Tema 11-13. Creixement microbià i control (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 1º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2013
Páginas 8
Fecha de subida 22/10/2014
Descargas 28
Subido por

Vista previa del texto

Creixement: incremente del nombre de cèl·lules d’una colònia.
Grau Microbiologia - Microbiologia T-11-13 Gloria Hidalgo CREIXEMENT MICROBIÀ I CONTROL 1. CICLE CEL·LULAR DE PROCARIOTES Fissió binaria (bipartició): Generació: cèl·lula mare s’elonga i es produeix síntesi de nova massa 3D (contingut) i 2D (envolta). Es forma un septe i la cèl·lula mare acabarà donant a dues cèl·lules filles.
El temps que passa en què una cèl·lula mare dóna lloc a dues cèl·lula filla es el que es coneix el temps de generació. Varia segons el tipus de procariotes i els ambients on es trobin.
 Cicle cel·lular i replicació El cromosoma procariòtic es qui dirigeix tot el procés del cicle cel·lular.
1. DNAa emet un senyal perquè s’inici la replicació: proteïnes i molècules començaran a unir-se al origen de replicació (OriC), donant lloc al replisoma.
2. Aleshores en l’origen es comença la replicació i va elongant-se al llarg de cromosoma.
La cèl·lula quan s’ha replicat té dos cromosomes.
3. Aquests cromosomes i altres elements (molècules, cofactors, enzims) es segreguen i es s’ensablem aleshores la paret cel·lular, la mbr citoplasmàtica, els ribosomes, etc.
 Les proteïnes MreB (similars actina i miosina) formen part del citoesquelet dels procariotes. Són responsables de la forma del procariota i col·laboren en la segregació del cromosomes i el plasmidis a les cèl·lules filles.
 La síntesi de nou peptidoglicà (paret cel·lular) requereix tallar el preexistent, amb autolisines, per així integrar el nou amb l’antic (es forma una cicatriu).
4. Tot seguit, es forma el septe (resultat del creixement cap a dins de la mbr citoplasmàtica i de la paret cel·lular des de direccions oposades) a partir d’una senyal del final de replicació.
 La formació del septe té a veure amb l’anell FtsZ (semblant a tubulina), determina el lloc exacte on s’ha de produir el septe – proteïnes Min, agrupades en divisoma, indiquen el lloc on s’ha de col·locar l’anell.
5. Donarà lloc a dues cèl·lules filles iguals.
Hi ha diversos models de divisió cel·lular: - Gemmes: aquestes donaran lloc a altre cèl·lula. La cèl·lula filla estarà composada per material totalment nou.
- Diferenciació per hifes: la hifa, en el seu extrem donarà lloc a una cèl·lula filla (material totalment de novo), aquesta hifa podrà seguint donant altre cèl·lules filles. Ex: hyphomicrobium 1 Grau Microbiologia - Microbiologia T-11-13 Gloria Hidalgo - Microorganismes peduncular: alterna fase no mòbil de superfície i una fase mòbil amb flagel. La cèl·lula primer desenvolupa un peduncle i es fixa a la superfície; tot seguit, donarà lloc a una cèl·lula filla amb material de novo, la qual desenvoluparà un flagel (fase mòbil). Aquest amb el temps perd flagel i desenvolupa el peduncle (serà mare). Ex: caulobacter - Divisió polar: síntesi de material de novo es polar (extrem), la cèl·lula mare continua amb el material ja sintetitza i la filla queda amb el material de novo.
Hi ha cicle molt més complexos: - Bacteris amb micelis: procariotes poden desenvolupar micelis aeris (xarxa de filamentosos ramificats) que acabaran donant lloc a espores de dispersió. Aquest bacteris són els gran productors d’antibiòtics (Ex: gènere Streptomicis).
- Mixobacteris amb cossos fructífers: donen lloc a estructures pluricel·lulars. Duen a terme un cicle vegetatiu de divisió binaria si el medi té nutrients. Si no tenen algun nutrients, les cèl·lules comencen a secretar un compost que els hi permet agregar-se entre elles. Aleshores comencen a diferenciar-se en cossos fructífers (109-1010cèl), els quals formaran espores de dispersió anomenades mixoespores que s’alliberaran al medi i quan les condicions són favorables geminen i donen lloc a bacteris aïllats amb creixement vegetatiu.
