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Elementos necesarios para la diversidad bacteriana

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Elementos necesarios para la diversidad bacteriana

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1.- El agua
Las bacterias necesitan grandes cantidades de agua, la mayoría son considerados organismos acuáticos, pues requieren cierto grado de humedad para crecer.
2.- El CO2
Este compuesto es requerido por todo tipo de bacterias, las autotrofas lo requieren como fuente de carbono y lo reducen usando como fuente energía.
3.-Fósforo
Suele requerirse en forma de fosfatos, sean orgánicas o inorgánicas. El fósforo se una principalmente para la síntesis de los ácidos nucleicos y fosfolípidos, pero aparece también en coenzimas y proteínas.
4.- Sales minerales
- Potasio
Activación de enzimas
-Magnesio
Estabiliza ribosomas, membranas y ácidos nucleicos
-Calcio
Cofactor de ciertas enzimas.

https://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/11nutrientes.htm

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Las biosíntesis de nuevos componentes celulares son procesos que requieren energía procedente del medio ambiente. En el capítulo anterior vimos los principales modos de captación y obtención de energía existentes en las bacterias.

Es importante tener claro desde el principio una serie de conceptos y nomenclaturas relacionados con los principales tipos de nutrición bacteriana. Puesto que, como acabamos de ver, la nutrición presenta un aspecto de aprovisionamiento de energía y otro de suministro de materiales para la síntesis celular, podemos hablar de dos "clasificaciones" de tipos de nutrición:

Sean autotrofas o heterotrofas, todas las bacterias necesitan captar una serie de elementos químicos, que se pueden clasificar (según las cantidades en que son requeridos) como

1)Desde el punto de vista de los fines de aprovisionamiento de energía, las bacterias se pueden dividir en:

En la naturaleza, estos elementos se encuentran combinados, formando parte de sustancias orgánicas o inorgánicas. Algunos de los nutrientes serán incorporados para construir macromoléculas y estructuras celulares; otros solo sirven para la producción de energía, y no se incorporan directamente como material celular; finalmente, otros pueden ejercer ambos papeles.

Aunque dentro del mundo de los procariotas se encuentre tanta variedad de nutriciones, las bacterias que pueden nutrirse solamente de sustancias inorgánicas sencillas (HComo paradigma de esto citaremos los microorganismos ₂O, CO quimioautotrofos (o quimiolitoautotrofos): obtienen su energía de la oxidación de sustancias inorgánicas sencillas, el carbono procede del CO ₂, y el resto de elementos a partir de sales inorgánicas, por lo que pueden vivir en soluciones de sales minerales en ausencia de luz. ₂, N ₂, NO ₃⁻⁻, NH ₃, SO ₄⁼, fosfatos, etc.) son minoría, pero sus procesos metabólicos son muy interesantes. De hecho, existen tipos metabólicos que sólo han evolucionado en procariotas .

Las bacterias necesitan grandes cantidades de agua. De hecho, salvo excepciones, se pueden considerar como organismos acuáticos. Requieren cierto grado de humedad para crecer. Desde el punto de vista de sus posibles papeles, el agua es:

Las fuentes de agua pueden ser:

Ahora bien, no toda el agua de un ambiente está disponible para la bacteria:

a W= P S/P W

donde P S es la presión parcial de vapor de agua en la solución problema y P W es la presión parcial de vapor del agua destilada.

El anhidrido carbónico es requerido por todo tipo de bacterias:

COG' ₂ + 4H ₂ --> CH ₀<0) ₄ + 2H ₂ O ( D

El origen del CO ₂ puede ser:

Normalmente, las bacterias crecen a la concentración de CO ₂ atmosférico (0.03%), pero algunas bacterias ( Neisseria, Brucella), cuando se aislan por primera vez, requieren atmósferas enriquecidas, con 5-10% de CO ₂. Ello parece deberse a que poseen alguna enzima con baja afinidad hacia el carbónico; sin embargo, tras varios subcultivos, suelen adaptarse a crecer a tensiones normales.

