El crecimiento bacteriano es la proliferación de una bacteria en dos células hijas, en un proceso llamado fisión binaria . Siempre que no se produzca ninguna mutación, las células hijas resultantes son genéticamente idénticas a la célula original. Por tanto, se produce el crecimiento bacteriano. Ambas células hijas de la división no necesariamente sobreviven. Sin embargo, si el número de supervivientes supera la unidad en promedio, la población bacteriana experimenta un crecimiento exponencial . La medición de una curva de crecimiento bacteriano exponencial en cultivos discontinuos formaba tradicionalmente parte de la formación de todos los microbiólogos; los medios básicos requieren enumeración bacteriana (recuento de células) directa e individual (microscópica, citometría de flujo [1] ), directa y masiva (biomasa), indirecta e individual (recuento de colonias), o indirecta y masiva (número más probable, turbidez , métodos de absorción de nutrientes). Los modelos concilian la teoría con las mediciones. [2]
En estudios autecológicos , el crecimiento de bacterias (u otros microorganismos, como protozoos , microalgas o levaduras ) en cultivo discontinuo se puede modelar con cuatro fases diferentes: fase de latencia (A), fase logarítmica o fase exponencial (B), fase estacionaria (C ), y fase de muerte (D). [3]
Este modelo básico de crecimiento de cultivos por lotes resalta y enfatiza aspectos del crecimiento bacteriano que pueden diferir del crecimiento de la macrofauna. Enfatiza la clonalidad, la división binaria asexual, el corto tiempo de desarrollo en relación con la replicación misma, la tasa de mortalidad aparentemente baja, la necesidad de pasar de un estado latente a un estado reproductivo o de condicionar los medios y, finalmente, la tendencia de las cepas adaptadas al laboratorio. agotar sus nutrientes. En realidad, incluso en el cultivo discontinuo, las cuatro fases no están bien definidas. Las células no se reproducen en sincronía sin un estímulo explícito y continuo (como en experimentos con bacterias acechadas [8] ) y su fase de crecimiento exponencial a menudo no es nunca una tasa constante, sino una tasa que decae lentamente, una respuesta estocástica constante a las presiones tanto reproducirse y permanecer inactivos ante la disminución de las concentraciones de nutrientes y el aumento de las concentraciones de desechos.
La disminución del número de bacterias puede incluso volverse logarítmica. Por lo tanto, esta fase de crecimiento también puede denominarse fase de crecimiento logarítmico negativo o exponencial negativo.
Cerca del final de la fase logarítmica de un cultivo discontinuo, se puede inducir la competencia para la transformación genética natural , como en Bacillus subtilis [9] y en otras bacterias. La transformación genética natural es una forma de transferencia de ADN que parece ser una adaptación para reparar los daños del ADN.
El cultivo discontinuo es el método de crecimiento de laboratorio más común en el que se estudia el crecimiento bacteriano, pero es sólo uno de muchos. Lo ideal es que esté espacialmente desestructurado y temporalmente estructurado. El cultivo bacteriano se incuba en un recipiente cerrado con un único lote de medio. En algunos regímenes experimentales, parte del cultivo bacteriano se retira periódicamente y se añade a un medio estéril nuevo. En el caso extremo, esto conduce a una renovación continua de los nutrientes. Este es un quimiostato , también conocido como cultivo continuo. Lo ideal es que esté desestructurado espacial y temporalmente, en un estado estable definido por las tasas de suministro de nutrientes y crecimiento bacteriano. En comparación con el cultivo por lotes, las bacterias se mantienen en una fase de crecimiento exponencial y se conoce la tasa de crecimiento de las bacterias. Los dispositivos relacionados incluyen turbidostatos y auxostatos . Cuando Escherichia coli crece muy lentamente con un tiempo de duplicación de 16 horas en un quimiostato, la mayoría de las células tienen un solo cromosoma. [1]
El crecimiento bacteriano se puede suprimir con bacteriostáticos , sin matar necesariamente las bacterias. Se pueden utilizar ciertas toxinas para suprimir el crecimiento bacteriano o matarlas. Los antibióticos (o, más propiamente, los fármacos antibacterianos) son fármacos que se utilizan para matar bacterias; pueden tener efectos secundarios o incluso provocar reacciones adversas en las personas, sin embargo no están clasificados como toxinas. En una situación sinecológica y natural en la que está presente más de una especie bacteriana, el crecimiento de los microbios es más dinámico y continuo.
