MICROBIOLOGIA TEMA 8 (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biotecnología - 2º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2014
Páginas 5
Fecha de subida 17/11/2014
Descargas 8
Subido por

Vista previa del texto

      MICROBIOLOGIA   2º  CURS  DE  BIOTECNOLOGIA                                             BLOC  2  CREIXEMENT  I  CONTROL  MICROBIÀ      TEMA  8.  INFLUÈNCIA  DELS  FACTORS  AMBIENTALS  EN  EL  CREIXEMENT  MICROBIÀ   8.1  INTRODUCCIÓ   Molts  microorganismes  creixen  en  condicions  ambientals  bastant  moderades.   Extremòfils:  Creixen  sota  condicions  tant  extremes  que  podrien  matar  la  majoria  d’organismes.   8.2  TEMPERATURA  I  CREIXEMENT  MICROBIÀ   La   temperatura   és   un   dels   principals   factors   ambientals   que   controla   el   creixement   microbià.   La   temperatura   mínima   i   màxima   per   al   creixement   varia   molt   en   els   diferents   microorganismes   i   normalment  reflecteix  el  rang  de  temperatura  i  la  mitjana  de  temperatura  en  els  seus  hàbitats.   Temperatura  cardinal   Per  a  cada  microorganisme  hi  ha  una  temperatura  mínima  per  sota  de  la  qual  el  creixement  no  és   possible,   una   temperatura   òptima   en   la   qual   el   creixement   és   el   més   ràpid   i   una   temperatura   màxima   per   sobre   de   la   qual   el   creixement   no   és   possible.   Aquestes   tres   temperatures,   anomenades  temperatures  cardinals,  són  característiques  per  a  qualsevol  microorganisme  donat.   Classes  de  microorganismes  segons  la  temperatura   Podem   distingir   cinc   classes   de   microorganismes   en   relació   a   la   seva   temperatura   òptima   de   creixement:   psicròfils   (entre   0   i   10   ºC),   psicrotolerants   (entre   0-­‐7,   20-­‐30   i   35   ºC)   o   psicrotròfs,   mesòfils  (entre  15-­‐20  i  20-­‐45  ºC),  termòfils  (entre  45,  55-­‐65  i  75  ºC)  i  hipertermòfils  (entre  55,  80-­‐ 113  ºC).   8.2.1  Adaptacions  moleculars  a  la  psicrofília   Els   microorganismes   psicròfils   produeixen   enzims   que   funcionen   optimàment   en   el   fred   i   que   poden   desnaturalitzar-­‐se   o   inactivar-­‐se   en   les   temperatures   més   moderades.   Alguns   enzims   psicròfils   presenten   grans   quantitats   d’hèlix   α   i   menys   làmines   β   com   estructura   secundària.   També   tendeixen   a   presentar   més   aminoàcids   polars   i   menys   d’hidròfobics.   A   més   a   més,   les   proteïnes   tendeixen   a   reduït   el   nombre   d’enllaços   febles   i   menys   interaccions   específiques   entre   regions.   Una   altra   característica   dels   psicròfils,   és   que   les   membranes   citoplasmàtiques   tendeixen   a   presentar   una   alta   quantitat   d’àcids   grassos   insaturats   de   cadena   curta,   així   els   processos  de  transport  funcionen  de  manera  òptima  a  baixes  temperatures.   8.2.2  Adaptacions  moleculars  a  la  termofília   Els   enzims   i   altres   proteïnes   dels   microorganismes   termòfils   són   molt   més   estables   a   temperatures   elevades.   En   alguns   casos,   s’ha   vist   que   sovint   difereixen   una   mica   en   la   seqüència   d’aminoàcids.   Sembla   ser   que   substitucions   en   aminoàcids   crítics   a   unes   poques   localitzacions   de   l’enzim   permeten   a   la   proteïna   plegar-­‐se   correctament   fent-­‐la   tolerant   a   la   calor  (més  prolines  i  xaperones).   La  adaptació  a  altes  temperatures,  també  s’ha  vist  en  l’increment  del  nombre  d’enllaços  iònics   entre   aminoàcids   àcids   i   bàsics   i   un   empaquetament   altament   hidrofòbic   de   l’interior   de   les         BLOC  2  CREIXEMENT  I  CONTROL  MICROBIÀ      TEMA  8.  