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4/7/11 1 Cinética microbiana Estimación de t d Estimación de µ Factores que inciden en el crecimiento El crecimiento microbiano es autocatalítico La velocidad de crecimiento de la población es proporcional al número de individuos o concentración celular En la fase exponencial X es el número o masa de individuos; t d es el tiempo de duplicación El número de veces que se duplica la biomasa en un cierto tiempo esta dado por: Donde: n es el número de generaciones t es el tiempo de cultivo t d es el tiempo de duplicación ----- (1) La concentración de biomasa después de un cierto tiempo puede evaluarse, en función de la biomasa inicial por las siguientes ecuaciones: ----- (2) ----- (3) 0.693/td ---- (4) ---- (5) ---- (6) ---- (7) ---- (8) 4/7/11 2 Temperatura Tiempo de duplicación ºC min Bacillus stearothermophilus 60 11 Escherichia coli 37 20 Bacillus subtilis 37 27 Bacillus mycoides 37 28 Staphylococcus aureus 37 28 Streptococcus lactis 37 30 Pseudomonas putida 30 45 Lactobacillus acidophilus 37 75 Vibrio marinus 15 80 Mycobacterium tuberculosis 37 360 Bradyrhizobium japonicum 25 400 Nostoc japonicum 25 570 Anabaena cylindrica 25 840 Treponema pallidum 37 1980 ---- (10) ---- (9) ---- (12) ---- (11) ! es la tasa específica de crecimiento Puede considerarse como la velocidad a la que se duplica una población microbiana en un tiempo determinado ---- (14) ---- (13) ---- (16) ---- (18) ---- (17) ---- (15) Se desea propagar un cultivo de Escherichia coli cuyo tiempo de duplicación es de 20 min. Las células son esféricas y tienen un volumen de 1 µ m 3 y una densidad de 1.05 g/cm 3 . Si se inocula con una célula estime el volumen que ocupará el cultivo bacteriano después de 48 h de incubación. Discuta el resultado obtenido. Le recuerdo que nuestro planeta tiene aproximadamente un diámetro de 12,807 Km Calcular el tiempo de generación de un microorganismo en un cultivo que pasa de tener 2 x 10 4 individuos a tener 7 x 10 8 en 2.5 horas Calcular el tiempo de generación de un cultivo a partir de los datos siguientes: 4/7/11 3 Fases de crecimiento Exp Estacionaria Muerte Cuenta viable Turbidez Tiempo L o g [ o r g a n i s m o s v i a b l e s ] / m L D en s i d a d ó p t i c a ---- (19) Fases de crecimiento Exp Estacionaria Muerte Cuenta viable Turbidez Tiempo L o g [ o r g a n i s m o s v i a b l e s ] / m L D en s i d a d ó p t i c a Fase de adaptación o “lag” Depende de: 1. Cambios en la composición del medio de cultivo 2. Edad y tamaño del inóculo Estrategias para reducir la duración de la fase “lag” 1. La inoculación debe llevarse a cabo durante la fase exponencial de crecimiento. 2. El inóculo debe estar lo más activo posible. 3. El medio de crecimiento del inóculo debe ser lo más parecido al medio de producción. 4. Usar un inóculo razonablemente grande (<5%). Esto permitirá además evitar pérdidas de intermediarios o activadores del crecimiento. Fases de crecimiento Exp Estacionaria Muerte Cuenta viable Turbidez Tiempo L o g [ o r g a n i s m o s v i a b l e s ] / m L D en s i d a d ó p t i c a 1. El número de células o la población microbiana se incrementan logarítmicamente 2. La tasa específica de crecimiento ( µ ) es constante, y es característica de las condiciones de crecimiento 3. La fisiología celular es constante; por lo que es un estado ideal para estudios de fisiología y bioquímica microbiana Fase exponencial 1. El cultivo está limitado por nutrientes o por acumulación de productos. 2. Cambios metabólicos. 3. La velocidad de crecimiento es igual a la de muerte. Fase estacionaria Fases de crecimiento Exp Estacionaria Muerte Cuenta viable Turbidez Tiempo L o g [ o r g a n i s m o s v i a b l e s ] / m L D en s i d a d ó p t i c a Fases de crecimiento Exp Estacionaria Muerte Cuenta viable Turbidez Tiempo L o g [ o r g a n i s m o s v i a b l e s ] / m L D en s i d a d ó p t i c a Fase de muerte 1. Generalmente es logarítmica y menor que la de crecimiento 2. Cambia en función del tiempo 3. La velocidad de muerte y/o destrucción es mayor que la de crecimiento Considerando que la tasa específica de muerte es proporcional al número de células vivas ---- (20) ---- (21) La tasa de crecimiento real de una población a cualquier tiempo es. 4/7/11 4 Sustrato Temperatura pH Presión Concentración de sales Oxígeno A W Bajo las siguientes condiciones de cultivo: Inóculo viable Nutriente limitante bien definido Medio de cultivo balanceado Ausencia de condiciones adversas (T, pH, inhibidores, entre otros) La tasa de crecimiento ( ! ) depende de la máxima que puede alcanzar el microorganismo, de la concentración de substrato y de un valor Ks que representa la concentración de substrato a la que se alcanza una tasa de crecimiento igual a la mitad de la máxima K s (mg/L) (10 -5 M) Escherichia glucosa 0.0068 0.0038 Escherichia manitol 2 1.1 Candida glicerol 4.5 4.9 Saccharomyces glucosa 25 14 Pseudomonas metanol 0.7 2 Pseudomonas metanol 0.4 2.6 Kebsiella Mg 2+ 0.56 2.3 Candida oxigeno 0.45 1.4 Aspergillus arginina 0.5 0.29 Algunos sustratos (alcoholes, fenoles, hidrocarburos, azucares, entre otros) pueden causar inhibición al estar presentes a altas concentraciones.
