CíNEtica Celular y Diseño de Fermentadores PDF

UNI VERSI DADMAYORREALYPONTI FICIADESAN FRANCI SCOXAVI ERDECHUQUISACA FACULTADDETECNOLOGÍ A FUNDAMENTOSDEI NG.BI...

UNI VERSI DADMAYORREALYPONTI FICIADESAN FRANCI SCOXAVI ERDECHUQUISACA FACULTADDETECNOLOGÍ A FUNDAMENTOSDEI NG.BI OQUI MICAPRQ218 Ci nét icacel ularydi señodef erment ador es- Tar ea8. 1. I NTEGRANTES: - Al i zar esVar gasShi rl eyCl eof e - Saav edr aJuanesSal ma - Gar rónPanosoMar iana DOCENTE: CamachoCal der onFr anci scoJav ier FECHADEPRESENTACI ÓN 24/ 10/ 24 SUCRE–BOLI VIA Capí tul o8 Ci nét icacel ularyDi señodeFer ment ador es 1.I ntr oducci ónal aci nét icacel ular Lacinét i cacel ularserefi erealestudi odelastasasdepr ocesoscelul aresincl uyendol a divi sióncel ular,elciclocelul aryl asacti vi dadesmet abólicasdentrodel ascél ulas, may orment esecent r aenl ascélul aseucari otas(cél ulasmadr es,célul asanimal eso vegetales)ysusmecani smosinternosi ncluyendoaspectoscomol ar egul acióndel cicl ocel ular,puedev erseafectadaporfactorescomonut ri ent es,pH,t emper atura. (Rodriguez,1985) Lacinéti cacel ularesunaherramient acl aveparaent endercómofunci onanlascél ulas, apl icadasenelámbi todelabi ol ogí aparadesar rol laral gunost ratamient osparalas enf ermedades.(Rodrì guez, 1985) 1. 1. Def ini ci onesr elaci onadasal creci mient ocel ular  Crecimientocel ul ar.Ser efi ereaunaument oenl amasat otaldeuna célula,incl uido elv ol umen citoplasmát i co,nucl earydeor gánulos.El crecimientocelularocurr ecuandol at asageneraldebiosí ntesi scel ul ar (produccióndebi omoléculasoanabol i smo)esmay orquelatasageneral de degr adación cel ular(la destr ucción de biomolécul as a tr avés del proteasoma, li sosomaoaut of agiaocat aboli smo).  Prol ifer aci ón cel ular.Las poblaci ones cel ular es atrav iesan un ti po part icul ardecreci mi ent oexponenci all lamadoduplicaci ón.(Rodr íguez, 1985)  Divi sióncelular.Paralamay orí adel osconst i tuyentesdel acélula,el crecimient oesunpr ocesoconstant eycont i nuo,quesei nter rumpesól o brevementeenl af aseM,cuandoelnúcleoyl uegolacél ul asedi v idenen dos.Sedi v ideenvari asfases: G1( cr eci miento),S(sínt esisdegeneración), G2( prepar aci ónparalamitosi s)yM (mit osis).(Rodríguez,1985)  Met abolismo cel ular.conj unto de r eacciones quí micas cont roladas, medi antel ascual esl osser esv i v ospuedencambi arlanat uralezade ciertas sust anci as par a obt enerasíl os element os nut r iti vos y l as cantidadesdeener gíaquer equierenenl ospr ocesosdecr ecimi ento, desar r ollo,reproducción,respuest aaest ímulos, adaptaci ónysost éndel a vida,tienel ugareneli nt eriordel ascél ul asdel osor ganismosv ivos,a travésdeunconj untodesust anciasor gánicas,denat ur alezapr ot ei ca, l lamadasenzi mas,quesonl asencar gadasdepr opiciardetermi nadas reaccionesbi oquími cas.( Rodr íguez, 1985)  Fact oresdecreci miento.Sonprot eínasqueest imul anelcr eci mient oyl a prol i feraci óncel ular.(Rodr íguez ,1985)  Creci mient o exponencial.La tasa de creci miento es propor cionalal tamañoactualdel apobl acióncelul ar,esdecirquelascélul assedi vi den paraaumentarl apoblación.(Rodr íguez,1985)  I nhibi cióndelcr ecimi ento.Sedeti eneoseralent izael creci mient ocel ular , puedesercausadospordi sti ntosf actor es.( Rodrí guez,1985)  Cr eci mient oporcul ti vos:Elcr eci mient oporl otesser efi erealcul ti vode  cél ulasenunr ecipi ent econunacargainici aldemedi oquenoseal ter a mediantelaadiciónoeli minaci óndenutr ient esadici onales.Estaf ormade cul ti v oessimpl eyampliament euti li zadatantoenellaborator iocomoen l aindustri a.(Shuler, 2002)  Cuant i fi caci ón de l a concent r ación celular:La cuant i ficación de l a concent r ación cel ul aren un medi o de cul t ivo es esenci alpar al a det erminaci ón de l a ci nét ica y l a estequiomet r ía delcr ecimiento mi crobiano. Los mét odos ut i li zados en l a cuant i ficación de l a concent r acióncelularsepuedencl asi fi carendoscat egor í as:directae i ndi recta.Enmuchoscasos, l osmét odosdirectosnosonf actibl esdebi do al apr esenci adesól i dossuspendi dosuot r oscompuest osi nterf erentes enelmedi o.Elnúmer odecel daol amasacel ularsepuedencuant ifi car dependi endo delt i po dei nformaciónnecesar iayl aspr opiedadesdel sistema.Laconcent r acióndemasacel ul aramenudoser efi ereal a medi ci óndel adensi daddelnúmer ocelul