INFLUÈNCIA  DELS  FACTORS  AMBIENTALS  EN  EL  CREIXEMENT  MICROBIÀ   proteïnes   afavoreix   la   resistència   a   la   desnaturalització   al   citoplasma   aquós.   Finalment,   soluts   com   di-­‐inositol   fosfat,   diglicerol   fosfat   i   manosilglicerat   són   produïts   a   altes   concentracions   ajudant   a   estabilitzar   les   proteïnes   contra   la   degradació   tèrmica.   Per   estabilitzar   el   DNA   hi   ha   presents  unes  proteïnes  tipus  histones.   Pel   que   fa   a   modificacions   a   la   membrana   citoplasmàtica   s’observa   que   són   riques   en   àcids   grassos   saturats   en   el   domini  Bacteria,   en   el   cas   dels   Archea   presenten   monocapes   lipídiques   (tetraèter  de  diglicerol)  en  comptes  de  bicapes  i  enllaços  èter.   Els   microorganismes   hipertermòfils   produeixen   enzims   altament   utilitzats   en   microbiologia,   com  per  exemple  la  Taq  polimerasa  (Thermus  Aquaticus  polimerasa)  utilitzada  per  automatitzar   els  processos  repetitius  en  la  tècnica  de  la  reacció  en  cadena  de  la  polimerasa  (PCR).   8.3  pH  I  CREIXEMENT  MICROBIÀ   Cada   microorganisme   té   un   rang   de   pH   on   pot   créixer   i   típicament   mostra   un   pH   òptim   per   al   creixement.   La   majoria   de   microorganismes   mostren   un   rang   de   2   a   3   unitats   de   pH.   La   majoria   d’ambients  naturals,  tenen  un  pH  entre  4  i  9,  i  és  on  trobem  la  majoria  de  microorganismes.   Podem  classificar  els  microorganismes,  segons  el  pH  on  poden  créixer,  en:   -­‐ -­‐ -­‐ Acidòfils   (pH   entre   0   i   5,5)   com   per   exemple   Thiobacillus   thiooxidans.   Normalment   relacionats  amb  termòfils  (terres  volcàniques).   Neutròfils  (pH  entre  5,5  i  7)  com  per  exemple  E.  coli     Alcalòfils  (pH  entre  8,5  i  11,5)  com  per  exemple  Bacillus  alcalophilus     8.4  Efectes  osmòtics  sobre  el  creixement  microbià   L’aigua   és   el   solvent   de   la   vida,   i   la   disponibilitat   de   l’aigua   és   un   factor   important   que   afecta   al   creixement   dels   microorganismes.   La   disponibilitat   d’aigua   no   depèn   exclusivament   del   contingut   absolut   d’aigua   en   el   medi,   sinó   que   està   també   en   funció   de   la   concentració   de   soluts   com   sals,   sucres   o   altres   substàncies   dissoltes   en   l’aigua.   Les   substàncies   dissoltes   tenen   una   afinitat   per   l’aigua,  que  les  fa  associar-­‐s’hi  fent  que  aquesta  aigua  estigui  menys  disponible  pel  microorganisme.   La  disponibilitat  d’aigua  està  expressada  en  termes  físics  com  l’activitat  de  l’aigua,  abreujada  com  a   aw  es  defineix  com  la  relació  entre  la  pressió  de  vapor  de  l’aire  en  equilibri  amb  la  substància  i  la   pressió  de  vapor  de  l’aigua  pura.  Això  fa  que  aw  variï  entre  0  i  1.   Halòfils  i  organismes  relacionats   En   la   natura,   els   efectes   osmòtics   són   d’interès   principalment   en   hàbitats   amb   altes   concentracions   de  sals.  Els  microorganismes  que  creixen  en  condicions  òptimes  en  presència  d’aquestes  sals  a  altes   concentracions  s’anomenen  halòfils.           BLOC  2  CREIXEMENT  I  CONTROL  MICROBIÀ      TEMA  8.  INFLUÈNCIA  DELS  FACTORS  AMBIENTALS  EN  EL  CREIXEMENT  MICROBIÀ   Els   microorganismes   halotolerants   són   aquells   que   poden   tolerar   una   lleugera   reducció   en   aw   en   el   seu  medi,  però  creixen  millor  en  absència  dels  soluts  afegits.   El   microorganismes   que   són   capaços   de   créixer   en   molt   altes   concentracions   de   sal   s’anomenen   halòfils  extrems.  Aquests  organismes  requereixen  d’un  15-­‐30%  de  NaCl  pel  seu  creixement  òptim.   