Tema 13

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Tema 13

  1. 1. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano1. Introducción: efectos de los factores ambientales2. Efecto de la temperatura: temperaturas cardinales • Tipos de microorganismos en relación a la Tª óptima Hábitat fríos y psicrófilos: adaptaciones moleculares Hábitat de elevada Tª. Termófilos y hipertermófilos. Adaptaciones moleculares. moleculares Aplicaciones biotecnológicas3. Efecto del pH: Acidez y alcalinidad4. Efecto de la presión osmótica: Disponibilidad de agua: Aw Halófilos y halotolerantes Solutos compatibles5. Efecto del oxígeno Formas tóxicas del oxígeno Enzimas degradadoras de las formas tóxicas del oxígeno6. Efecto de la presión hidrostática7.7 Efectos de las radiaciones
  2. 2. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano 2. 2 Efecto de la temperatura sobre la velocidad de crecimiento: 3 temperaturas cardinales Máxima velocidad de la actividad de l d los enzimas i Usualmente 30°C Congelación de la membrana (no Desnaturalización de las fluida; no transporte) proteínas y de la membrana
  3. 3. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Efecto de la temperatura sobre la velocidad de crecimiento Tª mínima (ºC) Tª óptima (ºC) Tª máxima (ºC) Hipertermófilos 80-100ºC Termófilos Tª óptima alta 40-45 50-70 60-90 Mesófilos Tª óptima media 10-15 25-40 35-47 Psicrófilos Tª óptima baja -5- 5 5-15 19-22 Psicotrófos Facultativos -5-5 15-30 30-35
  4. 4. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Hábitat fríos y psicrófilos: adaptaciones moleculares Tª mínima (ºC) Tª óptima (ºC) Tª máxima (ºC) Psicrófilos T Tª óptima baja -5- 5 5 5 15 5-15 19 22 19-22 Psicrotrofos Facultativos -5-5 15-30 30-35 • Muchas especies de bacterias de diferentes taxa: Pseudomonas, Vibrio, Alcaligenes • Pocas Archaea Aguas heladas del ártico y antártico
  5. 5. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Hábitat calientes termófilos: adaptaciones moleculares Tª mínima (ºC) Tª óptima (ºC) Tª máxima (ºC) Hipertermófilos Hi t ófil 80-100ºC 80 100ºC Termófilos Tª óptima alta 40-45 50-70 60-90 Hábitat de Termófilos e hipertermóficos: Fuentes termales terrestres y marinas, manantiales de agua hirviendo, áreas volcánicas y compost. Fuentes termales terrestres: el color naranja de los canales de salida se debe a la presencia de carotenoides de las bacterias. Hay un gradiente térmico Fuentes termales submarinas ( (fumarolas hidrotermales) ) Compost Manantiales de agua hirviendo
  6. 6. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Distribución d t Di t ib ió de termófilos del dominio Bacteria ófil d l d i i B t i Thermus aquaticus, la aquaticus fuente de Taq DNA polimerasa para PCR
  7. 7. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Distribución Distrib ción de hipertermófilos en dominio Archaea
  8. 8. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Thermus aquaticus y biotecnología La bacteria Thermus aquaticus fue descubierta en manantiales de la Gran fuente del área de Geisers de Basin. Thermus aquaticus al microscopio óptico y electrónico Th ti l i i ó ti l tó i Tiene un optimo de Tª de 70ºC. Su S ADN polimerasa ( Taq polimerasa) se utiliza para llevar a cabo la PCR ) C
  9. 9. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano 3. 3 Efecto del pH: Acidez y alcalinidad Clasificación de los organismos según el pH de crecimiento: acidófilos, acidófilos neutrófilos y alcalófilos ejemplo j p Moles/litro Suelos y aguas volcánicas Fluidos gástricos Drenaje de minas j ácidas á id ACIDEZ Melocotones Suelo ácido Acidófilos Tomates Col Guisantes Maiz, salmón Citoplasma NEUTRALIDAD Agua pura Agua de mar Suelo alcalino Alcalófilos Al lófil Lagos alcalinos ALCALINIDAD Soluciones jabonosas Escala de pH. Aunque algunos Lagos sódicos Cal (sol. microorganismos pueden crecer a pH Saturada) extremos, el pH intracitoplasmático siempre se mantiene próximo a la neutralidad
  10. 10. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Hábitats ácidos Manantial ácido rico en azufre del parque de Yellowstone donde crece Sulfolobus Algunos manantiales ácidos ricos en hierro, microorganismo termófilo y acidófilo acidófilo. una fuente de energía utilizada por termoacidófilos. Células de Sulfolobus unidas a cristales de azufre bajo microscopía de fluoerescencia. Prácticamente todos los acidófilos extremos están implicados en la oxidación de compuestos del azufre son litotrofos y producen ácido sulfúrico como producto final de su metabolismo
  11. 11. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano4. Efecto de la presión osmótica: Disponibilidad de agua: Aw p p g Aw es el agua disponible en un hábitat para llevar a cabo procesos metabólicos Aw = Ps/Pw Ps = presión de vapor de la disolución Pw= presión de vapor del agua pura Aw= 0-1En hábitat de baja Aw, las célulaspierden agua: plasmolisis y cuando Awes alta las células ganan agua y seplasmotizan. Osmófilos/ Xerófilos Aw mínima: 0.65-0.70
  12. 12. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Actividad de agua mínima para el crecimiento de diferentes microorganismos Organismo Hábitat Aw mínima Caulobacter Agua dulce o marina 1.00 Pseudomonas Muchos con pocas sales 0.91 Salmonella/E. coli S l ll /E li Animales A i l 0.91 0 91 Lactobacillus Animales y plantas 0.90 Bacillus Suelos 0.90 Staphylococcus Animales 0.85 Halobacterium Lagos salinos o Mar muerto 0.75
