unidad iii: taxonomÍa y crecimiento...

UNIDAD III: TAXONOMÍA Y

CRECIMIENTO BACTERIANO

UNIDAD III: Taxonomía microbiana convencional y

molecular. Crecimiento bacteriano. Determinación de

abundancia y biomasa microbiana. Curva de

crecimiento. Productos microbiológicos de carácter

industrial.

• Concepto de especie y cepa.

• Nomenclatura binomial. Ej. Bacillus

acidocaldarius

TAXONOMÍA: ciencia de la clasificación

Taxonomía

Convencional Molecular

Taxonomía bacteriana convencional

a) Características morfológicas

a) Características morfológicas

Taxonomía bacteriana convencional

b) Tipos de metabolismo

c) Características bioquímicas

d) Condiciones ambientales

e) Sensibilidad a los antibióticos

f) Patogeneidad

g) Relaciones simbióticas

h) Características inmunológicas

i) Hábitat de origen

Taxonomía bacteriana convencional

Taxonomía bacteriana convencional

Manual Bergeys: Claves dicotómicas

Taxonomía molecular

a) Composición de bases del ADN: proporción GC

b) Secuenciación de nucleótidos

c) Hibridación de ADN

Composición de bases del ADN: proporción GC

Márgenes de la composición GC de varios organismos

Secuenciación de nucleótidos

PCR

GCAGCTACCATGACAGTCGAGCGGAGACCGGAGCTTGCTCCTGAATTCAACGGC

GGACGGGTGAGTAATGCCTAGGAATCAGCCTGGTAGTGGGGGACAACGTTTCGA

AAGGAACGCTAATACCGCATACGTCCTACGGGAGAAAGCAGGGGACCTTCGGGC

CTTGCGCTATCAGATGAGCCTAGGTCGGATTAGCTAGTTGGTGAGGTAATGGCTC

ACCAAGGCGACGATCCGTAACTGGTCTGAGAGGATGATCAGTCACACTGGAACT

GAGACACGGTCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAATATTGGACAATGG

GCGAAAGCCTGATCCAGCCATGCCGCGTGTGTGAAGAAGGTCTTCGGATTGTAA

AGCACTTTAAGTTGGGAGGAAGGGTAGTAACTTAATACGTTGCTGTTTTGACGTTA

CCGACAGAATAAGCACCGGCTAACTCTGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACAAAGG

GTGCAAGCGTTAATCGGAATTACTGGGCGTAAAGCGCGCGTAGGTGGTTTGTTAA

GTTGGATGTGAAATCCCCGGGCTCAACCTGGGAACTGCTTTCAAAACTGACGAG

CTAGAGTATGGTAGAGGGTGGTGGAATTTCCTGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAT

ATAGGAAGGAACACCAGTGGCGAAGGCGACCACCTGGACTGATACTGACACTGA

GGTGCGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACGCCGT

AAACGATGTCAACTAGCCGTTGGGAGCCTTGAGCTCTTAGTGGCGCAGCTAACG

CATTAAGTTGACCGCCTGGGGAGTACGGCCGCAAGGTTAAAACTCAAATGAATTG

ACGGGGGCCCGCACAAGCGGTGGAGCATGTGGTTTAATTCGAAGCAACGCGAA

GAACCTTACCAGGCCTTGACATCCAATGAACTTTCCAGAGATGGATTGGTGCCTT

CGGGAACATTGACACAGGTGCTGCATGGCTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATG

TTGGGTTAAGTCCCGTAACGAGCGCAACCCTTGTCCTTAGTTACCAGCACGTAAT

GGTGGGCACTCTAAGGAGACTGCCGGTGACAAACCGGAGGAAGGTGGGGATGA

CGTCAAGTCATCATGGCCCTTACGGCCTGGGCTACACACGTGCTACAATGGTCG

GTACAAAGGGTTGCCAAGCCGCGAGGTGGAGCTAATCCCACAATACCGATCGTA

GTCCGGATCGCAGTCTGCAACTCGACTGCGTGAAGTCGGAATCGCTAGTAATCG

CGAATCAGAATGTCGCGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTTTACACACCGCCCGTC

ACACCATGGGAGTGGGTTGCACCAGAAGTAGCTTAGTGCAACTCTCCGGAGGAC

TGGTTACTC

Secuenciación de nucleótidos

Secuencia del gen 16S ARNr

Hibridación de ADN

Organismos a comparar

Organismo 1 Organismo 2 Organismo 3 Organismo 4

Preparación del ADN

Cortar y marcar radiactivamente

ADN cortado ADN cortado ADN cortado Cortar y marcar

Desnaturalización por calor

Hibridación del ADN Experimento de

hibridación Mezclar ADN de dos organismos y añadir un exceso de ADN no marcado:

ADN hibridado

ADN hibridado

ADN hibridado

ADN hibridado

ADN no hibridado

ADN no hibridado

ADN no hibridado

Porcentaje de hibridación

Resultados e interpretación:

ADN control (misma cepa)