Suele requerirse en forma de fosfatos, sea orgánicos o inorgánicos. Las bacterias que pueden usar los fosfatos orgánicos (merced a la posesión de fosfatasas) no dependen absolutamente de ellos, ya que pueden recurrir igualmente a los fosfatos inorgánicos. Los fosfatos orgánicos son hidrolizados por fosfatasas extracelulares o (en las Gram-negativas) periplásmicas (p.ej., la fosfatasa alcalina).

Aparte de estos iones que se requieren en cantidades relativamente grandes, las bacterias necesitan minúsculas cantidades de otros elementos ( oligoelementos ), a los que también se denomina como micronutrientes o elementos traza :

El fósforo se usa principalmente para la síntesis de los ácidos nucleicos y los fosfolípidos, pero aparece también en coenzimas y en proteínas.

Se trata de elementos que pueden ser cubiertos de modo muy distinto, dependiendo del tipo de bacteria que consideremos. Concretamente, los elementos N y S (que requieren todos los seres vivos) pueden ser captados por las bacterias de modos muy distintos, dependiendo de sus capacidades biosintéticas.

¿En qué formas químicas entran N y S a las bacterias?

Tanto el N como el S se encuentran en la célula en estado reducido:

Muchas de las bacterias que pueden usar amonio como única fuente de nitrógeno también pueden usar nitratos.

Los electrones para la reducción llegan al complejo por medio de una ferredoxina o una flavodixina (FeS proteínas no hémicas), que los transfiere al componente II, que queda reducido. El componente II reducido se une a dos moléculas de ATP, y cambia su conformación, lo que le permite unirse al componente I. Entonces se produce la transferencia de electrones desde el componente II al componente I, con hidrólisis de ATP, lo que a su vez provoca la separación del componente II respecto del I. Una vez reducido el componente I (la molibdoferroproteína), éste transfiere los electrones (y los protones) al N ₂, hasta convertirlo en dos moléculas de amoniaco. (El centro activo es FeMoCo). El amoniaco entra entonces en las rutas biosintéticas para convertirlo en N orgánico, incorporable a las macromoléculas.

La atmósfera contiene enormes cantidades de nitrógeno no combinado (libre) en estado gaseoso: el nitrógeno molecular o dinitrógeno (N ₂), que procede de microorganismos desnitrificantes(véase el capítulo 10). Sin embargo, esta gran reserva sólo puede servir de fuente de nitrógeno a ciertos procariotas, las llamadas bacterias fijadoras de nitrógeno o diazotrofos . Esta notable capacidad bioquímica no ha evolucionado en eucariotas. (Lo más a que ha llegado la evolución es a seleccionar ciertos tipos de asociaciones simbióticas entre procariotas diazotrofos y ciertos eucariotas, como p. ej., la simbiosis entre raíces de leguminosas y bacterias del grupo de Rhizobium).

Dos cosas llaman la atención de la reacción de la nitrogenasa:

La fijación del N ₂ es un proceso de reducción que convierte el nitrógeno molecular en amoniaco, según la siguiente ecuación:

Un aspecto muy importante del complejo nitrogenasa es su extrema sensibilidad al oxígeno , de modo que queda rápida e irreversiblemente inactivado por este gas. Ahora bien, esto no significa que la capacidad de diazotrofía esté relegada a bacterias anaerobias, ya que, como veremos en la sección de taxonomía, la evolución ha "inventado" distintas estrategias para proteger a la nitrogenasa en fijadores aerobios:

Debido a lo "caro" que resulta fijar nitrógeno, no es extraño comprobar que este proceso esté regulado de forma muy estricta ante la presencia en el medio de fuentes combinadas de nitrógeno (nitratos, amonio, aminoácidos):

La nitrogenasa es una enzima relativamente "inespecífica", ya que puede reducir otras pequeñas moléculas provistas de triples enlaces, como cianuros (N º C-) y acetileno (HC º CH). La reducción de acetileno a etileno sirve de base al método más usual de medir la actividad nitrogenasa, el llamado ensayo de reducción del acetileno , que se registra mediante aparatos de cromatografía gaseosa.