arcuandosol osemi deuna, per ol a combi nación de l asdosmedi ci onesa menudo esdeseabl e. (Shul er,2002)  Deter mi naci óndel adensi dadcel ular:Par aelr ecuent odi rect odecél ulas sesuel eut ilizarunpor t aobj etosdePet r off- Hausserounhemoci tómet r o. Enest emét odo, secol ocaunar ejil lacal ibradasobr el acámar adecul tivo, ysecuent ael númer odecél ulasporcuadr í cul aut i li zandounmi croscopi o. Paraqueseaest adíst icament ef iabl e,sedebencont arypr omedi aral menos20cuadr ículas.Elmedi odecul t i vodebesert r anspar ent eyest ar l ibredepar tículasquepuedanocul tarcél ulasoconf undir seconel l as.Se puedenut il izart i ncionespar adi st i ngui rent recél ul asv ivasymuer tas.Est e mét odoesadecuadopar acul tivosnoagr egados.Esdi fí ci lcont armohos bajoelmi cr oscopi odebi doasunat uralezami celial.Par acont arcél ulas viables se ut il izan pl acas que cont ienen un medi o de cr eci mient o adecuadogel i ficadoconagar( placasdePet ri ).(Lapal abr av iabl eut il izada enest econt ext osi gnificacapazder epr oduci rse).Lasmuest rasdecul tivo sedi luy enyseext iendensobr el asuper ficiedelagaryl aspl acasse i ncuban.Lascol oniassecuent anenl asuper ficiedelagardespuésdel período de i ncubaci ón.Los r esul tados se expr esan en t érmi nos de unidadesf ormador asdecol onias( UFC).Sil ascél ulasf ormanagr egados, entoncesunasol acol oni anopuedef ormar seapar tirdeunasol acél ul a. (Shul er,2002).Es temét odo( recuent oenpl aca)esmásadecuadopar a bacter iasyl ev adur as, per omuchomenosadecuadopar amohos.Sedebe cont ar una gr an cant idad de col oni as par a obt ener un númer o estadí st i cament e conf i abl e. Los medi os de cr eci mi ent o deben selecci onar se con cui dado,y a que al gunos medi os f av orecen el crecimi ent omej orqueot ros.Elr ecuent ov i abl epuedev ariar,dependi endo del acomposi cióndelmedi odecr ecimi ento.Apar ti rdeunasol acél ula, puedenr equer irse25gener acionespar af ormarunacol oni af ácil ment e obser v abl e.Amenosqueseel ijanelmedi oyl ascondi cionesdecul tivo correct os,al gunascél ul asquesonmet aból i cament eact ivaspuedenno formarcol oni as.Enunmét odoal ternat ivo,secol ocaunmedi odegelde agarenunpequeñoani llomont adoenunpor taobj etosdemi cr oscopi oy seext iendenl ascél ulasenest apl acadecul ti v oenmi niatur a.Despuésde unper íododei ncubaci óndeunaspocasv ecesdedupl i caci ón, seexami na elpor taobj et osconunmi croscopi opar acont arl ascél ulas.Est emét odo  ti enemuchasdel asmi smasl imi tacionesquel osr ecuent osenpl aca, pero esmásr ápidoysecont aránl ascél ul ascapacesder epr oducirsesol ode forma l imi t ada.Ot ro mét odo se basa en l ar esi stencia el éctr ica relati vament e al t a de l as cél ulas. Los cont ador es de par tí culas comer ciales empl ean dos el ect rodos yuna sol ución el ectrolít ica.Un electrodosecol ocaenunt uboquecont ieneunor ifi cio.Seapl icav acíoal tuboi nter i or,loquehacequeunasol uci ónel ectrolíti caquecont i enel as células sea succi onada a t rav és delor ifi cio.Se apl ica un pot encial eléctri coat rav ésdel osel ect rodos.Amedi daquel ascél ulaspasana travésdelor i ficio,lar esist enciael éct ricaaument aypr ovocapul sosde voltajeel éct r ico.Elnúmer o depul sosesunamedi dadelnúmer o de par t ículas;l aconcent racióndepar tícul asesconoci da,y aqueelcont ador seact ivapar aunv olumendemuest rapr edetermi nado.Laal turadelpul so esunamedi dadelt amañodel acél ul a.Seut il izansondasconv ar ios tamañosdeor i f i ciopar adi ferent est amañosdecél ulas.Est emét odoes adecuadopar acél ulasdi scr etasenunmedi olibredepar t ículasynose puedeut il izarpar aor gani smosmi cel ial es.Elnúmer odepar t ículasen soluciónsepuededet er minarapar ti rdel amedi cióndel aintensidaddel a l uzdi sper saconl aay udadeunf ot ot ubo( nefelomet rí a).Lal uzpasaa travésdel amuest radecul tivoyunf ot ot ubomi del al uzdi sper sadapor l as cél ulas en l a muest ra.La i nt ensi dad de l al uz di sper sada es propor cionala l a concent r ación de cél ulas.Est e mét odo da mej ores resultadospar asuspensi onesdecél ulasypar tí cul asdi luidas.