  13. 13. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Crecimiento bacteriano a baja aw: solutos compatibles Estrategia: i E t t i incrementar la concentración interna de solutos t l t ió i t d l t Organismo Solutos acumulados Aw mínima Bacteria no fototrofas Glicina betaína, prolina, glutamato 0.97-0.90 Cianobacterias Sacarosa, trealosa 0.98 Cianobacterias de lagos salados Glicina betaina 0.90-0.75 Halófilas Glicina betaina, trealosa 0.90-0.75 Halófilas extremas KCl 0.75 Levaduras xerófilas Glicerol 0.83-0.632 Hongos xerófilos Glicerol 0.72-0.621
  14. 14. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Estructura d algunos solutos compatibles en microorganismos. E t t de l l t tibl i i Todos son solubles en agua
  15. 15. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Hábitat naturales con baja actividad de agua son: •Ambientes con alta concentración de azúcares zumos, jugos.. •Ambientes hipersalinos: los lagos salados, desiertos salinos etc. Los organismos que crecen a altas concentraciones de azúcares se denominan sacarófilos (levaduras)
  16. 16. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano • Microorganismos halófilos y halotolerantes - Halotolerantes:1-6 % NaCl Halofilos: - Requieren Na+ - Crecimiento óptimo en medios con baja aw - Moderados: 3-10 % NaCl - Extremos: hasta mas del 30% NaCl saturación
  17. 17. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Halofilos extremos del dominio Archaea
  18. 18. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano 5. 5 Efecto del Oxígeno sobre el crecimiento bacteriano Aerobios Anerobios Anerobios Anaerobios aerotoloerantes facultativos Microaerofilos El oxígeno es tóxico para algunos microorganismos porque:…….
  19. 19. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Formas tóxicas del oxígeno: Todas las bacterias producen superóxidos Superóxido Peróxido de hidrógeno Radical hidroxilo Agua Total: Reducción del oxígeno a agua por adición de 4 electrones origina formas tóxicas para la célula
  20. 20. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Enzimas degradadoras de las formas tóxicas del oxígeno Test de la catalasa: con peróxido de hidrógeno Detoxificación de productos tóxicos del oxígeno. Reacciones enzimáticas
  21. 21. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano
  22. 22. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Microorganismos anaerobios: cultivo
  23. 23. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano
  24. 24. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Manipulación d M i l ió de microorganismos anaerobios i i bi
  25. 25. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano 6. 6 Efecto de la presión hidrostática
  26. 26. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Ambientes con elevadas presiones hidrostáticas Fondo de los mares, entre los 2000 y los 4000 metros de Profundidad: Zanja mariana Cerca de las Islas Filipinas (Una profundidad de 10 897 m 10.897 Bacterias: Photobacterium Cowellia Photobacterium, Arqueas de los géneros Pyrococcus y Methanococcus son termobarófilos. termobarófilos
  27. 27. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano 7. Efectos de las radiaciones ionizantes y ultravioleta: fotoproductos Radiaciones ionizantes: rayos X; gamma • Efectos directos sobre moléculas esenciales Interacción con ADN , proteínas, proteínas lípidos en MC MC….. • Efectos indirectos por radicales libres del agua (OH) Cese de la división celular Para la esterilización de materiales farmacéuticos, quirúrgicos y alimentos envasados
  28. 28. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano • Efectos de la radiación UV sobre el ADN Formación de dímeros de pirimidinas Dímeros de timina Formación de hidratos de pirimidinas: fotohidratación NH2 NH2 OH HN HN Dihidroxicitosina O N O N OH H O O CH3 CH2OH HN HN Dihidroxitimina O O N N OH H H
  29. 29. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano Microorganismos resistentes a las radiaciones Sobreviven a una exposición de mas de 30.000 Gy (Gray= 1 julio/Kg) (Los humanos mueren a exposiciones de 5 Gy) Poseen una poderosa maquinaria de reparación de daños del ADN Deinococcus radiodurans
  30. 30. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacterianoObjetivos del tema: j • Conocer que los microorganismos tienen amplios rangos de temperatura de crecimiento (que vienen determinados por la actividad de los enzimas) pero tienen unas temperaturas cardinales definidas y específicas. •Conocer los distintos grupos de microorganismos en función de su temperaturas Conocer cardinales y sus características •Conocer que los microorganismos tienen un pH óptimo de crecimiento tanto ácidos, básicos o neutros pero que en cualquier caso mantienen el pH citoplasmático cerca d bá i l i i l i l ái de la neutralidad •El oxígeno puede ser tóxico para ciertos tipos de microorganismos por la producción de g p p p g p p radicales y la carencia de enzimas detoxificantes •Conocer que la mayoría de los microorganismos no crecen bien a valores de actividad de d agua inferior a 0.9 aunque hay algunos que pueden crecer a valores muy i f i i f i 09 h l d l inferiores para lo que desarrollan distintas estrategias •Conocer el efecto de las radiaciones
  31. 31. Tema 13. Acción de agentes físicos sobre el crecimiento bacteriano BIBLIOGRAFÍA 1.LIBROS DE TEXTO: •Efectos ambientales sobre el crecimiento microbiano. Crecimiento microbiano. Brock Biología de los microorganismos (10ª Edición). Pearson Prentice Hall. (2003). Hall (2003) •Crecimiento microbiano. Microbiología (5ª Edición). Prescott, Harley y Klein. Mc Graw-Hill (2004). (2004) 2. Páginas Web: http://serc.carleton.edu/microbelife/extreme/extremophiles.html http://coli.usal.es/web/educativo/micro2/tema07.html#anchor601616 http://coli usal es/web/educativo/micro2/tema07 html#anchor601616

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