Los factores de crecimiento son moléculas orgánicas específicas que, en muy pequeña cantidad, algunas bacterias necesitan para crecer. Salvo excepciones no tienen función plástica (no son sillares de macromoléculas) ni sirven como fuente de energía. Suelen ser coenzimas o sus precursores, vitaminas, que determinadas bacterias no pueden fabricar por sí mismas, al carecer de parte o toda una ruta biosintética.

(NOTA: esta parte del tema es para que te sirva de cara a las prácticas de la asignatura, que es el sitio ideal para aprender sobre los medios de cultivo, su fundamento y sus variedades).

Con ellos se logra un tipo de medio rico nutricionalmente, aunque indefinido químicamente. Si lo que pretendemos simplemente es obtener un buen crecimiento bacteriano, este tipo de medios es ideal, ya que su confección es fácil y rápida (basta pesar una cierta cantidad del extracto desecado, suministrado por casas comerciales, disolverlo en agua y esterilizar en autoclave, antes de inocular e incubar la bacteria con la que queramos trabajar). Estos medios contienen fuentes variadas de C y N orgánicos, sales minerales y micronutrientes. Sin embargo, con ellos no podemos tener un control nutricional preciso, ya que desconocemos la composición química y proporción exacta de los distintos nutrientes.

En los primeros tiempos de la Bacteriología sólo se conocía como sustancia gelificante incorporable a los medios la gelatina . Sin embargo, presenta muchos inconvenientes, ya que funde a 25 o C (por encima de esta temperatura el medio se licúa), y además, muchas bacterias presentan gelatinasas que hidrolizan la gelatina.

Este medio es selectivo contra muchas bacterias Gram-positivas debido al violeta cristal, y también contraselecciona muchas Gram-negativas debido a las sales biliares (que son agentes tensioactivos que desorganizan muchas membranas externas). En cambio, las Enterobacterias están evolutivamente adaptadas a soportar sales biliares en su hábitat natural (el intestino de vertebrados superiores), y pueden crecer en este medio.

En su faceta de medio diferencial, el agar MacConkey permite visualizar dos tipos de Enterobacterias según que puedan o no fermentar la lactosa, con producción de ácidos. Las bacterias fermentadoras de lactosa (Lac⁺), excretan al medio gran cantidad de ácidos orgánicos, lo que provoca que sus colonias, y sus alrededores aparezcan de color rojo intenso, debido al viraje del rojo neutro; además, se forma un halo turbio a cierta distancia de estas colonias, fenómeno ocasionado por la precipitación de las sales biliares inducida por la acidez. En cambio, las bacterias Lac⁻, al no poder usar la lactosa, recurren como fuente de C a las peptonas, a las que desaminan: incorporan el esqueleto carbonado, excretando iones NH ₄⁺, que alcalinizan el medio de cultivo, lo cual se traduce en que el indicador rojo neutro vira a amarillo.

NOTAS

.- Quizá llame la atención del lector no ver citado aquí el Na. De hecho, el Na no es un requerimiento universal en las bacterias; sólo lo necesitan ciertos procariotas marinos, de lagunas saladas, cianobacterias y anoxifotobacterias.

Partes de esta web:

El gelificante más usado es el El agar presenta la gran ventaja de que una vez gelificado, no funde hasta cerca de los 100 agar-agar , extraído de algas rojas (p. ej. oC, lo que permite su uso para la inmensa mayoría de bacterias, que son mesófilas. Un comportamiento notable del agar es que una vez fundido (a 100ºC), no gelifica (solidifica) hasta los 45ºC. En este margen de temperatura hasta el límite de solidificación de 45ºC se dice que el agar está en sobrefusión. Gelidium), del cual existen versiones más o menos purificadas (las más puras están más enriquecidas en el polisacárido agarosa; son las que se emplean para los medios definidos, con objeto de evitar la introducción de sustancias "contaminantes" inadvertidas que falseen las interpretaciones sobre el comportamiento nutricional de la bacteria).