El líquido no es el único entorno de laboratorio para el crecimiento bacteriano. Los entornos espacialmente estructurados, como las biopelículas o las superficies de agar , presentan modelos de crecimiento complejos adicionales.
La fase estacionaria de largo plazo, a diferencia de la fase estacionaria temprana (en la que hay poca división celular), es un período muy dinámico en el que las tasas de natalidad y mortalidad están equilibradas. Se ha demostrado que después de la fase de muerte, E. coli se puede mantener en cultivo discontinuo durante largos períodos sin añadir nutrientes. [10] [11] Al proporcionar agua destilada estéril para mantener el volumen y la osmolaridad, los cultivos cultivados aeróbicamente se pueden mantener en densidades de ~10 6 unidades formadoras de colonias (UFC) por ml durante más de 5 años sin la adición de nutrientes en lotes. cultura. [12]
Los factores ambientales influyen en la tasa de crecimiento bacteriano, como la acidez (pH), la temperatura, la actividad del agua, los macro y micronutrientes, los niveles de oxígeno y las toxinas. Las condiciones tienden a ser relativamente consistentes entre las bacterias con la excepción de los extremófilos . Las bacterias tienen condiciones de crecimiento óptimas bajo las cuales prosperan, pero una vez fuera de esas condiciones, el estrés puede resultar en un crecimiento reducido o estancado, latencia (como la formación de esporas ) o muerte. Mantener condiciones de crecimiento subóptimas es un principio clave para la conservación de alimentos .
Las bajas temperaturas tienden a reducir las tasas de crecimiento, lo que ha llevado a que la refrigeración sea fundamental en la conservación de los alimentos. Según la temperatura las bacterias se pueden clasificar en:
Los psicrófilos son bacterias o arqueas extremófilas amantes del frío con una temperatura óptima para el crecimiento de aproximadamente 15 °C o menos (temperatura máxima para el crecimiento de 20 °C, temperatura mínima para el crecimiento de 0 °C o menos). Los psicrófilos se encuentran típicamente en los ecosistemas extremadamente fríos de la Tierra, como las regiones de los casquetes polares, el permafrost, la superficie polar y los océanos profundos. [13]
Los mesófilos son bacterias que prosperan a temperaturas moderadas y crecen mejor entre 20° y 45 °C. Estas temperaturas se alinean con las temperaturas corporales naturales de los humanos, razón por la cual muchos patógenos humanos son mesófilos. [14]
Sobrevive a temperaturas de 45 a 80 °C. [15]
La acidez óptima para las bacterias tiende a estar entre un pH de 6,5 a 7,0, con excepción de los acidófilos . Algunas bacterias pueden cambiar el pH, por ejemplo, excretando ácido, lo que genera condiciones subóptimas. [dieciséis]
Las bacterias pueden ser aerobias o anaerobias . Dependiendo del grado de oxígeno requerido, las bacterias pueden clasificarse en las siguientes clases:
Amplios nutrientes
Los compuestos tóxicos como el etanol pueden impedir el crecimiento o matar bacterias. Se utiliza beneficiosamente para la desinfección y la conservación de alimentos .
Este artículo incluye material de un artículo publicado el 26 de abril de 2003 en Nupedia ; escrito por Nagina Parmar; revisado y aprobado por el grupo de Biología; editora, Gaytha Langlois; la revisora principal, Gaytha Langlois; Editora principal, Ruth Ifcher. y Jan Hogle.