolato y cuáles crecen en la parte inferior del tubo?

Un anaerobio no deseado

Charles es un conductor de autobús jubilado que desarrolló diabetes tipo 2 hace más de 10 años. Desde su jubilación, su estilo de vida se ha vuelto muy sedentario y ha aumentado mucho de peso. Aunque ha sentido hormigueo y entumecimiento en el pie izquierdo durante un tiempo, no se ha preocupado porque pensó que su pie simplemente se estaba "quedando dormido". Recientemente, un rasguño en su pie no parece estar curando y se está volviendo cada vez más feo. Como la llaga no le molestaba mucho, Charles pensó que no podía ser grave hasta que su hija notó una decoloración violácea que se extendía por la piel y supuraba (Figura). Cuando finalmente fue atendido por su médico, Charles fue trasladado de urgencia al quirófano. Su llaga o úlcera abierta es el resultado de un pie diabético.

La preocupación aquí es que la gangrena gaseosa puede haberse adherido al tejido muerto. El agente más probable de la gangrena gaseosa es Clostridium perfringens, una bacteria gram-positiva formadora de endosporas. Es un anaerobio obligado que crece en tejidos desprovistos de oxígeno. Dado que el tejido muerto ya no recibe oxígeno del sistema circulatorio, el tejido muerto proporciona bolsas de ambiente ideal para el crecimiento de C. perfringens.

Un cirujano examina la úlcera y las radiografías del pie de Charles y determina que el hueso aún no está infectado. La herida tendrá que ser desbridada quirúrgicamente (desbridamiento se refiere a la remoción de tejido muerto e infectado) y una muestra enviada para análisis de laboratorio microbiológico, pero Charles no tendrá que amputarle el pie. Muchos pacientes diabéticos no tienen tanta suerte. En 2008, casi 70.000 pacientes diabéticos en los Estados Unidos perdieron un pie o una extremidad debido a la amputación, según estadísticas de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades.

Ejercicio ( PageIndex {2} )

¿Qué condiciones de crecimiento recomendaría para la detección de C. perfringens?

Desintoxicación de especies reactivas de oxígeno

La respiración aeróbica genera constantemente especies reactivas de oxígeno (ROS), subproductos que deben ser desintoxicados. Incluso los organismos que no utilizan la respiración aeróbica necesitan alguna forma de descomponer algunos de los ROS que pueden formarse a partir del oxígeno atmosférico. Tres enzimas principales descomponen esos subproductos tóxicos: superóxido dismutasa, peroxidasa y catalasa. Cada uno cataliza una reacción diferente. Las reacciones del tipo visto en la Reacción 1 son catalizadas por peroxidasas.

[X- (2H ^ +) + H_2O_2 rightarrow text {oxidado} -X + 2H_2O ]

En estas reacciones, un donante de electrones (compuesto reducido; por ejemplo, dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido [NADH]) oxida el peróxido de hidrógeno u otros peróxidos en agua. Las enzimas juegan un papel importante al limitar el daño causado por la peroxidación de los lípidos de la membrana. La reacción 2 está mediada por la enzima superóxido dismutasa (SOD) y descompone los poderosos aniones superóxido generados por el metabolismo aeróbico:

[2O ^ {2-} + 2H ^ + flecha derecha H_2O_2 + O_2 ]

La enzima catalasa convierte el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno como se muestra en la Reacción 3.

[2H_2O_2 rightarrow 2H_2O + O_2 ]

Los anaerobios obligados generalmente carecen de las tres enzimas. Los anaerobios aerotolerantes tienen SOD pero no catalasa. La reacción 3, que se muestra en la Figura ( PageIndex {5} ), es la base de una prueba útil y rápida para distinguir los estreptococos, que son aerotolerantes y no poseen catalasa, de los estafilococos, que son anaerobios facultativos. Una muestra de cultivo mezclada rápidamente en una gota de peróxido de hidrógeno al 3% liberará burbujas si el cultivo es catalasa positivo.