Finalmente, introduciremos otra serie de conceptos relativos a medios de cultivo, que al igual que los anteriores, serán tratados con la suficiente amplitud en las sesiones de clases prácticas:

Ejemplos:

2) Medios sintéticos o definidos : se obtienen disolviendo en agua destilada cantidades concretas de distintas sustancias químicas puras, orgánicas y/o inorgánicas. La composición concreta de un medio sintético dependerá de la bacteria que queramos cultivar: lógicamente, un medio definido para una bacteria con grandes capacidades biosintéticas será más sencillo que el medio definido de otra bacteria con menores posibilidades biosintéticas. En la tabla siguiente se dan las composiciones de sendos medios sintéticos para dos bacterias diferentes.

___________________________________________________________________________

Medio sintético para Escherichia coli Medio sintético para Leuconostoc mesenteroides

K ₂HPO ₄7.0 gK ₂HPO ₄ 0.6 g

KH ₂PO ₄2.0 gKH ₂PO ₄ 0.6 g

(NH ₄) ₂SO ₄1.0 gNH ₄ Cl3.0 g

MgSO ₄0.1 gMgSO ₄ 0.1 g

CaCl ₂ 0.02 gGlucosa25g

Glucosa10gacetato sódico20g

microelementos:

(Fe, Co, Mn, Zn, Cu, Ni, Mo) 2-10 m g cada uno

agua destilada1000 mlaminoácidos (los 20)100-200 m g cada uno

purinas (adenina, guanina)10 mg cada una

pirimidinas (uracilo, xantina), 10 mg cada una

vitaminas: biotina, fólico, nicotínico, piridoxal, piridoxamina, piridoxina, riboflavina, tiamina, pantoténico, PABA)......0.01-1 mg cada una

elementos traza2-10 m g cada uno

agua destilada1000 ml

___________________________________________________________________________

Como se puede deducir de la tabla anterior, Escherichia coli posee muchísimas capacidades biosintéticas, ya que puede crecer en un medio confeccionado exclusivamente a base de glucosa y sales minerales. (Aún más impresionantes son las bacterias autotrofas, que ni siquiera requieren fuente orgánica de carbono, y se "apañan" con medios a base de sales solamente).

En cambio, Leuconostoc, a más de fuente orgánica de C y sales similares a las necesitadas por E. coli, precisa una enorme diversidad de sustancias adicionales, incluyendo todos los aminoácidos proteinogenéticos, las bases nitrogenadas y un buen muestrario de vitaminas.

En tercer lugar, podemos fabricar un tipo de medio "mezcla" de los anteriores, denominado 3) medio semisintético : llevan algunas sustancias químicas cuya naturaleza y cantidad conocemos, junto con sustancias de naturaleza y composición indefinidas.

Cualquiera que sea el tipo de medio, de los tres que acabamos de citar, podemos elaborar dos tipos de "versiones", según su estado aparente:

El conocimiento de la nutrición microbiana permite el cultivo de los microorganismos en el laboratorio. Como acabamos de ver, en general, todos los microorganismos tienen parecidos requerimientos de macro- y micronutrientes, aunque ha quedado claro que la forma en que cada nutriente es captado puede variar mucho entre unas bacterias y otras, así como la cantidad relativa de cada nutriente. Los microbiólogos, en su trabajo cotidiano, están acostumbrados a manejar multitud de "recetas" o fórmulas correspondientes a muchos tipos de medios de cultivo.