( Shuler, 2002)  Det erminaci ón de l a concent raci ón de masa cel ular :se descr iben métodosdir ect oseindi rect os. o Mét odosdi rectos:Ladet er minacióndelpesosecocel ularesel mét ododi rect omásut i li zadopar adet ermi narl aconcent raciónde masacel ularyesapl i cableúni cament eacél ul ascul tiv adasenun medi osi nsól i dos.Sihaysól i dosnocel ulares,comosól i dosde mel aza,cel ulosaol i cordemacer aci óndemaí z,l amedi cióndel pesosecoser ái nexacta.Nor mal ment e,lasmuest r asdecal dode cultivosecent ri fuganof i ltranysel av anconunasol uciónt ampón oagua.Acont i nuaci ón,lamasacel ularhúmedal avadasesecaa 80° C dur ant e24hor as;l uegosemi deelpesocel ul arseco.El volumencel ularempaquet adoseut i lizapar aest imardef or ma rápidaper oapr oxi madal aconcent r acióncel ularenuncal dode ferment ación ( fer mentaciones i ndust riales de ant ibióticos).El caldodef erment aci ónsecent rif ugaenunt ubogr aduadocóni coen condi cionesest ándar( r pm yt iempo)ysemi deelv olumende células.Ot r omét odor ápidosebasaenl aabsor ci óndel uzporl as células suspendi das en elmedi o de cul ti v o de muest ra.La i ntensi dad de l a l uz t ransmi t ida se mi de ut il izando un espect rómet ro.Lamedi cióndel at urbi dezodensi dadópt icadel medi o de cul ti vo pr oporci ona un mét odo r ápi do,económi co y simpl e par a est imarl a densi dad cel ularen ausenci a de ot r os sólidosocompuest osqueabsor banl al uz.Elgr adodet ransmi si ón del al uzenunacámar ademuest raesunaf unci óndel adensi dad celularyelespesordel acámar a.Lat ransmi sióndel al uzse modul at antoporl aabsor cióncomoporl adi sper si ón.Lascél ul as  pigment adasdanr esult adosdi ferentesal asnopi gment adas.Se debeconsi derarlaabsor cióndef ondoporl oscomponent esdel medi o,en par ticularsise absor ben especies di suelt as en l as células.Elmedi odebeest aresenci almenteli bredepar t ículas.El procedi mient oadecuadoi mpl i caelusodeunal ongituddeonda quemi nimicel aabsor ciónporl oscomponent esdelmedi o( se util izan a menudo l ongitudes de onda de 600 a 700 nm) ,la "observ ación"f r ent ealmedi oyelusodeunacur vadecal ibr ación. Lacur v adecal ibraciónr elaci onal adensidadópt ica( DO)conl as medi cionesdepesoseco.Di chascur vasdecal ibraciónpueden volversenol i nealesav aloresal t osdeDO ( >0, 3)ydependenen ciert amedi dadel estadof isiol ógicodel ascél ulas.(Shuler,2002) o Mét odosi ndirect os:Enmuchospr ocesosdef erment ación,como l as f er ment aciones de moho,no se pueden ut il izarmét odos direct os.Enest oscasosseut il izanmét odosi ndirect os,quese basanpr incipalment eenl amedi cióndelconsumodesust rat oy /o l af or maci óndepr oduct odur ant eelcur sodelcr ecimi ent o.Los component esi nt racel ular esdel ascél ulas,comoelARN,elADNy l as pr ot eínas,se pueden medi rcomo medi das i ndirectas del creci mi ent ocel ul ar.Dur ant eunci clodecr ecimi ent oporl otes,l as concent raciones de est os component es i ntracel ulares cambi an con elt iempo.En l af igur a se v el av ar i aci ón de ci ertos component es i ntracel ul ares con elt iempo dur ant e un ci clo de creci mi ent oporl otes.Laconcent r aci óndeARN( pesoARN/ cél ula) varíasi gni fi cat i v ament edur anteunci clodecr eci mient oporl ot es; sinembar go,lasconcent raci onesdeADNypr oteínasper manecen bast ant e const ant es.Porl ot ant o,en un medi o compl ejo,l a concent ración deADN sepuedeut i li zarcomo unamedi dadel creci mi ent omi cr obi ano.Lasmedi ci onesdepr oteínascel ularesse puedenl ogr arut ilizandodi ferent esmét odos.Par aest epr opósi to, sepuedenut ili zarl osami noáci dost otales,Bi ur et,Lowr y( react i v o def olina)yl asmedi cionesdeni trógenoKj eldahl.Losami noáci dos totales y el mét odo de Lowr y son l os más conf iabl es. Reci ent ement e,se han desar r ol lado ki ts de det ermi naci ón de prot eínas de v arios pr ov eedor es par a medi ciones de pr oteí nas simpl es y r ápi das.Si n embar go,muchos medi os cont ienen prot eínascomosust r at os, loquel imi tal aut il idaddeest eenf oque. Laconcent racióni nt r acel ulardeATP( mgdeATP/ mgdecél ulas) esapr oxi madament econst ant epar aunor gani smodet ermi nado. Porl ot ant o,laconcent raci óndeATPenuncal dodef erment aci ón sepuedeut il izarcomounamedi dadel aconcent racióndebi omasa. Enocasi ones, l osnut rient esut il izadospar alapr oducci óndemasa celul arpuedenmedi rsepar asegui relcr ecimi ent omi crobiano.Los nut ri ent es ut ili zados par al af or maci ón de pr oduct os no son adecuadospar aest epr opósi to.Sepuedenut i lizarmedi cionesde nit r ato, fosfatoosul fato.Laut il i zaci óndeunaf uent edecar bonoo l at asadeabsor cióndeoxí genosepuedenmedi rpar acont rol arel creci mi ent ocel ul arcuandol amasacel ulareselpr oduct opr inci pal. Lospr oduct osdelmet abol i smo cel ularsepuedenut i li zarpar a cont rol arycuant ificarel cr ecimi ent ocel ular.