Bacterias que crecen mejor en una mayor concentración de CO2 y las concentraciones de oxígeno más bajas que las presentes en la atmósfera se denominan capnófilos. Un enfoque común para cultivar capnófilos es usar un frasco de velas. Un frasco de vela consiste en un frasco con una tapa hermética que puede acomodar los cultivos y una vela. Después de agregar los cultivos al frasco, se enciende la vela y se cierra la tapa. A medida que la vela arde, consume la mayor parte del oxígeno presente y libera CO2.

Ejercicio ( PageIndex {3} )

  1. ¿Qué sustancia se agrega a una muestra para detectar catalasa?
  2. ¿Cuál es la función de la vela en un frasco de velas?

Enfoque clínico: parte 2

El proveedor de atención médica que vio a Jeni estaba preocupado principalmente por su embarazo. Su condición aumenta el riesgo de infecciones y la hace más vulnerable a esas infecciones. El sistema inmunológico está regulado negativamente durante el embarazo y los patógenos que atraviesan la placenta pueden ser muy peligrosos para el feto. Una nota sobre la orden del proveedor al laboratorio de microbiología menciona una sospecha de infección por Listeria monocytogenes, en base a los signos y síntomas que presenta el paciente.

Las muestras de sangre de Jeni se secan directamente en agar sangre de oveja, un medio que contiene agar de soja tríptico enriquecido con un 5% de sangre de oveja. (La sangre se considera estéril; por lo tanto, no se esperan microorganismos competidores en el medio). Las placas inoculadas se incuban a 37 ° C durante 24 a 48 horas. Surgen pequeñas colonias grisáceas rodeadas por una zona clara. Tales colonias son típicas de Listeria y otros patógenos como estreptococos; la zona clara que rodea las colonias indica la lisis completa de sangre en el medio, lo que se conoce como beta-hemólisis (Figura ( PageIndex {6} )). Cuando se analiza la presencia de catalasa, las colonias dan una respuesta positiva, eliminando Estreptococo como una posible causa. Además, una tinción de Gram muestra bacilos grampositivos cortos. Las células de un cultivo en caldo crecido a temperatura ambiente mostraron la característica de motilidad giratoria de Listeria (Figura ( PageIndex {6} )). Todas estas pistas llevan al laboratorio a confirmar positivamente la presencia de Listeria en las muestras de sangre de Jeni.

Ejercicio ( PageIndex {4} )

¿Qué tan grave es la afección de Jeni y cuál es el tratamiento adecuado?

Conceptos clave y resumen

  • Los entornos aeróbicos y anaeróbicos se pueden encontrar en diversos nichos de la naturaleza, incluidos diferentes sitios dentro y sobre el cuerpo humano.
  • Los microorganismos varían en sus requisitos de oxígeno molecular. Aerobios obligados dependen de la respiración aeróbica y utilizan oxígeno como aceptor de electrones terminal. No pueden crecer sin oxígeno.
  • Anaerobios obligados no puede crecer en presencia de oxígeno. Dependen de la fermentación y la respiración anaeróbica utilizando un aceptor de electrones final distinto del oxígeno.
  • Anaerobios facultativos muestran un mejor crecimiento en presencia de oxígeno, pero también crecerán sin él.
  • A pesar de que anaerobios aerotolerantes no realizan respiración aeróbica, pueden crecer en presencia de oxígeno. La mayoría de los anaerobios aerotolerantes dan negativo para la enzima catalasa.
  • Microaerófilos necesitan oxígeno para crecer, aunque a una concentración inferior al 21% de oxígeno en el aire.
  • Concentración óptima de oxígeno para un organismo es el nivel de oxígeno que promueve la tasa de crecimiento más rápida. los concentración mínima permisiva de oxígeno y el concentración máxima permisiva de oxígeno son, respectivamente, los niveles de oxígeno más bajos y más altos que tolerará el organismo.
  • Peroxidasa, superóxido dismutasa, y catalasa son las principales enzimas implicadas en la desintoxicación del especies de oxígeno reactivas. La superóxido dismutasa suele estar presente en una célula que puede tolerar el oxígeno. Las tres enzimas suelen detectarse en las células que realizan respiración aeróbica y producen más ROS.
  • A capnófilo es un organismo que requiere una concentración de CO superior a la atmosférica2 crecer.