1 y 2 son de la misma especie

1 y 3 son del mismo género

1 y son de distintos géneros

CRECIMIENTO BACTERIANO

Crecimiento de poblaciones

Crecimiento: aumento en el número de células

Crecimiento exponencial Progresión geométrica del número 2

Nú

mer

o d

e cé

lula

s (e

scal

a ar

itm

étic

a)

Nú

mer

o d

e cé

lula

s (e

scal

a lo

garí

tmic

a)

Tiempo (horas)

Tiempo Número de células Tiempo Número de células

N = N0 2n

Log N = log N0 + n log 2

n = log N – log N0

log 2

g = t / n

Cálculos de tiempos de generación

N = número final de células

N0 =número inicial de células

n = número de generaciones

g = tiempo de generación

t = horas o minutos de crecimiento exponencial

Ejemplo:

n= log 1x108 – log 5x107

log2

n=1

Tiempo

Loga

ritm

o d

el n

úm

ero

d

e cé

lula

s

Latencia Exponencial Estacionaria Muerte

Curvas de crecimiento

Fase exponencial

Obtención de gran cantidad de células

Obtención de metabolitos primarios microbianos: moléculas de bajo

peso molecular que tiene lugar durante las fases de crecimiento

exponencial y que contribuyen a la producción de biomasa o energía por

las células.

Ejemplos de productos de interés industrial:

Fertilizantes biológicos

Alcoholes

Aminoácidos

Ácidos orgánicos

Vitaminas

Obtención de metabolitos secundarios microbianos: compuestos

orgánicos sintetizados por el organismo que no tienen un rol directo en el

crecimiento o reproducción del mismo. La ausencia de un metabolito

secundario no le impide la supervivencia.

Fase estacionaria

Ejemplos de productos de interés industrial:

Antibióticos

Toxinas

Tiempo

Loga

ritm

o d

el

nú

mer

o d

e cé

lula

s

Tiempo Lo

gari

tmo

del

n

úm

ero

de

célu

las

Tiempo

Loga

ritm

o d

el

nú

mer

o d

e cé

lula

s

Bacteriostático Bactericida Bacteriolítico

Contaje de células viables

Contaje de células totales

Fase de muerte

Productos microbiológicos de carácter industrial

Producto Microorganismo productor

Antibióticos

Penicilina

Tetraciclina

Penicillium chrysogenum

Streptomyces griseus

Bebidas alcohólicas

Vinos

Cervezas

Saccharomyces ellipsoideus

S. cerevisiae y S. caribergensis

Enzimas

Amilasa bacteriana

Pectinasas

Bacillus subtilis

Aspergillus wentii, A aureus

Ácidos orgánicos

Ácido láctico

Ácido acético (vinagre)

Lactobacillus delbruckii

Gluconobacter suboxidans

Bioinsecticida

Proteína paraesporal

Bacillus thuriginensis

Fertilizantes biológicos

Bradyrhizobium japonicum

Azospirillum spp

Cultivos continuos

Quimiostato

Cultivos continuos

Turbidostato

Efectos ambientales sobre el

crecimiento microbiano

Temperatura

pH

Disponibilidad de agua

Oxígeno

Óptimo

Máximo

Mínimo

Las reacciones enzimáticas

tienen lugar a velocidades

en constante aumento

Las reacciones

enzimáticas tienen lugar

a la máxima velocidad

posible

Desnaturalización

proteica; colapso de la

membrana citoplasmática,

lisis térmica

La membrana se gelifica; el

transporte a través de ella es

tan lento que no hay

crecimiento

Tasa d

e c

recim

ien

to

Temperatura

Efecto de la temperatura sobre la velocidad de

crecimiento y consecuencias moleculares para la célula

Temperatura

Relación entre la temperatura y las velocidades de crecimiento de psicrófilos,

mesófilos, termófilos y dos hipertermófilos diferentes. En cada caso, se indican las

temperaturas óptimas de microorganismos representativos

Psicrófilo

Mesófilo

Termófilo Hipertermófilo Hipertermófilo

Temperatura

pH

Aumenta

la acidez

Aumenta

la

alcalinidad

Acid

ófilo

s

Alc

aló

fidos

Disponibilidad de agua o

actividad de agua

Contenido de agua

Concentración de solutos

Actividad de agua: presión de vapor de la solución

dividida por la presión d evapor del disolvente

Célula normal en solución isotónica Célula plasmolizada en solución

hipertónica

Clasificación de microorganismos en

base a su aw

Oxígeno

Aerobios

Facultativos

Obligados

Microaerófilos

Anaerobios

Aerotolerantes Estrictos

Grupo Relación con el O2 Tipo de metabolismo

Aerobios

Estrictos

Necesario Respiración aerobia

Facultativos No necesario, pero crecen mejor con O2

Respiración aerobia, anaerobia, fermentación

Microaerófilos

Necesario pero a bajas tensiones Respiración aerobia

Anaerobios

Aerotolerantes No necesario, ni crecen mejor con O2

Fermentación

Estrictos Dañino o letal Fermentación o respiración anaerobia

Relaciones microbianas con el oxígeno