Un medio de cultivo es una solución acuosa (bien como tal, o bien incorporada a un coloide en estado de gel) en la que están presentes todas las sustancias necesarias para el crecimiento de un(os) determinado(s) microorganismo(s). Los medios de cultivo se pueden clasificar, en primera instancia, en tres grandes tipos:

1) Medios complejos o indefinidos : su composición química exacta se desconoce, ya que son el producto de realizar infusiones y extractos de materiales naturales complejos:

Ejemplos:

Ejemplos: las bacterias del género Brucella requieren como factores de crecimiento en sus medios de cultivo la biotina, niacina, tiamina y ácido pantoténico. Haemophilus necesita suplementos de grupos hemo y piridín-nucleótidos.

En la siguiente tabla se muestran algunas de las vitaminas y cofactores requeridos por algunas bacterias:

N18 (ADP + P ₂ + 8H i) ⁺ + 8e + 18 ATP ---------> 2NH ₃ + H ₂ +

Las sales minerales son la fuente de aniones (p. ej. el Cl⁻) y de cationes para la célula. Los siguientes cationes, concretamente, se necesitan en cantidades relativamente grandes: K⁺, Mg⁺⁺, Ca⁺⁺, Fe⁺⁺.

Además, algunas arqueas no sólo usan CO ₂ como aceptor de electrones para obtener energía, sino que, además lo usan como fuente de carbono celular (arqueas metanogénicas autotrofas).

¿Cómo medir el potencial de agua de un medio líquido determinado? Se mide la humedad relativa del aire que hay encima del medio (en frascos), y este valor se refiere al valor de 100, que es la humedad del aire encima del agua destilada. O sea, la a W = humedad relativa/100).

Las bacterias tienen valores de a W normalmente entre 0.90 y 0.99.

Lo habitual, sin embargo, es que muchas bacterias recurran, siempre que puedan, a tomar del medio ciertos compuestos más complejos, ya que carecen de ciertas rutas biosintéticas.

Podemos clasificar los nutrientes en las siguientes categorías:

El mundo bacteriano, como conjunto, exhibe una gigantesca versatilidad metabólica de uso de nutrientes: desde autotrofos que obtienen su carbono por reducción del CO ₂ y los demás elementos a partir de fuentes igualmente inorgánicas, hasta heterotrofos capaces de usar amplia gama de fuentes orgánicas de carbono.

A su vez, dentro de los heterotrofos, podemos encontrar muchos y variados tipos de nutrición, desde bacterias metilotrofas que sólo usan metano o metanol como fuente de carbono y energía, hasta los muy versátiles Pseudomonas, que pueden recurrir a degradar más de 100 tipos de fuentes de C (incluyendo entre ellas sustancias tan "exóticas" como hidrocarburos alifáticos y cíclicos). De cualquier modo, entre los heterotrofos, una de las fuentes más típicas de carbono consiste en glucosa.

En los heterotrofos-organotrofos, los sustratos carbonados (con un nivel de oxidación no muy distinto del material celular -CH ₂ O-) entran simultáneamente a:

a) : son aquellas que sólo requieren sustancias inorgánicas sencillas (SH litotrofas ₂ S ⁰, NH ₃, NO ₂⁻, Fe, etc.).

b) organotrofas : requieren compuestos orgánicos (hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes...).

2)Desde el punto de vista biosintético (o sea, para sus necesidades plásticas o de crecimiento), las bacterias se pueden dividir en:

a) : crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgánicas sencillas. Ahora bien, habitualmente el concepto de autotrofía se limita a la capacidad de utilizar una fuente inorgánica de carbono, a saber, el CO autotrofas ₂.

b) heterotrofas : su fuente de carbono es orgánica (si bien otros elementos distintos del C pueden ser captados en forma inorgánica).

Otros conceptos:

ÍNDICE:

1 CONCEPTOS BASICOS

2 CLASES DE NUTRIENTES

2.1.1EL AGUA

2.1.2EL CO₂

2.1.3FÓSFORO

2.1.4SALES MINERALES

2.3.1FIJACIÓN DE NITRÓGENO

3 MEDIOS DE CULTIVO

La nutrición es el proceso por el que los seres vivos toman del medio donde habitan las sustancias químicas que necesitan para crecer. Dichas sustancias se denominan nutrientes , y se requieren para dos objetivos:

autotrofas estrictas son aquellas bacterias incapaces de crecer usando materia orgánica como fuente de carbono.