Requisitos de oxígeno de los microorganismos

Muchos ecosistemas todavía están libres de oxígeno molecular. Algunos se encuentran en lugares extremos, como en las profundidades del océano o en la corteza terrestre, otros son parte de nuestro paisaje cotidiano, como pantanos, ciénagas y alcantarillas. Dentro de los cuerpos de los seres humanos y otros animales, las regiones con poco o ningún oxígeno proporcionan un entorno anaeróbico para los microorganismos. (Figura 7.9).

Figura 7.9 Los ambientes anaeróbicos todavía son comunes en la tierra. Incluyen entornos como (a) un pantano donde los sedimentos densos no perturbados están prácticamente desprovistos de oxígeno, y (b) el rumen (el primer compartimento del estómago de una vaca), que proporciona una incubadora sin oxígeno para los metanógenos y otras bacterias anaeróbicas obligadas. (crédito a: modificación del trabajo por el Servicio de Parques Nacionales crédito b: modificación del trabajo por el Departamento de Agricultura de EE. UU.)

Podemos observar fácilmente diferentes requisitos de oxígeno molecular al cultivar bacterias en tubo de tioglicolato culturas. Un cultivo de probeta comienza con autoclave medio de tioglicolato que contiene un bajo porcentaje de agar para permitir que las bacterias móviles se muevan por el medio. El tioglicolato tiene fuertes propiedades reductoras y el autoclave elimina la mayor parte del oxígeno. Los tubos se inoculan con los cultivos bacterianos a analizar y se incuban a una temperatura adecuada. Con el tiempo, el oxígeno se difunde lentamente a través del cultivo del tubo de tioglicolato desde la parte superior. La densidad bacteriana aumenta en el área donde la concentración de oxígeno es más adecuada para el crecimiento de ese organismo en particular.

El crecimiento de bacterias con diferentes requerimientos de oxígeno en tubos de tioglicolato se ilustra en Figura 7.10. En el tubo A, todo el crecimiento se ve en la parte superior del tubo. Las bacterias son aerobios obligados (estrictos) que no puede crecer sin un abundante suministro de oxígeno. El tubo B parece lo opuesto al tubo A. Las bacterias crecen en la parte inferior del tubo B. Esas son anaerobios obligados, que mueren por el oxígeno. El tubo C muestra un gran crecimiento en la parte superior del tubo y un crecimiento en todo el tubo, un resultado típico con anaerobio facultativos. Los anaerobios facultativos son organismos que prosperan en presencia de oxígeno pero también crecen en su ausencia al depender de la fermentación o la respiración anaeróbica, si hay un aceptor de electrones adecuado que no sea el oxígeno y el organismo es capaz de realizar la respiración anaeróbica. los anaerobio aerotolerantesLos s en el tubo D son indiferentes a la presencia de oxígeno. No usan oxígeno porque generalmente tienen un metabolismo fermentativo, pero la presencia de oxígeno no los perjudica como lo son los anaerobios obligados. El tubo E de la derecha muestra una cultura de "Ricitos de oro". El nivel de oxígeno debe ser el adecuado para el crecimiento, ni demasiado ni demasiado poco. Estas microaerófilos son bacterias que requieren un nivel mínimo de oxígeno para su crecimiento, alrededor del 1% al 10%, muy por debajo del 21% que se encuentra en la atmósfera.

Figura 7.10 Diagrama de distribución de células bacterianas en tubos de tioglicolato.


