Bacterias: Crecimiento y Ciclo Celular de Bacterias.
¡Lee este artículo para aprender sobre el crecimiento y el ciclo celular de una bacteria!
Crecimiento de bacterias:
Cuando una célula procariota se inocula (se coloca en o sobre) un medio, que contiene todos los ingredientes esenciales para el crecimiento, la célula: acumulará nutrientes; sintetizar nuevos constituyentes celulares; crecer en tamaño replicar su material genético; colocar nueva pared celular; y, eventualmente, dividir en dos.
En consecuencia, una celda se convierte en dos y luego, después de otro período de tiempo, estas se dividen para convertirse en cuatro. Este tipo de división celular se llama fisión binaria y este tipo de crecimiento duplicado se llama crecimiento exponencial.
Una población de procariotas que crecen, de esta manera se duplicará en número durante un período de tiempo particular llamado generación o tiempo de duplicación.
Tiempo de generación (g) = tiempo (t) / número de generaciones (n)
El número de generaciones se puede calcular, si se conoce el número original (N 0 ) y el número final (N) de celdas, utilizando la fórmula n = 3.3 (log N - log N 0 )
La tasa a la que crece una población (el número de generaciones por unidad de tiempo) se expresa como media, o constante de tasa de crecimiento específica, y esto se mide utilizando la siguiente ecuación:
Tasa de crecimiento media (μ) = 0, 69 / g
De esta fórmula se puede ver que a medida que aumenta la tasa de crecimiento específica, el tiempo de generación disminuirá.
La velocidad a la que crecen y se dividen las bacterias depende de la naturaleza del microbio, los ingredientes del medio en el que se cultiva y las condiciones ambientales. Por ejemplo, la E. coli, cuando se cultiva en un medio rico, con mucha aireación a 37 ° C es capaz de dividirse cada 20 min.
Esta tasa de división celular disminuye si los procariotas se colocan en un medio mínimo donde se requieren para sintetizar precursores macromoleculares esenciales, como aminoácidos y bases. Por el contrario, Mycobacterium tuberculosis tiene un tiempo de duplicación máximo de aproximadamente 18 horas y tomará mucho más tiempo que la E. coli, por ejemplo, para formar colonias en una placa de agar.
Ciclo de células bacterianas:
La secuencia de eventos que se extiende desde la formación de una nueva célula a la siguiente división se denomina ciclo celular. En este ciclo, una célula de E. coli crecerá en longitud, con poco cambio en el diámetro, hasta que alcance un tamaño crítico, el doble de una unidad de longitud de célula.
Se inicia la división celular: se forma un anillo contráctil en el centro de la célula, las proteínas de tabicación sintetizan una nueva pared celular y se forman dos nuevas células, cada una de las cuales contiene al menos una copia del ADN bacteriano. En consecuencia, durante este tiempo, se debe sintetizar una copia del cromosoma y los dos, los cromosomas deben segregarse en las dos células de la progenie.
La replicación del ADN ocurre durante la fase C (replicación del cromosoma) y la segregación del cromosoma ocurre en la fase G (brecha), que puede ser de longitud variable. El mecanismo por el cual los cromosomas se segregan aún no está claro. Finalmente, a través de la pared (septo) se coloca entre los dos cromosomas y la célula se divide en dos (fase D). La división celular y la replicación del ADN deben ser coordinadas.
El inicio de la replicación del ADN en el origen (oriC), una breve secuencia rica en adenina y timina, depende de que la célula alcance una masa crítica (masa de iniciación) y requiere un número de factores de iniciación de proteínas.
Sin embargo, la separación y división del ADN están controladas por la longitud de la célula que debe alcanzar una longitud de umbral particular antes de que los cromosomas se dividan y se inicie la división celular. Una multitud de factores celulares y ambientales controlan el proceso.
Crecimiento rápido:
Cuando las condiciones de crecimiento son favorables, la E. coli puede crecer con un tiempo de generación de aproximadamente 20 minutos. Sin embargo, el tiempo que se tarda en sintetizar una copia completa del cromosoma de E. coli es de 40 minutos, en condiciones óptimas, y la separación del ADN y la división demora otros 20 minutos.