(Shul er, 2002)  Fi gur a1. -Pesodelcomponent evs.Ti empo, conr espect oal tamañodecel da. Fuent e:Shul er, 2002. 1. 2. Model osdeci nét icacel ularNoest ruct urados Seempl eanelterminodepoblaciónmicr obianaobiomasaignorandocomplet amentelas est ructurasint ernasdel ascél ulasquecomponendi chabiomasay aqueseconsi deraa l a pobl aci ón como una uni dad homogéneament e di str ibui da,son úti l es para ser empleadosconf inestecnol ógi cos.(Rodr íguez, 1985)  Modelonoestruct uradodelcreci miento.Relacionanelcrecimi entodel microor gani smoúnicamenteconlapr opiaconcentr acióndelabiomasa, otr osque hacen dependerelcreci mi ent o de la concent raci ón de un sustr atoquesesuel endenominarsustr atoli mitante. LaleydeMalthusdescri beelcr eci mientobal anceado,peroesincapazde predeci rlaconcentr aci óndebiomasaenl afaseestaci onari a,yaquesu tendenci ahaci ael cr eci mient oesinf ini ta. dcx =μcx dt La ecuación logísti ca depende úni camente de l a concent raci ón de bi omasa, presentandot r esf asesdecr eci mient odelosmicroor gani smos: l atenci a,exponenci alyestacionar ia. dcx c 1- x ) =μcx( dt cxm ( Rodr íguez, 1985)   Modelosdeconsumosdesust r atosyf or maci óndepr oductos.Rel aci ona l av eloci dad de cr eci miento de la pobl aci ón con la de consumo del sust ratomediant eunrendimientomacroscópi co.(Rodr íguez,1985)  Inf luenci adelasvar iabl esdelospar ámetr os.Inf luy enenl avel oci dadde cambio de los si stemas microbi anos son:t emperat ura,PH y la concentr aci óndeoxí genosdisuel tos.(Rodr íguez, 1985) 1. 2.1.Model oci nét icodeMONOD Este modelo es en la act ual i dad elpunto de part ida de l a may orpart e de los tr atamient osmat emáti cosdelcreci mient omi cr obiano.Llev aelnombr edeJacques Monod,quienpropusousarunaecuacióndeestaf orma,pararelacionarl astasasde creci mient omi crobianoenunambi ent eacuosoconl aconcentracióndeunnut ri ente l imitant e. LaecuacióndeMonodt i enel ami smafor maquel aecuaci óndeMi chael i s-Ment en, pero sediferenci aenqueesempí r ica,mi entr asquel aúlt imasebasaenconsi der aci ones teór icas.(Monod, 1942) S μ=μmax KS+S Donde: µ: esl atasadecr eci mient oespeci fi cadel osmi croor gani smos. μmax: esl atasadecr eci mient oespeci fi camáxi madel osmi croor gani smos S: esl aconcent raci óndel sust rat oli mit ant epar ael creci mient o. KS: esl aconst ant edemedi avel oci dad. μ KS:seobti endoμ= max quesust enehaci i tui doenlaanteri orecuaci ónll egaaserque 2 KS =Sesdecirqueeslaconcentr aci óndesust r atocuandolavel oci dadespeci fi cade creci mientocoi nci deconl ami t addesuv alormáxi mo.(Rodrí guez, 1985) Fi gur a2. -Tasadecr eci mient oespeci fi car espect oal aconcent raci óndesust rat o.  Fuent e:Rodr íguez, 1985 Monodsuponequeelmedi osepuedeformulardetalmanera,quelaconcentr aci ónde unsolo sustr ato seal aqueaf ect ealcr ecimient o(sust rato o nutr ient el i mit ante). Además,tambiénsuponequeunacant i dadf i jadadesustrat ol i mitanteseconsume paraproduci runaunidaddebiomasa.Lav el ocidaddecrecimient oser i a.(Rodr íguez, 1985) v eloci daddecr eci mient o=μ*X ( gbi omasa/ 1.h) μX Ylavel oci daddeconsumodesustratoli mit ant e, dondeYX eselrendi mientoque YX r efl ejal aef icaci adel aconver sióndelsust rat oamasacel ul ar.( Rodrí guez,1985) Bajolahipótesi sdeunsolosust ratoli mitant e,lav el oci dadespecí fi cadecreci mient o seri asolof unci 6ndelaconcent racióndedi chosustrat o,enelsupuest odequel a temperat uraseaconst ant e,µ=f(S).(Rodr íguez,1985) 1. 2.2.Ev aluaci óndel ospar ámet rosci nét icosdeMONOD Elmodel odeMonodcontiene3parámetros:Y,μmaxyKs;parámetr osquedependende l anat ural ezadelor ganismo,del anat uralezadelmedi o,delsustr atol i mitant e,dela temperatur aydelpH.