Capitulo 3 Crecimiento PDF

Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: Microbiología médica e inmunología. Una guía acerca de las enfermedades infecciosas, 17e CAPÍTULO 3: Crecimiento CICLO DE CRECIMIENTO Cuando se piensa en el crecimiento, por lo general se refiere a los cambios de peso (¿cuántos gramos ha ganado...

Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: Microbiología médica e inmunología. Una guía acerca de las enfermedades infecciosas, 17e CAPÍTULO 3: Crecimiento CICLO DE CRECIMIENTO Cuando se piensa en el crecimiento, por lo general se refiere a los cambios de peso (¿cuántos gramos ha ganado un lactante?) o altura (¿cuántos centímetros creció un niño?). En cambio, si se piensa en el crecimiento bacteriano por lo general significa referirse a la cantidad de bacterias. Las bacterias se reproducen por fisión binaria, un proceso mediante el cual una célula se divide en dos células, dos se dividen en cuatro, cuatro en ocho, etc. Esto se conoce como crecimiento exponencial (crecimiento logarítmico), que se ilustra mediante la siguiente relación: Número de células 1 2 4 8 16 Exponencial 20 21 22 23 24 Por tanto, una bacteria dará origen a 16 bacterias después de cuatro generaciones. El tiempo de duplicación (generación) de bacterias varía desde 20 min para Escherichia coli hasta 18 a 24 horas para Mycobacterium tuberculosis. El concepto de crecimiento exponencial (y el breve tiempo de duplicación de algunos microorganismos) explica cómo suelen producirse grandes cantidades de bacterias en cortos periodos de tiempo. Por ejemplo, una E. coli llega a producir más de un millón de bacterias en alrededor de 7 horas. El tiempo de duplicación varía no sólo con la especie, sino también con la cantidad de nutrientes, la temperatura, el pH y otros factores ambientales. El ciclo de crecimiento de las bacterias tiene cuatro fases. La figura 3–1 ilustra las fases típicas de una curva de crecimiento estándar cuando se inocula una pequeña cantidad de bacterias en un medio líquido y la progenie se cuenta a intervalos frecuentes. 1. Fase de latencia o de retraso: Existe actividad metabólica, pero las células no se dividen. Esto puede durar desde unos pocos minutos hasta varias horas. 2. Fase logarítmica (logarítmica o exponencial): Se produce una división celular rápida. Muchos antibióticos, como la penicilina, son más eficaces durante esta fase porque interrumpen los procesos biosintéticos que lleva a cabo la célula bacteriana mientras se divide de manera activa. 3. Fase estacionaria: El agotamiento de los nutrientes o los productos tóxicos hacen que el crecimiento se ralentice hasta que la cantidad de células nuevas producidas equilibre la cantidad de células que mueren (también llamado estado estacionario). 4. Fase de muerte: La disminución en el número de bacterias viables. FIGURA 3–1. Curva de crecimiento de las bacterias: a, fase de latencia; b, fase logarítmica; c, fase estacionaria; d, fase de muerte. (Reproducida con autorización de Joklik WK, Willett HP, Amos DB: Zinsser Microbiology, 20th ed. New York, NY: McGraw Hill; 1992). Downloaded 2024­2­13 5:2 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 3: Crecimiento, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 1 / 3 FIGURA 3–1. Universidad Pontificia Bolivariana Access Provided by: Curva de crecimiento de las bacterias: a, fase de latencia; b, fase logarítmica; c, fase estacionaria; d, fase de muerte. (Reproducida con autorización de Joklik WK, Willett HP, Amos DB: Zinsser Microbiology, 20th ed. New York, NY: McGraw Hill; 1992). CRECIMIENTO INTRACELULAR OBLIGADO Es posible cultivar, en medios artificiales en el laboratorio, la mayoría de las bacterias patógenas humanas. El medio suele estar compuesto de sustancias químicas purificadas, como azúcares, aminoácidos y sales esenciales y, con frecuencia, contiene sangre de borrego, que aporta otros nutrientes esenciales. No obstante, ciertas bacterias patógenas humanas, en particular la Chlamydia, la