2. Solutos y agua

El microorganismo está separado del medio ambiente por la membrana selectivamente semipermeable. La membrana también juega un papel vital en el mantenimiento del contenido interno de agua y solutos. Cuando el ambiente cambia en términos de concentración de agua o soluto en el ambiente exterior, afecta el contenido interno debido a la naturaleza de semipermeabilidad de la membrana. El entorno, medio o solución circundante puede ser hipertónico, hipotónico e isotónico. Hay pocas compuertas de canal que permitan el flujo de agua a través de la membrana.

En los medios hipertónicos, la concentración de soluto es más alta en los medios que en la célula debido a que el agua de la célula sale y provoca la contracción celular.

En los medios isotónicos, existe un equilibrio de concentración de solutos e iones fuera y dentro de la membrana celular. Este es el entorno físico óptimo de contenido de agua y solutos para el crecimiento bacteriano.

En medio hipotónico, la concentración de solutos e iones es menor que la que está presente dentro de la célula y, por lo tanto, las moléculas de agua se mueven hacia adentro y provocan la hinchazón de la célula. Esto también puede provocar el estallido de la celda.


Requisitos nutricionales de los microorganismos

Los nutrientes microbianos pueden clasificarse como macro nutrientes (principales) y micro nutrientes (menores) o oligoelementos en función de su cantidad requerida.

1. Nutrientes minerales principales o macro:

Las células microbianas contienen agua que representa alrededor del 80-90% de su peso total y, por lo tanto, el agua es siempre el principal nutriente esencial en términos cuantitativos.

La materia sólida de las células contiene, además de oxígeno e hidrógeno (derivable metabólicamente del agua), los otros macroelementos (principales), a saber, carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, magnesio, sodio, calcio y hierro en orden de abundancia decreciente.

Aproximadamente el 95% del peso seco celular de las células microbianas se explica por solo seis macroelementos (principales) (O, H, C, N, P y S). Sin embargo, el porcentaje aproximado del peso seco y las funciones fisiológicas generales de los principales nutrientes minerales se dan en la Tabla 18.1.

El carbono asume una gran importancia como constituyente principal de todos los materiales celulares orgánicos y representa aproximadamente el 50% del peso seco de las células. CO2 es la forma de carbono más oxidada y los microorganismos foto-sintéticos reducen el CO2 a constituyentes de células orgánicas. Por otro lado, todos los microorganismos no fotosintéticos obtienen su requerimiento de carbono principalmente de nutrientes orgánicos que contienen compuestos de carbono reducido.

Estos compuestos orgánicos no solo proporcionan el carbono para la síntesis, sino que también cumplen con los requisitos de energía al entrar en vías metabólicas que producen energía y finalmente se oxidan a CO.2.

Algunos microbios tienen la capacidad de sintetizar todos sus componentes celulares utilizando una única fuente de carbono orgánico, mientras que otros, además de esta principal fuente de carbono, también necesitan otros componentes complejos que contienen carbono que no pueden sintetizar.

Estos componentes se denominan factores de crecimiento e incluyen vitaminas. Algunos microbios pueden utilizar más de un compuesto de carbono y exhiben un alto grado de versatilidad. Los demás, sin embargo, están especializados en este sentido.

La mayoría de los organismos absorben azufre y nitrógeno y posteriormente se reducen dentro de la célula y se utilizan en otros procesos biosintéticos. Los requisitos de azufre y nitrógeno de la mayoría de los organismos también se pueden satisfacer con nutrientes orgánicos que contienen estos dos elementos en combinaciones orgánicas reducidas, como los aminoácidos. Algunos microorganismos son capaces de reducir el nitrógeno elemental a amoníaco y este proceso de asimilación de nitrógeno se conoce como fijación biológica de nitrógeno.

La mayoría de los microorganismos necesitan oxígeno molecular para respirar. En estos, el oxígeno sirve como aceptor terminal de electrones, y dichos organismos se denominan & # 8216 aerobios obligados & # 8217.

A diferencia de esto, hay algunos organismos que no utilizan oxígeno molecular como aceptor de electrones terminales. Recordamos que el oxígeno es un componente del material celular de todos los microorganismos. Estos microbios se denominan & # 8216 anaerobios obligados & # 8217.