( Rodr í guez, 1985) se encuentra que elrendimiento Y es aproxi madamenteindependi ent e de la temperatur a.Porotraparte,Ksdi sminuy ealel ev arselatemperat uraylosval ores recí procosdeKssepuedenaj ustaraunaecuaci óntipoAr rheni us: 1 =Ae-E1/RT Ks 1 ( Rodr íguez, 1985) Par a l atasadecrecimient omáxi maseencont róquesuv alorseincr ementabaal el evarsel atemper aturahastaal canzarunmáxi mo,pasadoelcual ,di sminuir áalsegui r el evandol atemperat ura;l adependenci asepodí aexpresardel aforma:  - E2 - E3 μmax=A2eRT- A3eRT Estosdatosdeenergíasdeacti vacióni ndi canquelaet apadecal dadelcreci mientocon l at emperaturaesmuchomássensi bleaesta.Aunquenoest ámuyclaroelsigni fi cado fí sicodeest asener gíasdeacti v ación,puest oquenoseconoceaquécant idadmolar estánrefer idas,l ociertoesquel ar el acióndeAr rheniusesmuyútilcomomedi ode cal cularelefect odelatemperatura.(Rodrí guez,1985) Monodestudiópr imer ol osdat osdeculti vosporcar gasyobt uvol ospar ámet rosdesu model otratandol osdatosexper iment ales. dX dS =- Y dt dt ( Rodr íguez, 1985) Consi der ando elrendi mient o constant e,l aint egr aci ón de est a ecuaci ón per mit e obt enerl arel aciónest equi ométr ica: X- XO =Y( SO- S) DondeXO ySO repr esentanlascondicionesi nici ales.Elf actorder endi mient osepuede obtenerdet erminandolaconcentraciónmáximaenbi omasaqueseobti enecuandoS ti endeacero.(Rodrí guez,1985) Lasconstantesμm ykssepuedenobtenerporunt rat amient osimilaraldeLineweaver - Burkparal acinét icaenzimáti ca.Teniendoencuentaladefi nici óndel av eloci dad especi fi cadecr eci miento, µ,l aecuaci 6ndeMonod, sepuedeponerdelafor ma: 1dX S μ= =μ Xdt maxKS+S ( Rodr íguez, 1985) Tambi ént ieneot raf ormadeescr ibi rl a dlnX -1 1 K 1 ( ) = + S * dt t=o μmax μmax So 1 Siser epr esent agr áfi cament eelpr imermi embr o(v alor esi nici ales)f rent ea (par a So di stintosval oresdeSo)seobtieneunalí nearectaenlacuallaordenadaenelorigenes 1 K ysupendi ees S l ent oquepermit edeterminarambospar ámetr osdel modelode μmax μmax Monod.LaTabl aldaal gunosv al oresdeKSpar aelmodel odeMonod. ,obser vándose quel osval oresdeKSsongener al mentepequeños.(Rodr íguez, 1985) Fi gur a3. -Val oresdekspar ael model odeMONOD.  Fuent e:Di az, 1985. Sehacuest i onadolavali dezdelospar ámet r osdelmodel odeMonodobt eni dosporel procedi mientoanter ior ,puestoquelasi tuaci 6nesnoestaci onar iayl ascél ulasestán somet i dasaunascondi cionesencont inuocambioypuedennohaber seadapt ado total menteadichoentor no. 2.Fer ment ador esdi scont inuosoporl otes( Bat ch) Paral os mi cr obi os,elcr eci mi ent o es su respuesta más esenci ala su entorno fi sicoquímico.El crecimientoesel result adot antodelarepli cacióncomodel cambioen eltamañodel acél ul a.Losmi croorganismospuedencr ecerbajounav ari edadde condicionesf í sicas,quí micasynut ri cionales.Enunmedi onut r ienteadecuado,los organismosext raennut ri entesdelmedi oyl osconv i ert enencompuest osbi ol ógi cos. Partedeest osnut ri entesseut ilizanpar alapr oducci óndeener gí aypar teseut i li zan paralabi osínt esi syl af ormacióndepr oductos.Comor esul tadodel autil izaci ónde nutri entes,l a masa mi crobi ana aument a con elt i empo y se puede descr ibi r si mpl ement epor : Sust rat o+Cél ulas→Pr oduct osext racel ular es+Máscél ulas ∑S+X→ ∑P+nX Elcreci mientomicr obi anoesunbuenej empl odeunar eacci ónautocatal í tica.Latasa de creci miento est á di rect ament erel acionada con l a concent raci ón celul ar,y la repr oduccióncel ul areselr esul tadonormaldeest areacci ón.Latasadecr eci miento microbi anosecar acteri zaporlatasadecrecimient oespecífi conet o,def ini docomo: 1 dX μnet= * X dt μnet=μg- kd Donde: X: Concent raci óndemasacel ular( g/l ) t :Ti empo( h) μnet:Tasadecr eci mient oespecí fi conet o(h-1). Elcreci mient oespecí fi conetoesl adi ferenciaentr eunat asadecreci mient oespecíf ico br o,μg ( ut h-1),ylatasadepér di dademasacel ulardebidoal amuertecel ularo metaboli smoendógeno,kd (h-1).Elcreci mi entomicrobi anotambiénsepuededescribi r entérminosdeconcent r aci óndenúmer ocelular ,N,asícomoX.Enesecaso: 1 dN μR = * N dt Donde:μR:Tasaderepli caciónespeci fi canet h-1) a(.Sii gnor amosl amuer tecel ular,kd ' usamoselsí oμR yenl mbol oscasosenlosquel amuer t ecel ularnoesi mport ante,μR = ' μR(Shul er,2002) 2. 1. Ci cl odecr eci mient opar acul ti vosporl otes( Bat ch) Unreactorinter mi t enteodiscont inuosseempl eaparaoper aci onesapequeñaescala paraprobarnuev osprocesosqueaúnnosehandesar rol l adoensut ot ali dad,para fabr icarproductoscostososypar aprocesosdif íci l esdeconv er ti renoper aci ones conti nuas.