S’ha descobert que sintetitzen compostos molt interessant per les clíniques (substàncies antitumorals).
2. CREIXEMENT POBLACIONAL Creiexement exponencial: en el temps de generació determinat per cada microorganisme, el número de cèl·lules i la massa d’aquestes es duplica.
Paràmetres del creixement poblacional: - Velocitat instantània de creixement: dN/dt = μ·N Sent N el nombre de cèl·lules a un temps t i μ la taxa específica de creixement - Nombre de cèl·lules al temps t: Nt = N0·eμt - Temps de generació (g): g = ln2 / μ - Nombre de generacions (n): n = t / g En els gràfics semilogarítmics es pot estimar el temps de generació (g) o temps que triga la població a duplicar-se.
A partir d’aquesta dada i del gràfic, es poden calcular els altres paràmetres de creixement.
2 Grau Microbiologia - Microbiologia T-11-13 Gloria Hidalgo Fases de creixement d’una població en cultiu tancat (monofàsic): - Lag / latència: període de latència on la població s’ha d’adaptar a les condicions on han sigut incubades. Succeeix al passa bacteris d’un medi ric a pobre, d’un cultiu vell...
- Exponencial: creixement expon. de la cèl·lula. Fase on es calculen tots els paràmetres.
- Estacionaria: cultiu deixa d’augmentar en biomassa per diferents motius. Ex: s’esgoten el nutrients, compostos tòxic (fruits dels seu metabolisme). Tindran un mínim d’E per el manteniment.
o Creixement críptic: algunes cèl creixen i altres es moren. No hi ha creix. net.
- Mort: el nombre de cèl·lules al llarg del temps disminueix. La cèl·lules són incapaces de mantenir-se.
Es pot observar en terbolosa o amb el número de cèl·lules. El pendent del creixement exponencial serà el mateix, però si es mira el pendent de la fase de mort, en terbolesa, la pendent és molt menys pronunciada (en terbolesa les bactèries mortes però integres, encara es poden visualitzar).
Es poden fer créixer poblacions en cultius obert (aport constant de nutrients): quimostat.
En un vas concret s’adhereix un medi de cultiu conegut i l’inocul de bacteris. Quan els bacteris estan creixent i arribant al punt del creixement exponencial que volem, s’elimina medi i alhora s’aporta la mateixa quantitat (velocitat de dilució). Aquesta forma, les cèl·lules que es troben en el medi estan creixent en una velocitat continua.
Anormalment deixa de ser funcional per contaminacions.
Es van servir en industries per obtenir productes fruit del metabolisme microbià (es determina la concentració de nutrients limitant).
En la natura, la majoria de cèl·lules microbianes no viuen en poblacions pures, sinó que viuen en unes enormes biopel·lícules o biofilms. Interaccionen entre elles i segreguen diferents compostos exopolímers (matriu polisacàrida) que acaben envoltant totes aquestes poblacions.
Donen problemes als homes per infeccions, ja que el antibiòtics no arribaran de la mateixa manera. En la indústria, si s’instal·len biofilms són molt difícil d’eliminar.
3 Grau Microbiologia - Microbiologia T-11-13 Gloria Hidalgo Osmòfils: creix en altes []de sucres.
Xeròfils: creix en ambients secs 3. FACTORS AMBIENTALS I CREIXEMENT Paràmetres o factors ambientals que modulen el creixement dels microorganismes: - Temperatura: cada espècie bacteriana té unes T cardinals (mínima, optima i màxima).
Els gràfics respecte la temperatura són prou iguals en tots el organismes.
o Psicròfils: temperatures òptimes baixes, al voltant del <15ºC (4ºC).
