El crecimiento bacteriano es la proliferación de bacterias en dos células hijas, en un proceso llamado fisión binaria . Si no ocurre ningún evento de mutación, las células hijas resultantes son genéticamente idénticas a la célula original. Por lo tanto, se produce el crecimiento bacteriano. Ambas células hijas de la división no sobreviven necesariamente. Sin embargo, si el número superviviente supera la unidad en promedio, la población bacteriana experimenta un crecimiento exponencial . La medición de una curva de crecimiento bacteriano exponencial en un cultivo por lotes era tradicionalmente parte de la formación de todos los microbiólogos; los medios básicos requieren enumeración bacteriana (recuento de células) mediante métodos directos e individuales (microscópicos, citometría de flujo [1] ), directos y en masa (biomasa), indirectos e individuales (recuento de colonias) o indirectos y en masa (número más probable, turbidez , 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 cultivos discontinuos se puede modelar con cuatro fases diferentes: fase de retraso (A), fase logarítmica o fase exponencial (B), fase estacionaria (C) y fase de muerte (D). [3]
Este modelo básico de crecimiento en cultivos por lotes destaca y enfatiza aspectos del crecimiento bacteriano que pueden diferir del crecimiento de la macrofauna. Destaca la clonalidad, la división binaria asexual, el corto tiempo de desarrollo en relación con la replicación en sí, la tasa de mortalidad aparentemente baja, la necesidad de pasar de un estado latente a un estado reproductivo o de acondicionar el medio y, finalmente, la tendencia de las cepas adaptadas al laboratorio a agotar sus nutrientes. En realidad, incluso en cultivos por lotes, las cuatro fases no están bien definidas. Las células no se reproducen en sincronía sin un estímulo explícito y continuo (como en los experimentos con bacterias pedunculadas [9] ) y su crecimiento exponencial en fase a menudo no es a una tasa constante, sino a una tasa de decrecimiento lento, una respuesta estocástica constante a las presiones tanto para reproducirse como para permanecer latentes ante la disminución de las concentraciones de nutrientes y el aumento de las concentraciones de desechos.
La disminución del número de bacterias puede incluso llegar a ser logarítmica. Por lo tanto, esta fase de crecimiento también puede denominarse fase de crecimiento logarítmico negativo o fase de crecimiento exponencial negativo.[1]
Cerca del final de la fase logarítmica de un cultivo por lotes, se puede inducir la competencia para la transformación genética natural , como en Bacillus subtilis [10] y en otras bacterias. La transformación genética natural es una forma de transferencia de ADN que parece ser una adaptación para reparar los daños en el ADN.
El cultivo por lotes es el método de cultivo de laboratorio más común en el que se estudia el crecimiento bacteriano, pero es solo uno de muchos. Idealmente, no tiene estructura espacial y está estructurado temporalmente. El cultivo bacteriano se incuba en un recipiente cerrado con un solo lote de medio. En algunos regímenes experimentales, parte del cultivo bacteriano se retira periódicamente y se agrega a un medio estéril nuevo. En el caso extremo, esto conduce a la renovación continua de los nutrientes. Este es un quimiostato , también conocido como cultivo continuo. Idealmente, no tiene estructura espacial ni 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 puede suprimirse con bacteriostáticos , sin matar necesariamente las bacterias. Ciertas toxinas pueden utilizarse para suprimir el crecimiento bacteriano o matarlas. Los antibióticos (o, más propiamente, fármacos antibacterianos) son fármacos que se utilizan para matar bacterias; pueden tener efectos secundarios o incluso causar reacciones adversas en las personas, sin embargo no se clasifican como toxinas. En una situación sinecológica , fiel a la naturaleza, 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 con estructura espacial, como las biopelículas o las superficies de agar, presentan modelos de crecimiento complejos adicionales.
La fase estacionaria a largo plazo, a diferencia de la fase estacionaria temprana (en la que hay poca división celular), es un período altamente dinámico en el que las tasas de nacimiento y muerte están equilibradas. Se ha demostrado que después de la fase de muerte, la E. coli se puede mantener en un cultivo por lotes durante largos períodos sin agregar nutrientes. [11] [12] Al proporcionar agua destilada estéril para mantener el volumen y la osmolaridad, los cultivos cultivados aeróbicamente se pueden mantener a densidades de ~10 6 unidades formadoras de colonias (UFC) por ml durante más de 5 años sin la adición de nutrientes en el cultivo por lotes. [13]
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 constantes entre las bacterias, con la excepción de los extremófilos . Las bacterias tienen condiciones de crecimiento óptimas en las que prosperan, pero una vez fuera de esas condiciones, el estrés puede provocar 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 hecho que la refrigeración sea fundamental para la conservación de los alimentos. Según la temperatura, las bacterias se pueden clasificar en:
Los psicrófilos son bacterias o arqueas extremófilas amantes del frío, cuya temperatura óptima para el crecimiento es de aproximadamente 15 °C o menos (la temperatura máxima para el crecimiento es de 20 °C, la temperatura mínima para el crecimiento es 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. [14]
Los mesófilos son bacterias que se desarrollan a temperaturas moderadas y crecen mejor entre 20 y 45 °C. Estas temperaturas coinciden con las temperaturas corporales naturales de los seres humanos, por lo que muchos patógenos humanos son mesófilos. [15]
Sobreviven a temperaturas de 45–80 °C. [16]
La acidez óptima para las bacterias suele rondar el pH entre 6,5 y 7,0, con excepción de los acidófilos . Algunas bacterias pueden modificar el pH, por ejemplo, excretando ácido, lo que da lugar a condiciones subóptimas. [17]
Las bacterias pueden ser aerobias o anaerobias . Según el grado de oxígeno que necesiten, las bacterias pueden clasificarse en las siguientes clases:
Nutrientes abundantes
Los compuestos tóxicos como el etanol pueden impedir el crecimiento o matar las bacterias. Este producto se utiliza de forma beneficiosa 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; revisora principal, Gaytha Langlois; editoras principales, Ruth Ifcher y Jan Hogle.