Rickettsia (véanse los capítulos 25 y 26, respectivamente) y la Ehrlichia y Anaplasma (véase el capítulo 26), sólo pueden crecer dentro de las células vivas y se conocen como bacterias patógenas intracelulares obligadas. La razón principal de esto es que carecen de la capacidad de producir suficiente trifosfato de adenosina (ATP, adenosine triphosphate) y deben utilizar el ATP que producen las células huésped. CRECIMIENTO AEROBIO Y ANAEROBIO Para la mayoría de los microorganismos, un suministro adecuado de oxígeno mejora el metabolismo y el crecimiento. El oxígeno actúa como aceptor de hidrógeno en los pasos finales de la producción de energía catalizada por las flavoproteínas y los citocromos. Sin embargo, esto genera moléculas tóxicas, como el peróxido de hidrógeno (H2O2) y el superóxido (O2–). Algunas bacterias poseen dos enzimas, que funcionan en concierto para desintoxicarlas: la dismutasa de superóxido, que convierte el O2– en H2O2, seguida de la catalasa, la cual reduce el H2O2 a moléculas inofensivas de agua y oxígeno. Estas enzimas son importantes porque las bacterias que carecen de ellas no pueden crecer en presencia de oxígeno (y, por tanto, se consideran anaerobias; véase más adelante). Además, la prueba de la catalasa sirve como una importante prueba diagnóstica en el laboratorio clínico. El crecimiento en presencia de oxígeno se usa con frecuencia para clasificar las bacterias en uno de tres grupos: 1. Algunas bacterias, como la M. tuberculosis, son aerobias obligadas; es decir, necesitan oxígeno para crecer porque su sistema de generación de ATP depende del oxígeno como aceptor de hidrógeno. 2. Otras bacterias, como la E. coli, son anaerobias facultativas; utilizan el oxígeno, si está presente, para generar energía mediante la respiración, pero suelen utilizar la vía de la fermentación para sintetizar ATP en ausencia de suficiente oxígeno. 3. El tercer grupo de bacterias consiste en las anaerobias obligadas, como el Clostridium tetani, que no crecen en presencia de oxígeno, porque carecen de la dismutasa de superóxido o la catalasa, o de ambas. Los anaerobios obligados varían en su respuesta a la exposición al oxígeno; algunos sobreviven, pero no consiguen crecer, mientras que otros mueren rápido. Pese a todo lo anterior, para los fines médicos, los aerobios y las bacterias facultativas con frecuencia se denominan aerobios para distinguirlos de los anaerobios. Esto es útil porque, en el laboratorio, las bacterias anaerobias se manejan de manera diferente a las aerobias y, por lo regular, se tratan con diferentes antibióticos. FERMENTACIÓN AZÚCARES Downloaded 2024­2­13 5:2DE P Your IP is 200.3.145.12 Page 2 / 3 CAPÍTULO 3: Crecimiento, ©2024 McGraw Hill. AlllaRights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility En el terreno histórico, identificación de muchas bacterias patógenas humanas importantes se basó en su capacidad para fermentar ciertos azúcares. Por ejemplo, es posible distinguir la Neisseria gonorrhoeae y la Neisseria meningitidis entre sí sobre la base de la fermentación de la glucosa o la maltosa (véase Neisseria meningitidis, en el capítulo 16), y la E. coli se diferencia de la Salmonella y la Shigella sobre la base de la fermentación de algunos sobreviven, pero no consiguen crecer, mientras que otros mueren rápido. Universidad Pontificia Bolivariana Pese a todo lo anterior, para los fines médicos, los aerobios y las bacterias facultativas con frecuencia se denominan aerobios para distinguirlos de los Access Provided by: anaerobios. Esto es útil porque, en el laboratorio, las bacterias anaerobias se manejan de manera diferente a las aerobias y, por lo regular, se tratan con diferentes antibióticos. FERMENTACIÓN DE AZÚCARES En el terreno histórico, la identificación de muchas bacterias patógenas humanas importantes se basó en su capacidad para fermentar ciertos azúcares. Por ejemplo, es posible distinguir la Neisseria gonorrhoeae y la Neisseria meningitidis entre sí sobre la base