Nutrientes para el cultivo de microorganismos

Nutrientes para el cultivo de microorganismos

Objetivo

Conocer las exigencias nutricionales de los microorganismos en particular de acuerdo a su metabolismo energético.

Introducción

Uno de los sistemas más importantes para la identificación de microorganismos es observar su crecimiento en sustancias alimenticias artificiales preparadas en el laboratorio. El material alimenticio en el que crecen los microorganismos es el Medio de Cultivo y el crecimiento de los microorganismos es el Cultivo. Se han preparado más de 10.000 medios de cultivo diferentes.

Para que las bacterias crezcan adecuadamente en un medio de cultivo artificial debe reunir una serie de condiciones como son: temperatura, grado de humedad y presión de oxígeno adecuado, así como un grado correcto de acidez o alcalinidad. Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento necesarios y debe estar exento de todo microorganismo contaminante.

Cualquier ser vivo necesita tomar del ambiente una serie de compuestos que se emplean como fuente de energía, y para sintetizar los constituyentes celulares. Estos compuestos son los nutrientes.

Los nutrientes deben contener agua, C, N, S, P, Ca, K, Na, Mg, Mo, Cu y Zn.

REQUERIMIENTOS DE LOS MICROORGANISMOS

REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS

En función de la fuente de energía, los microorganismos se clasifican en :

• Fotótrofos

• Quimiótrofos: Oxidan compuestos químicos.

REQUERIMIENTOS DE CARBONO

En función de la fuente de carbono, los microorganismos se clasifian en :

• Autótrofos: CO2

• Heterótrofos: Compuestos orgánicos carbonados.

Uniendo ambas clasificaciones, podemos clasificar los microorganismos en cuatro grupos:

• Fotoautótrofos: Luz + CO2. Bacterias fotosintéticas.

• Fotoheterótrofos: Algunas bacterias fotosintéticas.

• Quimioautótrofos o quimiolitotrofos: Descubiertos por Winogradsky, usan como fuente de energía compuestos inorgánicos reducidos: NH4, NO2, H2, SH2, Fe++...

REQUERIMIENTOS DE NITRÓGENO

Los microorganismos son muy versátiles en cuanto a la forma de conseguir el N: Algunos organismos son capaces de fijar nitrógeno atmosférico (N2). Otros lo toman en forma de NH4+. Otros son capaces de usar NO3- o NO2- como fuente de amonio, reduciéndolo. Algunos son capaces de utilizar aminoácidos como fuente de nitrógeno.

REQUERIMIENTOS DE AZUFRE

El azufre forma parte de dos aminoácidos; es esencial. Los microorganismos lo obtienen: en forma S, en forma de SO42- y en forma orgánica (aminoácidos)

REQUERIMIENTOS DE FÓSFORO

Los microorganismos lo toman a partir de fosfatos disueltos en el medio.

REQUERIMIENTO DE MACRO Y MICRONUTRIENTES

Los macronutrientes son requeridos por los microorganismos en concentraciones de entre 10-3 y 10-4 molar. Son Ca, Na, K y Mg . Son asimilados en forma de sales: MgSO4, CaCl2, etc.

Los micronutrientes (oligoelementos) son: Cu, Zn, Mo, Mn, Cr, Fe, etc. Y son necesarios en concentraciones de 10-5 a 10-6 molar. Se aportan a los medios de cultivo añadiendo una solución de elementos traza.

REQUERIMIENTO DE FACTORES DE CRECIMIENTO

Los factores de crecimiento son componentes que los microorganismos utilizan como precursores o constituyentes de su materia celular, y que pueden sintetizar a partir de formas de carbono más sencillas.

Son esenciales y deben ser añadidos como nutrientes en función del microorganismo que cultivemos:

• Aminoácidos.

• Bases púricas y pirimidínicas.

• Vitaminas, que actúan como coenzimas de distintos complejos enzimáticos. Ej. B2 (riboflavina) es esencial para la síntesis de FAD.

La necesidad de un factor de crecimiento se denomina auxotrofía, y la prototrofía implica que un microorganismo no requiere ningún factor de crecimiento para desarrollarse.

Nutrientes constitutivos

(macro y micro)

Todas las bacterias necesitan captar una serie de elementos químicos, que se pueden clasificar (según las cantidades en que son requeridos) como:

Macronutrientes (C, H, O, N, P, S, K, Mg), y

Micronutrientes o elementos traza (Co, Cu, Zn, Mo...)([1])

En la naturaleza, estos elementos se encuentran combinados, formando parte de sustancias orgánicas o inorgánicas. Algunos de los nutrientes serán incorporados para construir macromoléculas y estructuras celulares; otros solo sirven para la producción de energía, y no se incorporan directamente como material celular; finalmente, otros pueden ejercer ambos papeles.

El mundo bacteriano, como conjunto, exhibe una gigantesca versatilidad metabólica de uso de nutrientes: desde autotrofos que obtienen su carbono por reducción del CO2 y los demás elementos a partir de fuentes igualmente inorgánicas, hasta heterotrofos capaces de usar amplia gama de fuentes orgánicas de carbono.

A su vez, dentro de los heterotrofos, podemos encontrar muchos y variados tipos de nutrición, desde bacterias metilotrofas que sólo usan metano o metanol como fuente de carbono y energía, hasta los muy versátiles Pseudomonas, que pueden recurrir a degradar más de 100 tipos de fuentes de C (incluyendo entre ellas sustancias tan “exóticas” como hidrocarburos alifáticos y cíclicos). De cualquier modo, entre los heterotrofos, una de las fuentes más típicas de carbono consiste en glucosa.

En los heterotrofos-organotrofos, los sustratos carbonados (con un nivel de oxidación no muy distinto del material celular -CH2O-) entran simultáneamente a:

Metabolismo energético (donde la fuente de C se transforma en CO2, o en CO2 junto con otras sustancias no totalmente oxidadas);

Metabolismo plástico (anabolismo = biosíntesis de nuevo material celular).

Aunque dentro del mundo de los procariotas se encuentre tanta variedad de nutriciones, las bacterias que pueden nutrirse solamente de sustancias inorgánicas sencillas (H2O, CO2, N2, NO3--, NH3, SO4=, fosfatos, etc.) son minoría, pero sus procesos metabólicos son muy interesantes. De hecho, existen tipos metabólicos que sólo han evolucionado en procariotas. Como paradigma de esto citaremos los microorganismos quimioautotrofos (o quimiolitoautotrofos): obtienen su energía de la oxidación de sustancias inorgánicas sencillas, el carbono procede del CO2, y el resto de elementos a partir de sales inorgánicas, por lo que pueden vivir en soluciones de sales minerales en ausencia de luz.

Lo habitual, sin embargo, es que muchas bacterias recurran, siempre que puedan, a tomar del medio ciertos compuestos más complejos, ya que carecen de ciertas rutas biosintéticas.

Fuentes energéticas

La mayoría de

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