 Psicotolerants: toleren T de 0ºC, però creixen en ambients de 20-40ºC.
o Mesòfil: temperatures òptimes de creixement de 37-39ºC.
o Termòfils: temperatures òptimes al voltant de 60ºC.
o Hipertermòfil (archaea): temperatures òptimes de 80 a 106ºC.
- Nutrients: element molt limitant.
- Disponibilitat de l’aigua (efectes osmòtics): segons la concentració de NaCl o No-halòfils: no toleren concentracions elevades de NaCl.
 Halotolerant: tolera una concentració de NaCl relativament alta, tot i que no creix òptimament en aquestes concentracions.
o Halòfils: augmenta el creixement a concentracions moderades de NaCl. Ex: microorganismes marins.
o Halòfils extrems: necessiten concentracions molt elevades de NaCl per créixer.
El organismes halòfils sintetitzen soluts compatibles per augmentar l’osmosi interna – no inhibir els processos bioquímics cel·lular, i contrarestar la pressió osmòtica externa, ja que sinó la cèl·lula es desintegraria.
- pH (concentració de protons): la majoria d’esser vius viuen a pH propers a 7. Hi ha, però microorganismes que viuen en ambients àcid o alcalins.
o Acidòfils: creixen de 0-6 pH. Ex: psicrophilus oshimae (pH 0,7).
o Neutròfils: creixen en un marge de pH aproximadament 7.
o Alcalins: creixen de 8-12 pH.
- Oxigen: la concentració d’oxigen pot ser imprescindible per la vida o pot arribar a ser tòxic.
o Aerobi: necessita oxigen per viure.
o Anaerobi: no tolera l’oxigen, la presència d’aquest li es tòxic.
o Facultatiu: pot créixer on no hi ha oxigen, però prefereix ambients amb oxigen.
o Microaeròfil: requereixen oxigen però a pressió parcial més baixa de la que hi ha a la superfície.
o Aerotolerant: no els hi ha determinants la presència o no d’oxigen.
Normalment són anaerobis, però que no els hi es tòxic d’oxigen.
Hi ha enzims que detoxifiquen formes de l’oxigen, de forma que es pot tolerar aquest.
Ex: carotenoides (org aeri i fotòtrof), catalasa, peroxidasa, superòxid dismutasa (aerobis), superòxid reductasa (anaerobis obligats i microaeròfils), etc.
4 Grau Microbiologia - Microbiologia T-11-13 Gloria Hidalgo 5. CONTROL DE CREIXEMENT A més del agents físic, en el medi natural hi ha compostos que són tòxics pel microorganismes i regulen el creixement d’aquests. S’utilitzen agents físics, químics o mecànic per eliminar o baixa la concentració de diferents microorganismes (control): - Agents físics: calor i radiació - Agents químics: gasos o líquids - Mecànics: filtració, amb filtres estabilitzants amb tamany de porus de 0,5µm.
5.1. AGENTS FÍSICS 5.1.1. Calor Amb temperatura es poden esterilitzar materials mitjançant calor humida (121ºC) durant aprox 20min. La baixada de microorganismes es exponencial.
*Matemàticament no existeix la esterilitat absoluta.
Als microorganismes no els afecta de la mateixa manera l’efecte de la calor. Per exemple, les endòspores no s’eliminaran amb aquest mètode.
Paràmetre D: temps de reducció decimal. És el temps necessari per reduir 10 vegades la població inicial  ens permet deduir quina temperatura s’ha d’utilitzar i quant de temps.
Hi ha tractaments tèrmics de reducció de la carrega microbiana. S’utilitza sobretot en aliments, però reduir la carrega bacteriana sense destruir el material. Ex: pasteurització (tracta matèries primeres amb molt poca carrega bacteriana), UHT.
5.1.2. Radiacions De les diferents radiacions que hi ha, típicament s’utilitza paer esterilitzar la radiació ultraviolada. La capacitat de penetració de la radiació ultraviolada es molt baixa, de forma que només es fa servir per esterilitzar superfícies.
La radiació ultraviolada esterilitza superfícies, Ex: cabines. Últimament s’està utilitzant per esterilitzar aliments (per disminuir la carrega de microorganisme i eliminar els patògens).