(Shul er,2002) Elreact orint ermitentet i enelav ent ajadeper mi t irunaaltaconver sión,quepuede obtenerse dejando elr eact ivo dentro delreactorporper i odos pr olongados,per o tambi én cuenta con la desventaja delal to costo de mano de obra porl ot e,la vari abi l i daddelpr oductodeunl oteaot royladifi cultadpar aproducci ónagr anescal a. (Shuler,2002) Unreactori nter mitent enot ienefluj odeentradadereact ivosnif luj odesal i dade pr oductosmient rasseefect úalareacci ón.( Shul er, 2002) Fj0= Fj=0 2. 1.1.Pat ronesdecr eci mient oyci nét icaencul ti vosporl otes Cuandosei noculaunmedi onutr it ivolí quidoconuncul t ivodesemill as,losorgani smos absorben sel ect ivamentel os nutri entes disuelt os delmedi o yl os convierten en bi omasa.Unacur vadecr ecimi entoporlotest í picaincl uyelassi guientesfases:(1)fase de retraso,( 2) fase de cr eci miento l ogarí tmico o exponencial,( 3) fase de desaceleración,( 4)f aseestaci onari ay( 5)fasedemuer t e.(Shul er, 2002) Fi gur a4. -Pat ronesdecr eci mient orespect oal creci mient o.  Fuent e:Shul er, 2002. 2. 2. Fasesdecr eci mient o 2. 2.1.Fasedel atenci aor etr aso Laf asedel atenci aocur reinmedi atament edespuésdel ainoculaciónyesunper í odo deadapt acióndel ascélulasaunnuev oambi ente.Losmi croorganismosr eor gani zan sus const i tuyentes mol ecul ares cuando son t ransferi dos a un nuev o medi o. Dependi endodel acomposi cióndel osnut ri entes,sesi ntetizannuev asenzimas,se repri mel así nt esisdeal gunasot rasenzi masyl amaqui nariai nt ernadel ascélul asse adapt aal asnuev ascondi ci onesambi entales.Estoscambi osr ef lej anl osmecanismos i ntracelularespar alar egulacióndel ospr ocesosmet abólicos.Dur anteestafase,l a masacel ularpuedeaument arunpoco,si nunaument oenl adensi daddelnúmer ode células.Cuandoeli nóculoespequeñoyt i eneunaf r acci ónbaj adecél ul asv i abl es, puedehaberunaf asedepseudol atencia,queesr esult ado, nodel aadaptación, sinodel pequeñot amañodeli nóculoodel amal acondi ci óndeli nócul o.Labaj aconcentración deal gunosnut ri entesyf act or esdecr eci mi entotambi énpuedecausarunaf asede l atenci aprolongada. ( Shuler,2002) Laedaddel cul ti v odei nóculotieneunfuert eefectoenl adur acióndel afasedelatenci a. Laedadser efi erealt i empoqueuncul ti vosehamant enidoenuncul t ivoporlot es.Por l ogener al,elperíododel atenciaaumentaconl aedaddeli nóculo.Enalgunoscasos, exist eunaedadópt imadeli nóculoquedacomor esultadounper íododel atenci a mínimo.Par ami nimizarladur acióndelafasedelat encia,lascélulasdebenadapt ar se almedi odecr ecimientoyl ascondici onesantesdel ainoculación,ylascélul asdeben serjóvenes( océlulasenf aseexponencial )yactivas,yelt amañodeli nócul odebeser grande( 5% a10% env olumen).Esposiblequeseanecesar ioopt i mizarelmedi o nutri ti voei ncl uirci ertosfact oresdecreci mientopar ami ni mizarlafasedelatenci a. Muchaspl antasdef erment acióncomerci alesdependendelcult ivoporlotes;para obtenerunaaltaproducti vidadapar ti rdeunt amañodeplant afij o,lafasedelat encia debeserlomáscor taposible.(Shul er, 2002) Fi gur a5. -Fasedel atenci aor etr aso Fuent e:Shul er, 2002. Sepuedenobser v armúl t iplesfasesdel atenci acuandoelmedi ocont i enemásdeuna fuentedecarbono.Est efenómeno,conoci docomocr ecimi entodi áuxico,escausado poruncambi oenl asvíasmet abóli casenl ami taddeunci cl odecr ecimiento.Después de que se agot a una f uente de carbono,l as células adaptan sus act i vi dades met aból i caspar aut il i zarlasegundaf uentedecar bono.Lapr i mer af uentedecar bono esmásf áci ldeut ili zarquel asegunda,yl apresenci adeunaf uentedecar bonomás fáci lmente disponi bl er epr i me l a síntesis de las enzimas necesar ias para el met abol i smodel segundosust rato.( Shuler,2002) 2. 2.2.Fasedecr eci mient ologar ít micooexponenci al Laf asedecr ecimientoexponenci altambi énseconocecomof asedecr ecimient o l ogar í tmico.Enest af ase,l ascélulassehanadapt adoasunuev oentorno.Despuésde esteper í ododeadapt aci ón,lascélulaspuedenmul ti plicar ser ápidamente,ylamasa celul aryl adensidaddelnúmer odecél ulasaument anexponencialmenteconelt iempo. Esteesunper í ododecr ecimient oequi l ibrado,enelquet odosloscomponent esdeuna célul acr ecenalmi smor i tmo.Esdeci r,lacomposi ci ónpr omedi odeunasol acélula permaneceapr oxi madament econst antedur ant eestaf asedecr eci miento.Duranteel creci mi entoequili brado,latasadecr eci mi entoespecíf icaneta. ( Shuler ,2002) Ladeter minaci óndelnúmerodecélul asodel