de la fermentación de la glucosa o la maltosa (véase Neisseria meningitidis, en el capítulo 16), y la E. coli se diferencia de la Salmonella y la Shigella sobre la base de la fermentación de la lactosa (véase Enterobacteriaceae y microorganismos relacionados, en el capítulo 18). Si bien estas pruebas han sido reemplazadas por pruebas diagnósticas moleculares más específicas y sensibles, es un testimonio de las notables y diversas capacidades metabólicas de las bacterias que se distinguen entre especies por perfiles de este tipo. El término fermentación se refiere a la descomposición de un azúcar (como glucosa, maltosa o lactosa) en ácido pirúvico y luego, por lo general, en ácido láctico. Es el proceso por el cual las bacterias facultativas generan ATP y puede efectuarse en ausencia de oxígeno. Cuando hay oxígeno, el piruvato producido por la glucólisis entra en el ciclo de Krebs (ciclo de oxidación, ciclo del ácido tricarboxílico) y se metaboliza en dos productos finales, CO2 y H2O. El ciclo de Krebs genera mucho más ATP que el ciclo glucolítico; por tanto, las bacterias facultativas crecen más rápido en presencia de oxígeno. Las bacterias facultativas y anaerobias fermentan, pero las aerobias, que sólo crecen en presencia de oxígeno, no lo hacen. Los aerobios, como Pseudomonas aeruginosa, producen metabolitos que entran en el ciclo de Krebs por procesos distintos a la glucólisis, como la desaminación de aminoácidos. Durante la fermentación se generan productos finales ácidos, como el lactato, que es posible detectar mediante un indicador que cambia de color según el pH. Por ejemplo, si se fermenta un azúcar en presencia de rojo fenol (un indicador), el pH se vuelve ácido y el medio, amarillo. Sin embargo, si el azúcar no se fermenta, no se produce ácido y el rojo fenol permanece rojo. Esta sencilla prueba se puede utilizar para diferenciar entre microorganismos que guardan estrechas relaciones entre sí, pero con diferentes perfiles de fermentación. METABOLISMO DEL HIERRO El hierro, en forma de ion férrico, es necesario para el crecimiento de las bacterias porque es un componente esencial de los citocromos y otras enzimas. En el cuerpo humano, la cantidad de hierro disponible para las bacterias patógenas es muy baja porque está secuestrado en proteínas que se unen a él, como la transferrina. Para obtener hierro para su crecimiento, las bacterias producen compuestos que se unen al hierro llamados sideróforos. Los sideróforos, como la enterobactina producida por la E. coli, son secretados por las bacterias, capturan el hierro al quelarlo, luego se unen a receptores específicos en la superficie bacteriana, desde donde se transportan de manera activa a la célula, donde el hierro queda disponible para su uso. El hecho de que las bacterias tengan un mecanismo tan complejo y específico para la obtención de hierro demuestra su importancia en su crecimiento y metabolismo. PUNTOS CLAVE Las bacterias se reproducen por fisión binaria, mientras que las células eucariotas se reproducen por mitosis. El ciclo de crecimiento bacteriano consta de cuatro fases: la de latencia, durante la cual se incorporan los nutrientes; la fase logarítmica, en la que se produce una rápida división celular; la estacionaria, durante la cual mueren tantas células como se forman, y la fase de muerte, en la que la mayoría de las células muere porque se agotan los nutrientes. Algunas bacterias suelen crecer en presencia de oxígeno (aerobias y facultativas), pero otras mueren en su presencia (anaerobias). El uso de oxígeno por parte de las bacterias genera productos tóxicos, como el superóxido y el peróxido de hidrógeno. Los aerobios y los facultativos tienen enzimas, como la dismutasa de superóxido y la catalasa, que los desintoxican de estos productos, pero los anaerobios no las tienen y mueren en presencia de oxígeno. Downloaded 2024­2­13 5:2 P Your IP is 200.3.145.12 CAPÍTULO 3: Crecimiento, ©2024 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 3 / 3