5.2. AGENTS QUÍMICS Compostos químics d’origen natural, semisintètic (aprofitem la molècula produïda naturalment i la modifiquem químicament) o sintètics que maten o inhibeixen el creixement del microorganisme.
Segons el microorganisme sobre el que actua i l’efecte que produeix - Bactericida, Fungicida i Viruscida: maten els microorganisme, però les cèl·lules no es destrueixen i persisteixen (no varia el número de cèl·lula).
 Bacterilítics: maten el microorgnsimes i provoquen la lisis de la cèl·lula (disminueixen en número). Ex: detergents, penicilina (inhibeix síntesi paret).
- Bacteriostatic, Fungistatic i Virustatic: inhibeixen el creixement.
Tenen una toxicitat: - No selectiva: afecta per tant a totes les cèl·lules - Selectiva: només afecta a les cèl·lules microbianes.
5 Grau Microbiologia - Microbiologia T-11-13 Gloria Hidalgo 5.2.1. Tipus de agents químics 1. Esterilitzants (esporicides): destrueixen tot tipus de vida microbiana, incloses endòspores.
Aplicacions: es fan servir en objectes inanimats quan no es pot usar calor o radicació, normalment en el sector hospitalari.
2. Desinfectants: maten microorganismes, però no necessariament endòspores, i s'usen en objectes inanimats i superfícies.
Aplicacions: desinfecció en hospitals, de sales i superfícies en diverses industries i laboratoris, a nivell domèstic i pel tractament d’aigües, etc.
3. Higienitzants: redueixen la carrega microbiana fins a nivells que es consideren segurs i s'usen en objectes inanimats i superfícies.
Aplicacions: superfícies de cuina, utensilis en la industria alimentaria, etc.
4. Antisèptics: antimicrobians de baixa toxicitat per la possible aplicació tòpica.
Aplicacions: rentat de mans, ferides superficials, etc.
5. Agents quimioterapeutics: antimicrobians amb toxicitat selectiva (dianes específiques).
Aplicacions: tractament de malalties infeccioses. Ex: Salvarsan Grup específic d’acció dels antibacterians: seran específics quan actuen sobre algun component del procariotes patògens que no estiguin en cèl·lules eucariotes.
Dianes específiques: a nivell de síntesi de la paret cel·lular, DNA-girasa, inhibidors de síntesi proteica (a nivell 50S o 30S), elongació del RNA (actua contra polimerasa o síntesi de tRNA), etc.
Agents bactericides (quinoones, β-lactàmics i amonoglicòsids): Els antibiòtics bactericides estimulen la producció de radicals hidroxil que causen la mort cel·lular. Actuen de a nivel global. L’efecte que provoquen els antibacterians són: - Bacterio-estàtics - Bactericida - Bacteriolitic A nivell de química es determina si un patògens es sensible o resistent a un antibacterià, per saber quin es el millor tractament pel malalt. Pe fer aquest estudi es realitza una Concentració Mínima Inhibitòria (CMI): es realitzen diferents cultius amb dissolucions de bacteris amb diferents dissolucions de antibacterià. Al mirar la terbolesa, el primer tub en el que primerament deixa de veure’s terbolesa s’estableix com la concentració mínim del antibacterià perquè s’inhibeixi el bacteri (dissolució en tubs).
A nivell clínic es determina el CMI en una única placa amb el bacteri confluent amb el bacteri a provar i se li addicionen tires amb diferents concentracions de antibacterians. Segons l’efecte d’aquest antibacterià, l’halo serà més gran o més petit.
6 Grau Microbiologia - Microbiologia T-11-13 Gloria Hidalgo També s’utilitza un espectre d’acció de diferents antimicrobians, en funció del agents patògens que es creu que esta causant la malaltia, es tria un mèdicament que pot ser adequat.
Per bacteris víriques, la forma de actuar contra ells es la vacunació (prevenir la malaltia).
Tipus d’antimicrobians Antimicrobians sintètics: primers en ser utilitzats. Amb el temps es van descobrir els antibiòtics, ja que des del segle XX ja hi havia molt d’interès en trobar l’antibiòtic.