amasacel ularser íal ami sma.Dadoque l asconcentr acionesdenutr ient essonel evadasenestaf ase,lat asadecr eci mient oes i ndependi entedelaconcent raci óndenut ri entes.Lat asadecreci mient oexponenciales depri merorden: I ntegr ando: ( Shul er, 2002) DondeXyX0 sonl asconcentr aci onesdecél ulaseneltiempotyademást=0.El ti emponecesari oparaduplicarlamasamicr obiana.Elcreci mient oexponenci alse caract eri zaporunalí nearectaenungráf icosemil ogarí tmicodeInXenf unci óndel ti empo: Dondeτd eseltiempodedupl i cacióndelamasacelul ar.Demaner asimi l ar,podemos cal cularunt i empodedupl i caciónenf unci óndelnúmerodecélul asylatasaneta específ icaderepli caci ón.Porl ot anto: ( Shul er, 2002) Dondeτ' d aeseltiempodedupl i caciónbasadoenlatasader epl i cación.Dur anteel ' cr ecimi entoequi li brado,τd ser gualaτd, ái y aquelacomposi ciónyeltamañopromedi o delascél ulasnocambi aránconelt i empo.Lafasededesaceler aci óndelcreci mient o si guealafaseexponencial.( Shul er,2002) 2. 2.3.Fasededesacel eraci ón En estafase,elcreci mi ento sedesaceler adebido alagotami ent o deuno o más nut rient esesencial esoal aacumul aci óndesubproduct ostóxi cosdelcr eci mient o.Para unculti vobacter ianotí pico,estoscambiosocur renenunper í ododeti empomuycorto. Elent or noquecambi arápidament edacomor esult adouncr ecimi entodesequi l i brado. Durant eelcr ecimiento desequili brado,l acomposi ciónyelt amaño del ascélulas ' cambi arán,τd yτd noser áni gual es.Enl af aseexponenci al,elsi stemadecont rol met abólicocelularestáconfiguradopar aalcanzart asasmáxi masder eproducci ón.En l af asededesacel eraci ón,lastensionesi nducidasporelagot ami entodenut rient esol a acumul acióndedesechoscausanunar eestructuraci óndel acél ulapar aaument arlas perspect i vasdesuper v ivenci acel ularenunent ornohost i l.Estoscambi osobservables sonelr esult adodel osmecani smosmol ecul ar esder epr esiónei nducción.Debidoal a rapidez de est os cambi os,laf i siol ogía cel ul aren condi ciones de l i mitaci ón de nutrient essev eencul t ivoscont i nuos.(Shuler,2002) 2. 2.4.Faseest aci onar ia Laf aseest aci onar i acomi enzaalfinaldel afasededesaceleraci ón,cuandolat asanet a decr ecimi entoescer o(nohaydi vi si óncelul ar)ocuandol atasadecr eci mientoesi gual al at asademuer te.Aunquel at asanet adecr eci mi entoescer odur antel af ase estacionar ia, las células siguen si endo met aból icament e activas y pr oducen met aboli t ossecundar ios.Losmet abolitosprimar iossonpr oductosrelaci onadosconel crecimient oyl osmet aboli tossecundar iosnoestánrel acionadosconel cr ecimiento.De hecho,l apr oduccióndeci ert osmet aboli tosaumentadur ant el af aseestacionar i a (antibi óticos, algunashor monas)debi doal adesregul acióndel osmet abol it os.( Shuler, 2002) Duranteeltr anscur sodel afaseest aci onar ia,puedent enerl ugarunoomásdel os si guientesf enómenos: o Laconcent raci óndemasacelul art otal puedeper manecerconst ant e,per oel númerodecélul asvi abl espuededi sminui r. o Puedeocurri rli si scel ularyl amasadecél ulasvi abl espuededisminuir.Puede ocurri runasegundaf asedecr eci mient oyl ascélul aspuedencrecersobr e productosdel isi sdelascél ulasli sadas(crecimi entocr ípt ico). o Lascélulaspuedennoestarcreci endo,per opuedent enerunmetaboli smoactiv o paraproducirmetabol it ossecundari os.Laregulaci óncelul arcambiacuandolas concentraci onesdeciert osmet abol i tos(carbono,ni tr ógeno,f osfat o)sonbajas. Losmet aboli tossecundar iosseproducencomor esult adodeladesregul aci ón demet aboli tos. ( Shul er, 2002) Durantel af aseestacionari a,l acélulacat abol izal asreserv ascelularesparanuev os bloquesdeconst r ucciónypar amonómer ospr oductoresdeener gí a.Estosel l ama met abolismoendógeno.Lacél ul asi empr edebegast arener gí apar amant eneruna membr anaener gizadayel tr ansportedenut r ientesypar afunci onesmet abóli cas esencialescomol amot i li dadylarepar acióndedañosal asestructurascelul ares.Est e gastodeener gí asel l amaener gí ademant enimiento.Laecuaciónadecuadapar a describirlaconv ersi óndemasacel ularenener gíademant eni mientool apérdidade masacel ulardebidoal ali siscel ulardur antelafaseest aci onari aes: ( Shul er, 2002) Dondekesunaconst antedev elocidaddepr i meror denparaelmet abol i smoendógeno yXesl aconcentr acióndemasacel ularalcomi enzodelaf aseest acionaria.ComoSes cero,M escer oenl af aseestacionar i a.Lar azóndel aterminaci óndelcr ecimiento puedeserelagot amientodeunnut r ienteesencialol aacumul acióndepr oductos tóxicos.Siseproduceunpr oductoi nhibi doryseacumul aenelmedi o,l av elocidadde crecimient oser al entizará,dependiendodel apr oduccióndei nhi bidor ,yaunci ertoni v el deconcent raci óndei nhibidor ,elcreci mient osedet endrá.Lapr oducci óndeet anolpor l ev aduraesunej emplodeunaf er mentaciónenl aqueelpr oduct oesi nhibidordel crecimient o.