Crescita Microbica Flashcards
(9 cards)
Cos’è la crescita microbica? Come avviene?
Crescita significa aumento delle cellule microbiche, la maggior parte dei microorganismi si divide per fissione binaria, gli step sono: allungamento-> formazione del setto-> separazione delle cellule figlie
Quando si sono formate due cellule figlie vuol dire che è avvenuta una generazione, il numero di cellule raddoppia ogni volta.
Cos’è il tempo di generazione?
Il tempo richiesto perché avvenga una generazione cellulare.
Durante una generazione tutti i costituenti cellulari aumentano proporzionalmente
Ciascuna cellula figlia riceve un cromosoma e sufficienti coppie di ribosomi e complessi macromolecolari per essere indipendente.
Il tempo di generazione è estremamente variabile: può essere specie-specifico e/o dipendere da fattori nutrizionali, ambientali, genetici.
Esempio: in coltura in laboratorio E. Coli ci mette 20 minuti a raddoppiare, ma in natura è diverso.
Quali sono le fasi della crescita microbica?
• FASE DI LATENZA: La crescita di una popolazione batterica inoculata in un terreno fresco di solito inizia dopo un periodo di tempo più o meno lungo definito fase di latenza.
Le cellule provenienti da una coltura in fase stazionaria mancano di quantità ottimali di coenzimi e di altri costituenti essenziali per la crescita e necessitano pertanto di un certo periodo di tempo per sintetizzarli
FASE ESPONENZIALE: • La velocità di crescita esponenziale è variabile ed influenzata sia da condizioni ambientali sia dalle caratteristiche genetiche del microrganismo.
• La crescita esponenziale di una coltura in batch non può continuare per un tempo indefinito, è autolimitante arrestandosi a 1-5x109 cellule/ml.
• Generalmente, il termine di questa fase è determinato dall’esaurimento di nutrienti essenziali nel terreno oppure dall’accumulo di prodotti di rifiuto riversati nel terreno dal microrganismo stesso.
FASE STAZIONARIA: Sebbene non vi sia crescita netta in questa fase molte funzioni cellulari, come il metabolismo energetico ed alcuni processi biosintetici, possono continuare.
• Alcuni batteri presentano in questa fase una crescita criptica, alcune cellule si dividono, mentre altre muoiono quindi il numero di cellule rimane costante.
FASE DI MORTE: la conta totale di cellule può rimanere costante mentre la conta vitale diminuisce lentamente. Quando la morte è accompagnata da lisi cellulare, sia la torbidità che il numero totale di cellule diminuiscono
Quali sono gli effetti del substrato sulla velocità di crescita?
In un processo batch la velocità di crescita specifica (curva verde) è influenzata dalla concentrazione di substrato limitante
-colture batch con diverse [S]
-misura di velocità di crescita μ (o k) nelle diverse condizioni
Velocità di crescita e resa cellulare sono influenzate dalla concentrazione di nutrienti solo quando è bassa, quando la costante di saturazione è alta c’è più affinità per il substrato
La curva per l’effetto del substrato sulla velocità è descritta dall’equazione di Monod.
Quando il substrato inizia a scarseggiare la velocità di crescita crolla esponenzialmente
La fase stazionaria è quando velocità di crescita = 0
Cos’è una coltura continua? Come funziona?
Una coltura continua è un sistema aperto dove c’è aggiunta continua di substrato (terreno) fresco e rimozione di quello esausto e coltura in egual volume, così il volume della coltura nel chemostato rimane costante.
La crescita microbica in chemostato è governata da Velocità di diluzione e concentrazione di un nutriente limitante.
Lo stato stazionario è lo stato di equilibrio dove molti parametri rimangono uguali
(DIVERSO dalla fase stazionaria)
Quali sono i fattori ambientali che condizionano la crescita microbica?
TEMPERATURA:
Le temperature cardinali sono minimum, optimum e maximum
Sotto il minimum non si verifica crescita
Ad optimum c’è un aumento nella velocità di crescita, velocità massima per le reazioni enzimatiche
Sopra il maximum la cellula subisce danni letali, perché le proteine denaturano e le membrane citoplasmatiche collassano.
A seconda della loro temperatura ottimale i microorganismi si classificano in:
- Psicrofili= T ottimali basse (0-20)
- Psicotrofi= T ottimali 20-30
- Mesofili = T ottimali 20-40 (tipicamente dei patogeni)
- Termofili= T ottimale 65 (sorgenti termali, aree vulcaniche, impianti di riscaldamento)
- Ipertermofili= T ottimale 85-100 (es geyser, fumarole)
Psicrofili ed Ipertermofili sono definiti estremofili.
PH:
La maggior parte degli ambienti naturali hanno pH = 4 – 9
I microrganismi con optimum di pH per la crescita compresi in questo range sono i più abbondanti in natura
Esempi
Neutrofili = (5.5 < pH < 8) Escherichia coli
Acidofili (pH < 5.5) Rhodopila globiformis
Basofili (alcalofili) (pH > 8) Archaea
I microrganismi acidotolleranti sopportano bassi valori di pH (3-4).
Per tutti il pH intracellulare deve rimanere vicino alla neutralità.
OSMOLARITÀ:
Effetti della concentrazione di soluti nel medium sulla crescita
Tolleranza a NaCl (mare: 3% NaCl):
1. Non alofili 0%
2. Alotolleranti 3%
3. Alofili 15%
4. Alofili estremi 15%-30%
I microorganismi tolleranti agli zuccheri sono detti Osmofili.
OSSIGENO:
Aerobi: aerazione forzata, che si può ottenere mediante: - Agitazione vigorosa
- Insufflazione di aria sterile
Anaerobi: eliminazione di O2
- Contenitori tipo tubi, riempiti fino all’orlo
- aggiunta di un agente riducente
- ambiente di crescita anossico: giare e reattivi, cappa anaerobia
Caratteristiche di batteri Termofili e Ipertermofili?
Habitat: superfici terrestri esposte al sole, materiali di fermentazione, sorgenti calde, fumarole, sorgenti idrotermali sul fondo degli oceani Archaea o Bacteria
Termofili: T ottimale: 45-80°C
Ipertermofili: T ottimale > 80°C (Archaea > 100°C)
Meccanismi di adattamento dei termofili
Proteine:
- alto numero di legami ionici fra amminoacidi acidi e basici - alto numero di legami idrofobici nelle regioni interne
Membrana citoplasmatica:
- alto contenuto di acidi grassi a lunga catena e saturi
- Archaea: unità ripetute di isoprene, monostrato lipidico
Sintesi di proteine heat-shock che assistono altre proteine.
Meccanismo di adattamento degli alofili?
Produzione di soluti compatibili (zuccheri, alcoli e derivati di amminoacidi) che restano all’interno della cellula e richiamano acqua per effetto osmotico
Meccanismo compensativo
Come si misura la crescita microbica?
Metodi diretti:
- misura biomassa
- conta totale al microscopio
- conta vitale in piastra
Metodi indiretti:
- valutazione della torbidità della sospensione microbica
• Misura della biomassa cellulare in una coltura, dopo separazione dal mezzo di coltura (centrifugazione o filtrazione) può essere fatta con peso umido o peso secco.
• Conta totale al microscopio viene fatta utilizzando una camera contacellule.
• Conta vitale in piastra dove il numero di colonie riflette il numero di cellule vitali in un campione.
• Valutazione della torbidità si basa sulla proprietà delle cellule di disperdere la luce.
