iGEM basics - Microbiología

iGEM Basics

Microbiología

Índice

Introducción

Cuantificación e identificación

Clasificación

Control de crecimiento

Tipos de microorganismos

Biofilms

Endosporas y esporas

Microbiología industrial

Cultivo y aislamiento

01

Introducción

¿Qué es microbiología?

Rama de la biología encargada del estudio de microorganismos (organismos pequeños visibles sólo por el microscopio) y su interrelación con los seres vivos y el medio ambiente.

02

Clasificación

Eucariones vs Procariontes

Según la complejidad celular

Eucariontes

Procariontes

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+ INFO

Reinos

Clasificación según la relación de parentesco en la evolución. Cada reino tiene antepasados comunes, por lo que comparten parte de su genética y pertenecen al mismo árbol genealógico

Fungi

Animalia

Plantae

Protista

Animales

Hongos, moho y levadura

Protozoarios

Plantas

+ INFO

+ INFO

+ INFO

+ INFO

Reinos

Clasificación según la relación de parentesco en la evolución. Cada reino tiene antepasados comunes, por lo que comparten parte de su genética y pertenecen al mismo árbol genealógico

Archaebacteria

Eubacteria

Bacterias

Bacterias extremófilas

+ INFO

+ INFO

Archaebacteria

Clasificación

Mesófilas

Temperatura media (25-40°C) Ej: Staphylococcus

Soporta altas temperaturas Ej: Thermus aquaticus

Termófilas

Halófilas

Salinidad elevada Ej: Halobacterium

Gram positivas vs Gram negativas

Según la estructura de la pared celular

Gram (+)

Gram (-)

+ INFO

+ INFO

Aerobios vs anaerobios

Otros conceptos

Según el requerimiento de oxígeno

Aerobio (estricto)

Anaerobio facultativo

Necesita O2 Ej: M. tuberculosis

Puede o no tener O2 Ej: E. coli

Anaerobio obligado

Anaerobio

No necesita O2 Ej: Methanobacteria

No O2 Ej: Clostridium

03

Tipos de microorganismos

Tipos de microorganismos vivos

Bacteria

Hongo

Levadura

Alga

Protozoario

Nematodo

No vivos

Priones

Virus

Viroides

ARNs pequeños infecciosos que no codifican para proteína

Infeccioso. Ácido nucléico rodeado por cubierta protéica

Proteínas mal plegadas, causantes de enfermedades

04

Endosporas y esporas

VS

Esporas fungicas

Endosporas bacteriana

Célula reproductora asexual, haploide y unicelular. Produce un organismo al dividirse por mitosis. Permite la dispersión por aire, suelo y aire.

Células inactivas latentes no reproductivas. Aseguran la supervivencia en condiciones desfavorables (resisten radiación, desinfectantes, calor, etc).

05

Cultivo y aislamiento

Medios de cultivo

Soluciones nutritivas para el cultivo de microorganismos, con base en las exigencias nutritivas. ¿Cuáles son sus componentes?

+ INFO

Clasificación de medios de cultivo

Uso

Origen

Consistencia

• Naturales
• Sintéticos
• Semisintéticos

• Enriquecimiento
• Selectivo
• Diferencial

• Líquido
• Semisólido
• Sólido

Preparación de medios de cultivo

Inocular microorganismos

Preparación

Esterilización

Incubación

Uso de autoclave: 121°C y 15 lb durante 15 min

del medio de cultivo

Incubadora. Crecimiento a T óptima

Técnicas de sembrado

+ INFO

+ INFO

+ INFO

+ INFO

06

Cuantificación e identificación

Técnicas de cuantificación

Métodos indirectos

+ INFO

Espectrofotómetro

Turbidimetría

Métodos directos

UFC = unidades formadoras de colonias

Cuenta viable en placa

Número más probable (NMP)

Tabla probabilística

Filtración, secado y peso

Conteo microscópico con cámara de Neu Bauer

Peso seco o peso húmedo

Cámara de Neubauer

Cell sorting con citrómetro de flujo

Phasellus at viverra risus. Vivamus vulputate consequat.

Cuenta con citómetro de flujo

Cuantificación de algún metabolito

Técnicas de identificación microbiana

Detección molecular

Tinciones

Morfología

Pruebas bioquímicas

Pruebas serológicas

07

Control de crecimiento

Métodos físicos

Pasteurización

Esterilización

Calor controlado para reducir población microbiana en elementos termosensibles.