Per   altra   banda,   els   microorganismes   que   poden   viure   en   ambients   amb   altes   concentracions   de   sucres   són   els   anomenats   osmòfils   i   aquells   que   són   capaços   de   créixer   en   ambients   molt   secs   s’anomenen  xeròfils.   Soluts  compatibles   Quan  un  organisme  creix  en  un  medi  amb  una  baixa  activitat  hídrica,  només  pot  obtenir  aigua  del   seu  medi  incrementant  la  concentració  interna  de  soluts  per  fer  entrar  l’aigua  per  osmosi.  Aquesta   concentració   interna   es   pot   augmentar   o   bé   bombejant   soluts   a   l’interior   de   la   cèl·∙lula   desde   l’exterior,   o   bé   sintetitzant   un   solut.   El   solut   utilitzat   a   l’interior   de   la   cèl·∙lula   per   l’ajustament   citoplasmàtic   de   l’activitat   hídrica   no   pot   ser   un   inhibidor   de   les   macromolècules   de   la   cèl·∙lules.   Aquests  components  s’anomenen  soluts  compatibles.   8.5  Oxigen  i  creixement  microbià   Alguns  microorgansimes,  i  alguns  són  obligats,  a  viure  en  total  absència  d’oxigen.  L’oxigen  es  poc   soluble   en   l’aigau,   i   degut   a   la   constant   activitat   respiratòria   dels   microorganismes   de   medis   aquàtics,  l’O2  es  pot  exhaurir  ràpidament.   Distingim  cinc  tipus  de  microorganismes  en  funció  de  la  capacitat  de  tolerar  l’oxigen:   Els  aerobis  poden  créixer  a  altes  quantitats  d’oxigen  (  al  voltant  del  21  %).     Els  microaerobis,  en  canvi,  són  aerobis  que  fan  servir  l’oxigen  només  quan  hi  és  present  a  nivells   reduïts,   això   passa   perquè   la   seva   capacitat   de   respirar   és   limitada   o   perquè   contenen   molècules   sensibles   a   l’oxigen.   Molts   aerobis   són   facultatius,   és   a   dir   que   sota   condicions   apropiades   de   nutrients  poden  créixer  en  condicions  d’anòxiques  o  òxiques.   Els   microorganismes   que   no   poden   respirar   oxigen   s’anomenen   anaerobis,   i   n’hi   ha   dos   tipus,   anaerobis   aerotolerants,   que   poden   tolerar   l’oxigen   i   créixer   en   presència   d’ell   encara   que   no   el   puguin  fer  servir  i  els  anaerobis  obligats,  que  no  poden  viure  o  moririen  en  presència  d’oxigen.  La   raó   per   la   qual   els   anaerobis   obligats   no   puden   viure   en   presència   d’oxigen   no   se   sap   del   cert,   però   es  creu  que  no  són  capaços  de  desintoxicar-­‐se  dels  productes  tòxics  de  l’oxigen.   8.6  Pressió  i  radiació  i  creixement  microbià   A   més   a   més   de   les   adaptacions   anteriors,   existeixen   microorganismes   que   són   capaços   de   sobreviure   a   altes   pressions,   sobretot   microorganismes   que   viuen   a   les   profunditats   marines.   Aquests  s’anomenen  barotolerants  i  poden  créixer  sota  pressions  d’entre  1  i  5  atm.  L’aigua  exerceix   una   pressió   molt   més   gran   en   comparació   amb   l’arie,   de   fet   una   columna   d’aigua   de   10   metres         BLOC  2  CREIXEMENT  I  CONTROL  MICROBIÀ      TEMA  8.  INFLUÈNCIA  DELS  FACTORS  AMBIENTALS  EN  EL  CREIXEMENT  MICROBIÀ   exerceix  la  mateixa  pressió  que  una  columna  d’aire  de  l’atmosfera,  equivalent  a  una  pressió  d’una   atmosfera.     La  major  part  del  mar  profund  (un  75%)  es  troba  situat  a  profunditats  superiors  a  1000  metres.  Els   microorganismes   capaços   de   suportar   pressions   superiors   a   40   atmosferes   s’anomenen   baròfils   extrems.   Una   altra   classe   d’organismes,   són   capaços   de  protegir-­‐se   enfront   la   radiació,   que   pot   ser  ionitzant,   ultravioleta   o   bé   la   llum   visible   (que   produeix   el   fenòmen   de   la   fotooxidació,   la   generació   de   singlets  d’O2  altament  reactius  que  poden  destruir  la  cèl·∙lula).         ...