(Shul er , 2002) 2. 2.5.Fasedemuer te Laf asedemuer te(ofasededecl iv e)sigueal afaseestacionar ia.Sinembargo,puede comenzaral gunamuer tecelul ardurantelaf aseestaci onariaynosi empreesposi ble unademar caciónclar aent reest asdosf ases.Amenudo, l ascélulasmuertasselisany l osnut ri entesint racel ularesli beradosalmedi osonut i li zadosporlosorganismosv iv os durant elafaseestaci onar i a.Alfi naldelaf aseestaci onari a, y aseaporagot amientode nutrientesoporacumul acióndepr oductost óxi cos,comienzalaf asedemuer te.La tasademuer tesueleseguirunacinéti cadepr imerorden: ( Shul er, 2002) Durantelafasedemuer t e,l ascélul aspuedenonol isarse,yelr establ ecimi entodel cult ivopuedeserposi bleenl af asedemuer t etempr anasil ascél ulasset ransf i erena unmedi or i coennut r ient es.Tant oenl afasedemuer t ecomoenl aestacionar i a,es i mpor tantereconocerqueexi st eunadi st ri bucióndepr opiedadesent relosi ndivi duos de una pobl ación.Con una di stribución estr echa,la muer t e cel ularocur r irá casi simult áneament e;conunadi str ibuci ónampl i a,unasubf racci óndel apobl aciónpuede sobreviv irdur anteunper íodopr olongado.Esest asubf racciónl aquedomi narí ael rest ablecimi ent odeuncul tivoapar tirdeuninóculoder i vadodecul ti vosest acionarios oenf asedemuer te.Porl ot anto,elusodeuni nóculoant iguopuedesel eccionar vari antesdel acepaor i ginalquet engancapaci dadesmet abólicasal ter adas.( Shuler , 2002) 2. 3. Fact oresqueaf ect anl avel oci dadespecí fi cadel creci mient o 2. 3.1.Concent raci óndesust rat o La v el ocidad específi ca de cr ecimi ento est á dir ectament e r el acionada con l a concent r acióndelsustr atodisponi ble.Abajasconcentracionesdesust r ato,l av el oci dad de crecimi ent o es baja debido a lalimitación de nut r ientes.A medi da que l a concent r acióndesustratoaumenta,lavel ocidaddecr eci mi entoaument ahast aquese al canz aunmáx imo,moment oenqueot r osf actorescomi enzanal i mi t arelcr ecimi ento. Enex cesodesust rat o,puedeocurri rinhi bici ónporsust r ato,loquedi sminuyel atasade creci mi ento. 2. 3.2.Concent raci óndebi omasa A medida que aumentala concentr aci ón de bi omasa (cél ulas mi crobi anas),el cr eci mientopuedev er seaf ectadoporelagotami ent odelsustr atoylaacumulaci ónde pr oduct ostóxicos, comomet abol it osinhi bidor es. Encult ivosbat ch,ladensi dadcelul arpuedei nfl uirenelcompor tami ent odelsi stema debi doal al i mitaci ónporsust rat o. 2. 3.3.I nhi bidor esypr oduct ost óxi cos Durant e elcr ecimi ento micr obiano,algunos mi cr oorgani smos pueden pr oduci r metaboli tostóxicososubproduct osquei nhibensupropiocreci miento.Amedidaque est ospr oduct osseacumul anenelmedi o(especi almenteenuncul t ivobat chcerrado) , l aveloci daddecr eci mient opuededisminui rdebidoaef ect osinhi bit ori os. Al gunosejempl osdepr oductosinhi bidor esincl uyenáci dosor gáni cos,al cohol esy ot roscompuest ossecundar iosquepuedenint erf eri rconl afunci óncelular. 2. 3.4.Di sponi bil i daddeot rosnut ri ent es Ademásdelsust ratopr i ncipal ,ladi sponibil idaddeot r osnut r ient esesenci ales,como fuentesdeni trógeno,fósforo,azuf re,oligoelementosyv i taminas,puedeafectarl a velocidaddecrecimiento.Lacarenci adecual qui eradeestoselementospuedelimit arel crecimientoydisminuirlav el oci dadespecíficadecreci mi ent o.Elbalanceadecuadode estosnut r ient esescr ucialparamantenerunat asadecrecimientoópti ma 2. 3.5.Condi ci oneshi drodi námi cas Enbi orr eact oresbatch,laagi taci ónyai r eaci ónafectanl ahomogeneidaddelculti voyla transfer enci a de oxígeno ynutrientes.Una buena agi tación f aci l itala di stri buci ón uniformedesust ratosygases,mi entrasquel amalaagi taci ónpueder esul taren gradientesdeconcent r aciónyf alt adesumi ni strodeoxí genoencier taszonasdel reactor. 2. 3.6.Temper atur a Larel aci ónentr elat emper atur ayl