- Primers antimicrobians sintètics: drogues sulfa (bloquegen la síntesi de l’àcid folic i s’inhibeix així la síntesi d’àcid nucleic; s’han de subministrar a dosis alta: toxicitat).
- Actualment: isoniazida (específica contra Mycobacterium: tuberculosis), quinolones (deriven d’àcid nalidicsíc, impedeix acció DNA-girases: superenrotllament), molècules anàlogues de bases i d’aa (són tòxics, s’utilitzen sobretot contra malalties virals).
Antimicrobians naturals: els antibiòtics Agents quimioterapeutics obtinguts per síntesis d’éssers vius. Fleming va descobrir les penicil·lines (β-lactàmic: inhibidor de la síntesi de la paret cel·lular) i va provocar una intensa recerca d’altre agents amb els mateixos afectes, com les cefalosporines.
Els grans sintetitzador de bacteris són els streptomices.
Altres antimicrobians utilitzats en clínica: aminoglicòsids i tetraciclines (inhibeixen síntesi de proteïnes la subunitat 30S del ribosoma: contra gram-negatives), macròlids-eritromicina (inhibeix síntesi proteïnes de la subunitat 50S del ribosoma: leginelosis).
Al cap de poc temps de ser utilitzats comencen a aïllar-se soques resistents, cosa que estimula la recerca. De forma que es busquen altre molècules o s’estudia canviar les molècules ja existent per actuar contra els patògens resistents (antimicrobians semisintètics).
Mecanismes de resistència antibacterians Les raons per les quals els µorganismes poden ser naturalment resistents a certs antibiòtics: 7 Grau Microbiologia - Microbiologia T-11-13 Gloria Hidalgo 1. El microorganisme pot no tenir l'estructura que és inhibida per l'antibiòtic . Ex: alguns bacteris com els micoplasmes no tenen una paret cel·lular típica, pel que són resistents de forma natural a les penicil·lines .
2. L'organisme pot ser impermeable a l'antibiòtic, com passa amb la majoria dels bacteris gramnegatius, que són impermeables a la penicil·lina G i la platensimicina.
3. L'organisme pot alterar l'antibiòtic inactivant-lo. Ex: molts estafilococs contenen βlactamases, uns enzims que trenquen l'anell β- lactàmic.
4. El microorganisme pot modificar la diana de l'antibiòtic.
5. El microorganisme pot desenvolupar una ruta bioquímica resistent. Ex: molts patògens desenvolupen resistència a les sulfamides; els bacteris resistents modifiquen el seu metabolisme per captar àcid fòlic ja sintetitzat del medi, obviant així la necessitat d'una ruta que pugui ser bloquejada per les sulfamides.
6. Microorganisme pot ser capaç de bombar cap a l'exterior un antibiòtic que hagi penetrat la cèl·lula. Aquest procés es denomina eflux.
Els bacteris es fan resistents per mutació (transferència vertical), adquirit pel pare i transmès als fills. Es poden heretar totes les formes dels mecanismes de resistència.
També es poden adquirir per transferència horitzontal (esta codificats en plasmidis i cromosomes) i donen resistència de bomba de reflux o enzims que inactiven antibiòtics.
Hi ha soques de Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium tuberculosis i Enterococcus faecalis que són resistents a tots tipus de antibiòtics. De forma que indica que hi ha hagut un increment a la resistència amb el temps.
La resistència es cada cop més evident per la poca inversió en resistència i l’ús indiscriminat de antibiòtics quan no eren necessaris.
Antivirals i antifúngics Antivirals: normalment, donat que els virus utilitzen els hoste per reproduir-se i realitzar les seves funcions metabòliques, la majoria d’antiviral són tòxics pel patogen i l’hoste.
Antifúngics: al ser eucariotes, la major part de la seva maquinaria cel·lular és semblant a la dels humans i animals, cosa que provoca que els antifúngics puguin afectar les vies metabòliques de ambdós organismes (medicaments tòxics).
Molt antifúngics només poden aplicar-se via tòpica.
8 ...