Fundamentos de Nutrición y Crecimiento Microbiano: Clasificación y Requerimientos Ambientales

Tipos de Nutrientes Necesarios para los Microorganismos

Nutrientes Básicos

Los elementos esenciales para la vida microbiana incluyen: H₂O, C, N, P, S, K, Mg, Ca, Na, Fe, Cu, Co, Mn, Si.

Metabolitos Esenciales

Son productos formados en los procesos de catabolismo energético bacteriano, que son importantes para la síntesis de estructuras complejas de la bacteria. Ejemplo: ácido pirúvico.

Factores de Crecimiento

Compuestos que, sin ser una fuente de energía ni de carbono para los microorganismos, son necesarios para su crecimiento porque estos no son capaces de sintetizarlos.

Factores Estimulantes

Sustancias que, sin ser indispensables para la bacteria, pueden acelerar su multiplicación.

Clasificación de Microorganismos (M.O.)

Según la Naturaleza de la Fuente de Energía (E)

• Luz $\rightarrow$ Fotótrofos
• Compuestos químicos $\rightarrow$ Quimiótrofos

Según la Naturaleza de la Fuente Principal de Carbono (C)

• Inorgánica $\rightarrow$ Autótrofo
• Orgánica $\rightarrow$ Heterótrofos

Cuatro Clases Principales de M.O.

1. Fotótrofos

Utilizan la luz como fuente de E y el CO₂ como principal fuente de C. Ejemplo: bacterias fotosintéticas.

2. Fotoheterótrofos

Utilizan la luz como fuente de E y compuestos orgánicos como principal fuente de C. Ejemplo: algunas bacterias rojas y verdes.

3. Quimioautótrofos (Quimiolitótrofos)

Utilizan una fuente de E química y el CO₂ como principal fuente de C. Obtienen E por oxidación de compuestos inorgánicos reducidos como $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_2^-$, $\text{H}_2$ y formas reducidas de S (como $\text{H}_2\text{S}$, S, $\text{S}_2\text{O}_3^{2-}$). Ejemplo: bacterias del azufre.

4. Quimioheterótrofos

Usan una fuente química de E y un sustrato orgánico como principal fuente de carbono. Tanto el C como la E pueden obtenerse usualmente del metabolismo de un único compuesto orgánico. Ejemplo: la gran mayoría de bacterias, incluidas las de interés clínico.

Según el Modo de Ingestión de Nutrientes

Distinguimos:

• Osmótrofos: Ingieren los nutrientes en solución. Ejemplos: las bacterias y hongos.
• Fagotrofos: Ingieren los nutrientes por fagocitosis. Ejemplo: los protozoos.

Condiciones Físico-Químicas para el Desarrollo de los Microorganismos

Las condiciones clave incluyen: O₂, CO₂, P_O2 (Presión parcial de O₂), Temperatura, pH y Humedad.

Requerimientos de Oxígeno ($\text{O}_2$)

Los microorganismos se clasifican según su relación con el oxígeno:

Aerobios Estrictos

Requieren atmósfera aeróbica para cubrir sus necesidades energéticas; el $\text{O}_2$ funciona como aceptor final de electrones en la cadena respiratoria.

Microaerófilos

Requieren oxígeno, pero a presiones parciales más bajas que las atmosféricas.

Anaerobios

Obtienen energía mediante reacciones que no implican la utilización de $\text{O}_2$.

• Anaerobios Estrictos: Solo crecen en ausencia de $\text{O}_2$, no pudiéndose desarrollar con una tensión de oxígeno ($\text{P}_{\text{O}_2}$) mayor al 0.5%.
• Anaerobios Aerotolerantes: Anaerobios que pueden tolerar la presencia de $\text{O}_2$, pero son incapaces de usarlo metabólicamente.
• Anaerobios Facultativos: No necesitan el $\text{O}_2$ para su normal crecimiento, pero si está presente lo usan metabólicamente.

Presión Osmótica ($\text{P}_{\text{O2}}$)

Según la concentración de sales ($\text{NaCl}$), los M.O. se clasifican en:

• No halófilos: Toleran bajas concentraciones de sales.
• Halófilos: Toleran elevadas concentraciones de sales.

Temperatura

Se clasifican los M.O. según su rango óptimo de temperatura:

• Psicrófilo: $0-35 \text{°C}$
• Mesófilos: $20-45 \text{°C}$
• Termófilos: $>55 \text{°C}$

pH

El pH óptimo varía según el tipo de organismo:

• Bacterias: $\text{pH} \approx 7.2$
• Hongos: $\text{pH} \approx 5.6$

Humedad

• El 80% del peso total de un microorganismo es $\text{H}_2\text{O}$. Requieren un cierto grado de humedad ambiental.
• Xerófilos: Algunos M.O. son capaces de crecer en ambientes muy secos.

Cinética del Crecimiento

División Celular

Las bacterias se multiplican por fisión binaria, de manera que 1 bacteria originaría 2, estas originarían 4, y así sucesivamente, originando $2^n$ células. El crecimiento bacteriano es una función exponencial.

Tiempo de Generación

Es el tiempo necesario para que una población bacteriana se duplique. El tiempo empleado en la división depende de cada especie, usualmente de 15 a 30 min para patógenos habituales.

Curva del Crecimiento Bacteriano

La curva de crecimiento se divide en cuatro fases:

1. Fase de Latencia: Las bacterias se están adaptando al nuevo medio. El número de células viables (células capaces de dividirse) no varía.
2. Fase Exponencial o Logarítmica de Crecimiento: El número de células viables se incrementa exponencialmente. El tiempo de generación es constante en toda la curva. En esta fase las bacterias son más sensibles a ciertos agentes, como por ejemplo, los antibióticos $\beta$-lactámicos.
3. Fase Estacionaria: A medida que se van agotando los nutrientes y se acumulan sustancias tóxicas, se establece un equilibrio entre el número de células viables y las que pierden su viabilidad, siendo nulo el crecimiento neto de la población.
4. Fase de Muerte: Debido a la acumulación de sustancias tóxicas, se produce una pérdida significativa de viabilidad bacteriana, decreciendo la población bacteriana.