Autoclave. Alta temperatura a presión y tiempo determinado

Filtración

Radiación

Filtros con poros muy pequeños. Para líquidos y gases termosensibles

Reducción de crecimiento microbiano por microondas, rayos UV, rayos X, etc

Métodos químicos

Inhibición de crecimiento

Muerte de microorganismos

Bactericida, fungicida, virucida

Bacteriostático, fungistático, virustático

Antibiograma y halos de inhibición

Clasificación por función

Antibióticos y antifúngicos

Desinfectantes y antisépticos

Higienizantes y antivirales

08

Biofilms

Biofilms

Agrupamiento de células bacterianas adheridas a una superficie y encerradas en una matriz adhesiva excretada por las células (mezcla de polisacáridos, proteínas y ADN)

• Quorum sensing = comunicación inter e intracelular

Ventajas:

• Resistencia y autodefensa ante fuerzas físicas, antibióticos, etc
• Incremento de disponibilidad de nutrientes
• Cercanía = combinación de genes = favorecimiento de supervivencia
• Facilita aprovechamiento de agua = menor deshidratación

09

Microbiología industrial

Microbiología industrial

Se ocupa de las aplicaciones industriales de los microorganismos o de optimizar los procesos industriales catalíticos basados en el uso de microorganismos

+ INFO

Áreas principales: salud, alimentos, producción vegetal y animal, insumos industriales, minería, servicios...

Fermentación

Conteo microscópico

• Uso de microscopio y cámara de Neubauer (en forma de portaobjetos con una depresión en el centro y marcada con una cuadrícula)
• Tedioso e impráctico para muchas muestras
• No distingue células vivas de muertas
• No es muy sensible

Cuantificación de metabolito

• Mayor cantidad de proteínas = mayor concentración de células
• Menor cantidad de carbohidratos en medio de cultivo = mayor cantidad de microorganismos
• Métodos químicos
• Se requieren curvas de calibración con estándares de concentraciones conocidos

Clasificación

Según fuente de energía

• Fototrofa: fotones de la luz del sol como fuente de energía.
• Quimiolitotrofas: utilizan compuestos inorgánicos reducidos como sustratos para el metabolismo.
• Metilotrofas: utilizan compuestos reducidos de un solo átomo de carbono
• Quimioorganotrofas: obtienen su energía con la oxidación o reducción de compuestos orgánicos

Según movimiento

• Quimiotaxis: por concentración de sustancias
• Fototaxis: seguimiento de luz

Número más probable

Se basa en la determinación (presencia o ausencia) en réplicas de diluciones consecutivas de un cultivo microbiano

• Uso de tabla probabilística para estimar la densidad microbiana, considerando que el crecimiento disminuye conforme es menor el volumen de muestra inoculado
• Para células viables

Cuenta con citómetro de flujo

• Método automatizado que analiza las señales dispersadas y fluorescentes producidas por una célula al pasar por un haz de luz.
• Útil para células viables
• Permite obtener más información (fisiología, morfología, diversidad de microorganismos, etc)

Fermentación

Proceso que se lleva a cabo en fermentador (biorreactor), mediante el cual sustratos del medio de cultivo se transforman en productos por la acción microbiana. ¿Qué se controla en una fermentación? acidez-alcalinidad (pH), aireación* (oxígeno disuelto u otros gases), agitación, enfriamiento (temperatura), medio de cultivo, niveles de nutrientes, concentración del producto, formación de biomasa

Tipos de metabolitos:

• Primario: durante fase de crecimiento del MO
• Secundario: no tiene función directa ni en crecimiento ni en reproducción de MO

Escalamiento: Transferencia de proceso desde pequeña escala en laboratorio hacia gran escala industrial. Necesario conocer MO, y biorreactor (diseño y funcionamiento)

Turbidimetría

Se mide la turbidez producida por el crecimiento microbiano, pues afecta la capacidad de absorber luz. Medición por densidad óptica expresada como absorbancia o transmitancia

• Muestras traslúcidas si no hay crecimiento
• Para conteo de células totales
• Requiere curva de calibración
• Medición de longitud de onda

Peso seco

1. Filtración de cultivo microbiano a través de un filtro de membrana
2. Secado en horno

• Determinación de células totales
• Componentes volátiles se pierden y puede ocurrir degradación
• Si el ambiente es húmedo, la muestra puede recobrar humedad

Cuenta viable en placa

• Conteo del número de microorganismos en relación a las colonias que forman UFC
• UFC/unidad de volumen o peso