Mixotrofas son aquellas bacterias con metabolismo energético litotrofo (obtienen energía de compuestos inorgánicos), pero requieren sustancias orgánicas como nutrientes para su metabolismo biosintético.

macronutrientes (C, H, O, N, P, S, K, Mg), y

micronutrientes o elementos traza (Co, Cu, Zn, Mo...)( )

Bacterias de hábitats oligotróficos (como Caulobacter, Spirillum) tienen a W cercanos a 1.

Bacterias como Escherichia y Streptococcus, que viven en sangre y fluidos corporales, tienen a W de alrededor de 0.995.

Bacterias marinas como ciertos Vibrio y Pseudomonas encuentran valores de 0.980.

En el extremo de resistencia encontramos ciertas bacterias xerófilas , capaces de vivir a a W muy bajos (en torno a 0.75). Muchas de estas bacterias viven de hecho en medios acuosos, pero donde gran parte del agua no está disponible por las razones arriba citadas:

El ión potasio (K⁺):

El ión magnesio (Mg⁺⁺):

El ión calcio (Ca⁺⁺):

El hierro (principalmente como ión ferroso, Fe⁺⁺) suele estar acomplejado en la naturaleza, formando sales insolubles. Las bacterias disponen de una serie de moléculas, denominadas sideróforos, capaces de captar ese hierro (p.ej., hidroxamatos y enterobactina). El hierro

El manganeso (Mn⁺⁺) es un cofactor de ciertas enzimas, y a veces puede sustituir al Mg⁺⁺.

El cobalto (Co⁺⁺) se requiere casi exclusivamente para la vitamina B ₁₂ (de hecho, si suministramos esta vitamina al medio, la bacteria se vuelve independiente del Co⁺⁺ libre).

Mecanismo de la nitrogenasa

Obsérvese que la reacción requiere un gran aporte de energía en forma de al menos 18 ATP (en ocasiones puede llegar a 24 ATP). Ello se debe a que el dinitrógeno (N º N) es una molécula extremadamente inerte (su energía de disociación es de 940 kJ), y su reducción precisa una gran energía de activación para transferirle 6 electrones.

Parte de la actividad nitrogenasa (así como ATP y electrones) "se pierden" en reducir dos iones H⁺ hasta H ₂. Se desconoce la razón de este "despilfarro", pero se sabe que es un efecto intrínseco de este complejo enzimático.

Factor o vitamina

funciones principales

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Las biosíntesis de nuevos componentes celulares son procesos que requieren energía procedente del medio ambiente. En el capítulo anterior vimos los principales modos de captación y obtención de energía existentes en las bacterias. Es importante tener claro desde el principio una serie de conceptos y nomenclaturas relacionados con los principales tipos de nutrición bacteriana.

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¿Qué condiciones promueven la multiplicación bacteriana?

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¿Qué condiciones promueven la multiplicación bacteriana?

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Estas condiciones pueden darse cuando se realiza una inadecuada manipulación de los alimentos.
-Exponer el alimento al medio ambiente donde se infecta
-Dejarlo mucho tiempo sin condiciones de conservación
-Romper la cadena de frio

(Manipulador de alimentos, 2022)

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-Abundancia de nutrientes
-Humesas de la que extraer el agua que necesitan
-PH adecuado para favorecer su proceso de adquisición de nutrientes a través de la membrana bacteriana
-Temperatura adecuada
-Tiempo de exposición y proliferación

(Manipulador de alimentos, 2022)

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Manipulador de Alimentos. (2022, 6 enero). ¿A qué temperatura se multiplican las bacterias más rápidamente? Carnet de Manipulador de Alimentos. https://manipulador-de-alimentos.com/a-que-temperatura-se-multiplican-las-bacterias-mas-rapidamente/