Crecimiento bacteriano: curva, fases, factores
El crecimiento bacteriano es un complejo proceso que implica muchas reacciones bioquímicas y que resulta en la división celular bacteriana. Si tuviésemos que definirlo más precisamente, diríamos que se trata de un incremento en el número de bacterias de una población, no del tamaño de cada bacteria individual.
Las bacterias son organismos procariotas, carentes de núcleo o de cualquier otro compartimento membranoso intracelular. Son organismos unicelulares, microscópicos, distribuidos naturalmente en todos los ecosistemas sobre la biósfera: en suelos, cuerpos de agua, animales, plantas, hongos, etc.
En comparación con muchos eucariotas, las bacterias generalmente se propagan mucho más rápidamente, lo que puede ocurrir tanto en el contexto natural de cada especie como en ambientes experimentales controlados (in vitro).
Índice del artículo
- 1 ¿Cómo ocurre la división celular en las bacterias?
- 2 Curva de crecimiento bacteriano
- 3 Fases del crecimiento bacteriano
- 4 Factores que influyen en el crecimiento bacteriano
- 5 Referencias
Al igual que en el resto de los organismos celulares, la división celular en las bacterias es un proceso que ocurre bajo estricto control, tanto espacial como temporal, el cual incluye:
– la replicación o duplicación del ADN (el material genético)
– su distribución entre las dos futuras células hijas (polos opuestos de la célula que se divide)
– la separación de las dos células resultantes gracias a la formación de un “septo” o una pared media en la célula que se divide
En estos organismos, tal división celular se conoce como fisión binaria y es el proceso que conlleva al aumento de número de individuos bacterianos en una población, es decir, al crecimiento bacteriano.
Como cada célula durante la división tiene que duplicar su material genético y, consecuentemente, aumentar su tamaño, esto implica que la fisión binaria es un evento bioquímicamente activo, que amerita inversión energética, es decir reacciones de síntesis y reacciones de degradación.
El crecimiento de una población bacteriana puede ser graficado como el aumento del número de células en función del tiempo y esa gráfica dibuja una curva llamada “curva de crecimiento bacteriano”, en la cual se distinguen varias fases donde se dan distintos procesos característicos.
Muchos autores han descrito el crecimiento de una población bacteriana como un proceso exponencial o geométrico, pues cada ciclo de división (también conocido como generación) hace que de 1 célula inicial surjan 2, luego que de estas dos surjan 4, después 8, después 16 y así sucesivamente.
El tiempo necesario para que se forme cada una de estas generaciones se conoce, por tanto, como el tiempo de generación o tiempo de duplicación, que puede ser fácilmente calculado, que generalmente es constante y casi siempre especie-específico.
Para E. coli, por ejemplo, uno de los organismos modelo entre los procariotas, el tiempo de duplicación es de más o menos 20 minutos, mientras que otras especies como Clostridium perfringens o Mycobacterium tuberculosis tienen tiempos de duplicación de 10 minutos y de más de 12 horas, respectivamente.
Es importante mencionar que el tiempo de generación y, por ende, el crecimiento bacteriano, puede alterarse en dependencia de diversos factores, de los que hablaremos más adelante.
A través de los años, los científicos han logrado describir el fenómeno del crecimiento bacteriano utilizando métodos gráficos, y es así como vio la luz lo que hoy conocemos como la curva de crecimiento bacteriano.
Esta curva no es más que un gráfico donde se muestra el aumento del número de células en un cultivo (graficado en escala logarítmica) por unidad de tiempo, a partir del cual se obtiene valiosa información.
Generalmente, todas las bacterias crecidas experimentalmente in vitro a las cuales se les proporcionan todos los nutrientes necesarios para crecer exhiben un patrón de crecimiento similar, que puede ser fácilmente observado cuando se grafica la curva de crecimiento.
En esta curva de crecimiento se distinguen varias etapas o fases, que son muy características y para las que los microbiólogos han conseguido explicaciones biológicas plausibles.
Como ya comentamos, una población de bacterias crece exponencialmente, por lo que las curvas de crecimiento de grafican en escala logarítmica.
Dado que el comportamiento durante el crecimiento bacteriano no es uniforme, es decir, no describe una línea recta siempre en ascenso, en una típica curva de crecimiento se observan cuatro fases, que se conocen como:
– fase de latencia (lag)
– fase exponencial o logarítmica (log)
– fase estacionaria
– fase de declive o muerte
Para iniciar un cultivo bacteriano se parte de un pequeño inóculo celular. Cuando este inóculo es introducido en un medio de cultivo fresco completo, es decir con todos los nutrientes necesarios para crecer a la especie bacteriana dada, inicialmente no se observan cambios en el número de individuos.
Se ha demostrado que durante esta fase de “latencia”, en la cual no parece haber crecimiento celular, las bacterias acrecientan su tamaño y están metabólicamente muy activas, pues están sintetizando ácidos nucleicos, proteínas y enzimas, etc.
La duración de esta fase en el tiempo depende de algunos factores intrínsecos de la población y de algunos factores ambientales. Por ejemplo:
– del tamaño del inóculo inicial
– de las condiciones ambientales previas del inóculo
– del tiempo para sintetizar los elementos necesarios para la división
Cuando las bacterias están listas para comenzar a dividirse se observa un aumento exponencial en el número de células por unidad de volumen por unidad de tiempo. Están, entonces, en la fase exponencial o logarítmica de la curva.
Durante esta fase se considera que la mayor parte de las bacterias están pasando por eventos de fisión binaria a una velocidad constante y es en esta fase que los científicos calculan el tiempo de duplicación.
Al igual que todas las fases del crecimiento bacteriano, la fase exponencial o logarítmica y el tiempo de duplicación de una población depende no solo de la especie, sino de que las bacterias en el medio de cultivo encuentren todos los nutrientes necesarios y las condiciones adecuadas para su crecimiento.
El crecimiento exponencial de las bacterias no es infinito y esto se debe a que el medio de cultivo, que es un sistema de crecimiento cerrado, tarde o temprano se queda sin nutrientes (las bacterias lo consumen todo).
Además de los nutrientes, un aumento en el número de células en un volumen constante (aumento de la concentración celular) es sinónimo también de un aumento en la concentración de metabolitos o productos de desecho que pueden tener efectos inhibitorios en el crecimiento.
Un mayor número de células en un espacio finito también implica que eventualmente no habrá suficiente espacio para más células, lo que se traduce en una inhibición del crecimiento.
En esta fase, llamada fase estacionaria, algunas células continúan dividiéndose, pero otras comienzan a morir a una tasa similar, por lo que la curva se aplana.
Después de la fase estacionaria, que se observa como un plató en la curva de crecimiento, prosigue la fase de muerte o declive, donde las bacterias comienzan a morir y la curva sufre un declive.
Durante la fase de muerte las bacterias mueren exponencialmente, por lo que se considera una etapa “reversa” que la fase exponencial.
Existen numerosos factores que influyen en el crecimiento bacteriano, muchos de ellos relacionados con el medio donde crecen.
Como todos los organismos vivos, las bacterias necesitan ciertas condiciones “básicas” para sobrevivir, que van más allá del alimento. Así pues, podemos enlistar algunos de los principales factores que pueden alterar o afectar el aspecto de una curva de crecimiento bacteriano:
– la composición del medio de cultivo: en cuanto a fuentes de carbono y en cuanto a elementos esenciales
– el pH
– la temperatura del medio
– la concentración de iones y minerales
– la concentración de gases
– la disponibilidad de agua
– la cantidad de células
– la presencia de metabolitos
– la presencia de antibióticos y otras sustancias potencialmente bactericidas
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