De hecho, el oxígeno molecular es tóxico para estos organismos. Los aerobios que pueden crecer en ausencia de oxígeno se denominan & # 8216 anaerobios facultativos & # 8217 y los anaerobios que pueden crecer en presencia de oxígeno se denominan & # 8216 aerobios facultativos & # 8217. Además de estas clases principales, hay organismos que crecen mejor a una presión de oxígeno reducida, pero son aerobios obligados y se denominan & # 8216Microaerófilos & # 8217.

2. Microelementos o oligoelementos minerales o minerales menores:

Los microorganismos, en general, no utilizan sólo macroelementos (mayores) sino también otros como cobalto, cobre, manganeso, molibdeno, níquel, selenio, tungsteno, vanadio y zinc que son requeridos en fracción residual por casi todos los microorganismos.

Estos elementos a menudo se denominan (micro) nutrientes menores o oligoelementos. Sin embargo, los micronutrientes o oligoelementos son tan críticos para la función celular como los macronutrientes.

Son metales que desempeñan el papel de catalizadores celulares y muchos de ellos desempeñan un papel estructural en varias enzimas. La tabla 18.2 resume los principales micronutrientes de los sistemas vivos y ofrece ejemplos de enzimas en las que cada una de ellas desempeña un papel. Sin embargo, algunos microorganismos necesitan nutrientes minerales específicos adicionales, por ejemplo, las diatomeas y algunas microalgas requieren sílice, suministrada como silicato, para impregnar sus paredes celulares.

Factores de crecimiento:

Además de los nutrientes minerales, los microorganismos necesitan algunos compuestos orgánicos. La mayoría de los microorganismos son capaces de sintetizar estos compuestos orgánicos a partir de recursos de carbono más simples, otros no pueden y necesitan su suministro desde el exterior para su correcto crecimiento y desarrollo.

Los nutrientes orgánicos de este tipo se conocen colectivamente como factores de crecimiento (metabolitos esenciales) y se pueden clasificar en tres grupos (aminoácidos, purinas y pirimidinas y vitaminas) en función de su estructura química y función metabólica.

Los aminoácidos y las purinas y pirimidinas son los componentes de las proteínas y los ácidos nucleicos, respectivamente. Las vitaminas, sin embargo, son el factor de crecimiento más comúnmente necesario y forman parte de los grupos protésicos o centros activos de ciertas enzimas. Algunas vitaminas importantes y sus funciones se resumen en la tabla 18.3.

Dado que los factores de crecimiento satisfacen necesidades específicas en la biosíntesis de ciertas moléculas, se necesitan en cantidades muy pequeñas las vitaminas, incluso en cantidades menos pequeñas, debido a las diversas coenzimas de las que son precursores, tienen funciones catalíticas y, en consecuencia, están presentes a niveles de un pocas partes por millón en la célula microbiana.


Temperatura

Las bacterias se han adaptado a una amplia gama de temperaturas. Las bacterias que crecen a temperaturas inferiores a los 15 ° C (59 ° F) son psicrófilos. La capacidad de las bacterias para crecer a bajas temperaturas no es inesperada, ya que la temperatura subsuperficial promedio del suelo en la zona templada es de aproximadamente 12 ° C (54 ° F) y el 90 por ciento de los océanos mide 5 ° C (41 ° F) o más frío. Los psicrófilos obligados, que han sido aislados de las aguas y sedimentos del océano Ártico y Antártico, tienen temperaturas óptimas de crecimiento de aproximadamente 10 ° C (50 ° F) y no sobreviven si se exponen a 20 ° C (68 ° F). La mayoría de las bacterias psicrófilas pertenecen a los géneros gramnegativos. Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, y Alcaligenes. Las bacterias mesófilas son aquellas en las que se produce un crecimiento óptimo entre 20 y 45 ° C (68 y 113 ° F), aunque por lo general pueden sobrevivir y crecer a temperaturas entre 10 y 50 ° C (50 y 122 ° F). Los patógenos animales son mesófilos.