Por lo tanto, el ciclo celular más corto y, por lo tanto, el tiempo de generación de E. coli debe ser de 60 min. Este obviamente no es el caso. Para que las células se dividan más rápido que cada 60 minutos, la replicación del ADN debe comenzar en un ciclo y terminar en otro
Cuando las células crecen rápidamente (tiempo de generación <60 min), el inicio de la replicación ocurre, como es normal, produciendo dos bifurcaciones de replicación que se mueven de manera bidireccional alrededor del cromosoma hasta el punto de terminación.
Sin embargo, los orígenes de estas nuevas cadenas inician más rondas de replicación antes de que finalice la ronda anterior de replicación de ADN. Por lo tanto, cuando se produce la división celular, el ADN en las células hijas ya se está replicando. Cuanto más rápida sea la tasa de crecimiento celular, más se forman las horquillas de replicación, de modo que el ADN en las nuevas células puede tener varias horquillas de replicación.
Crecimiento en la cultura de lotes:
La mejor forma de producir grandes cantidades de microbios es cultivarlos en un medio líquido; la técnica que utilizamos se llama cultivo discontinuo en el que las células se inoculan en matraces de un medio adecuado y se cultivan a una temperatura y un grado de aireación adecuados. Los procariotas que se cultivan de esta manera muestran un patrón particular de crecimiento denominado curva de crecimiento bacteriano.
El número de células bacterianas viables se mide a lo largo del tiempo y se grafica como un gráfico de los números de células viables log 10 en función del tiempo. Esto se llama una trama semi-logarítmica. Se utiliza una escala logarítmica para trazar el crecimiento de procariotas debido a la gran cantidad de células producidas y para revelar la naturaleza exponencial del crecimiento microbiano.
Si se usa una escala aritmética para trazar el 'aumento en el número de celdas, se verá una curva de gradiente creciente. Esto se convierte en una línea recta cuando se utiliza una escala logarítmica. El tiempo de generación para el procariota se puede leer directamente desde el gráfico. La curva de crecimiento procariota revela cuatro fases de crecimiento.
yo. Fase de latencia:
Cuando las bacterias se inoculan por primera vez en un medio, hay un período en el que no se produce crecimiento. Durante esta fase, las células se están adaptando al nuevo entorno, sintetizando nuevas enzimas según sea necesario y aumentando el tamaño de las células listas para la división celular.
La duración de este tiempo depende de la naturaleza del inóculo. Si esto proviene de un cultivo fresco en el mismo medio, la fase de retraso será corta, pero si el inóculo es antiguo o el medio se ha cambiado (especialmente el traslado de bacterias de un medio rico a uno pobre), la fase de retraso será más larga .
ii. Fase exponencial (logarítmica):
Una vez que los procariotas comienzan a dividirse, los números aumentan a una velocidad constante que refleja el tiempo de generación (duplicación) del procariota. Esto se ve como una línea recta en esta parte del gráfico.
iii. Fase estacionaria:
A medida que los procariotas aumentan en número, consumen todos los nutrientes disponibles y acumulan inhibidores del crecimiento. Finalmente, se alcanza un punto en el que no hay un incremento neto en los números de células, visto como un aplanamiento de la curva de crecimiento. Durante este estado de equilibrio, las células siguen funcionando. Existe cierta muerte celular que se equilibra con algunas pequeñas cantidades de división celular controlada.
iv. Fase de muerte:
Después de un tiempo, la tasa de muerte celular es mayor que la división celular y el número de células viables disminuye. Las células se lisan y la cultura se vuelve menos turbia.
Lock et al. (1965) ha propuesto diferentes terminologías para estas etapas de crecimiento. Utilizaron 'tropophase' para la fase de registro y 'idiophase' para la fase estacionaria del cultivo por lotes. Esta curva de crecimiento típica se conoce como 'curva de crecimiento sigmoidal'.