Los procariotas termófilos pueden crecer a temperaturas superiores a 60 ° C (140 ° F). Estas temperaturas se encuentran en pilas de compost en descomposición, fuentes termales y respiraderos geotérmicos oceánicos. En el escurrimiento de una fuente termal, los termófilos como la bacteria Thermus aquaticus (temperatura óptima para el crecimiento, 70 ° C [158 ° F] temperatura máxima, 79 ° C [174 ° F]) se encuentran cerca de la fuente donde la temperatura ha bajado a aproximadamente 70 ° C. Esteras gruesas de la cianobacteria Synechococcus y la bacteria deslizante fototrófica Cloroflexo se desarrollan en porciones algo más frías de la escorrentía. El arqueón Sulfolobus acidocaldarius tiene una alta tolerancia a las condiciones ácidas, lo que permite el crecimiento en un rango de pH de aproximadamente 1.0 a 6.0 y una temperatura óptima de 80 ° C (176 ° F). Numerosas bacterias y arqueas están adaptadas al rango de temperatura de 50 a 70 ° C (122 a 158 ° F), incluidos algunos miembros del género Bacilo, Thermoactinomyces, Metanobacterias, Metilococo, y Sulpholobus. Lo más sorprendente fue el descubrimiento a mediados de la década de 1980 de bacterias y arqueas en respiraderos hidrotermales extremadamente calientes y ricos en nutrientes en el fondo marino profundo. Las arqueas del género Pyrodictium prosperan en el rango de temperatura de 80 a 110 ° C (176 a 230 ° F), temperaturas en las que el agua permanece líquida solo debido a las presiones extremadamente altas.

La mayoría de las bacterias crecen en el rango de valores de pH neutros (entre 5 y 8), aunque algunas especies se han adaptado a la vida en extremos más ácidos o alcalinos. Un ejemplo de bacteria acidófila es A. ferrooxidans. Cuando las vetas de carbón se exponen al aire a través de las operaciones mineras, los depósitos de sulfuro ferroso pirítico son atacados por A. ferrooxidans para generar ácido sulfúrico, que reduce el pH a 2,0 o incluso a 0,7. Sin embargo, la tolerancia ácida de A. ferrooxidans se aplica solo al ácido sulfúrico, ya que estas bacterias mueren cuando se exponen a concentraciones equivalentes de otros ácidos como el ácido clorhídrico. Muchas bacterias no pueden tolerar ambientes ácidos, especialmente en condiciones anaeróbicas y, como resultado, los polímeros vegetales se degradan lentamente en pantanos ácidos (pH entre 3,7 y 5,5), bosques de pinos y lagos. A diferencia de las bacterias acidófilas, las bacterias alcalófilas pueden crecer en concentraciones alcalinas de hasta pH 10 a 11. Se han aislado alcaófilos de los suelos, y la mayoría son especies del género grampositivo. Bacilo.


8.2: Requerimientos de oxígeno para el crecimiento microbiano - Biología

Un organismo aeróbico o aerobio es un organismo que puede sobrevivir y crecer en un ambiente oxigenado. Existen varias variedades de aerobios. Los aerobios obligados requieren oxígeno para la respiración celular aeróbica. En un proceso conocido como respiración celular, estos organismos utilizan oxígeno para oxidar sustratos (por ejemplo, azúcares y grasas) con el fin de obtener energía. Los anaerobios facultativos pueden usar oxígeno, pero también tienen métodos anaeróbicos (es decir, que no requieren oxígeno) de producción de energía. Los microaerófilos son organismos que pueden utilizar oxígeno, pero solo en concentraciones bajas. Los organismos aerotolerantes pueden sobrevivir en presencia de oxígeno, pero son anaeróbicos porque no lo utilizan como aceptor terminal de electrones.

Identidad de bacterias aeróbicas y anaeróbicas: Las bacterias aeróbicamente diferentes se comportan de manera diferente cuando se cultivan en cultivo líquido: 1) Las bacterias aeróbicas obligadas se acumulan en la parte superior del tubo de ensayo para absorber la máxima cantidad de oxígeno. 2) Las bacterias anaeróbicas obligadas se acumulan en la parte inferior para evitar el oxígeno. 3) Las bacterias facultativas se acumulan principalmente en la parte superior, ya que la respiración aeróbica es ventajosa (es decir, energéticamente favorable) pero como la falta de oxígeno no las daña, se pueden encontrar a lo largo del tubo de ensayo. 4) Los microaerófilos se acumulan en la parte superior del tubo de ensayo, pero no en la parte superior. Requieren oxígeno, pero a menor concentración. 5) Las bacterias aerotolerantes no se ven afectadas en absoluto por el oxígeno y se distribuyen uniformemente a lo largo del tubo de ensayo.

Un organismo anaeróbico o anaerobio es cualquier organismo que no requiera oxígeno para crecer. Posiblemente podría reaccionar negativamente e incluso morir si hay oxígeno presente. A efectos prácticos, hay tres categorías: anaerobios obligados, que no pueden utilizar el oxígeno para crecer e incluso se ven perjudicados por él. Organismos aerotolerantes, que no pueden usar oxígeno para crecer, pero toleran su presencia. Y finalmente, anaerobios facultativos, que pueden crecer sin oxígeno pero pueden utilizar oxígeno si está presente.

Dado que el cultivo microbiano normal se produce en el aire atmosférico, que es un entorno aeróbico, el cultivo de anaerobios plantea un problema. Por lo tanto, los microbiólogos emplean una serie de técnicas cuando cultivan organismos anaeróbicos, por ejemplo, manipulando las bacterias en una caja de guantes llena de nitrógeno o el uso de otros recipientes especialmente sellados.

Guantera: Guantera Terra Universal 100

El sistema GasPak es un recipiente aislado que logra un ambiente anaeróbico mediante la reacción del agua con tabletas de borohidruro de sodio y bicarbonato de sodio para producir gas hidrógeno y dióxido de carbono. El hidrógeno luego reacciona con el oxígeno gaseoso en un catalizador de paladio para producir más agua, eliminando así el oxígeno gaseoso.


Resumen

Varios estudios indican que los aerobios pueden sobrevivir en presencia de oxígeno solo en virtud de un elaborado sistema de defensas. Sin estas defensas, los sistemas enzimáticos clave de los organismos no funcionan y los organismos mueren.
Los anaerobios obligados, que viven solo en ausencia de oxígeno, no poseen las defensas que hacen posible la vida aeróbica y, por lo tanto, no pueden sobrevivir en el aire.

La tolerancia al oxígeno está relacionada con la capacidad de la bacteria para desintoxicar el superóxido y el peróxido de hidrógeno, producidos como subproducto de la respiración aeróbica.

La asimilación de glucosa en condiciones aeróbicas da como resultado la generación terminal de superóxido de radicales libres (O2 -). El superóxido es reducido por la enzima. superóxido dismutasa al oxígeno gaseoso y al peróxido de hidrógeno (H2O2). Posteriormente, el peróxido de hidrógeno tóxico generado en esta reacción es convertido en agua y oxígeno por la enzima catalasa, que se encuentra en bacterias aerobias y facultativas, o por diversas peroxidasas que se encuentran en varios anaerobios aerotolerantes.

Los aerobios obligados y la mayoría de los anaerobios facultativos tienen superóxido dismutasa y catalasa. Algunos anaerobios facultativos y aerotolerantes tienen superóxido dismutasa pero carecen de catalasa. La mayoría de los anaerobios obligados carecen de ambas enzimas.


Ver el vídeo: Presentación power point de clasificación bacterias, desarrollo, supervivencia y muerte microbiana (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Kanelingres

    m ... yes dirt, violence, cruelty.

  2. Seamus

    voy a ver que es y que comen con el

  3. Tygotaur

    En cambio, los críticos recomiendan la solución al problema.



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