Metabolisme bacterià: vies, fermentacions i proves bioquímiques

Metabolisme: definició i tipus

Metabolisme: conjunt de reaccions bioquímiques (i reaccions fisicoquímiques dins la cèl·lula) que tenen lloc al llarg del cicle vital.

Catabolisme: reaccions de degradació, reaccions d'oxidació; generen energia. Productes: àcid pirúvic, CO2; exemple: glucòlisi.

Anabolisme: reaccions de síntesi, reaccions de reducció; necessiten energia. Exemple: síntesi d'aminoàcids.

Requeriments químics i energètics per al metabolisme bacterià

Carboni (C): element estructural fonamental.

• Autotròfs: CO2 com a font de C.
• Heterotròfs: obtenen C de compostos orgànics.

Nitrogen (N): síntesi de proteïnes, ADN i ARN.

Sulfur (S): per a alguns aminoàcids (cisteïna, metionina) i coenzims.

Fòsfor (P): component essencial de l'ATP, fosfolípids de la membrana i àcids nucleics.

Altres: ions metàl·lics com Fe, Mg, Ca, K actuen com a cofactors enzimàtics.

Fonts d'energia

• Fototròfics: llum com a font d'energia (organismes fotosintètics).
• Quimiotròfics: energia de reaccions químiques.
• Quimiolitotrofics: font d'energia inorgànica (H2, NH3, etc.).
• Quimioheterotròfics: font orgànica (glucosa, àcids, greixos).

Energia i ATP

ATP: molècula nucleòtida central en el metabolisme; actua com a molècula energètica (ΔG aproximat -7,3 kcal/mol). En hidròlisi pot generar ADP i AMP i transferir grups fosfòrics.

Vies de formació d'ATP

• Fosforilació a nivell de substrat: energia alliberada quan un substrat amb enllaços rics en energia es descompon; intervenen quinases.
• Fosforilació en el transport d'electrons (oxidativa): síntesi d'ATP per l'enzim ATP-sintetasa en mitocondris i cloroplasts (i en membranes bacterianes).

Catabolisme: respiració i fermentació

Catabolisme: depèn de si intervé o no la cadena de transport d'electrons (CTE).

Respiració

Respiració: intervé la cadena de transport d'electrons. L'acceptador final determina el tipus:

• Respiració aeròbica: O2 com a acceptador final d'electrons. Quan es redueix O2 es forma aigua. Pot produir fins a ~38 ATP (exemple E. coli en condicions ideals).
• Respiració anaeròbica: nitrats, sulfats, carbonats com a acceptadors finals. Quan es redueix NO3- es pot formar NO2-; és menys eficient que la respiració aeròbica.

Fermentacions

Fermentació: no intervé la cadena d'electrons.

• Fermentació alcohòlica: la glucosa es degrada a àcid pirúvic i després a acetaldehid; s'obté alcohol etílic, CO2 i ATP.
• Fermentació làctica: glucosa → àcid làctic + ATP.
• Fermentació acètica: oxida parcialment etanol (provinent de fermentació alcohòlica) a àcid acètic.
• Fermentació butírica: descomposició de substrats glucídics en àcid butíric, H2 i CO2.
• Fermentació propiónica: degradació d'àcid làctic; sovint produeix àcid propiónic, àcid acètic, CO2 i ATP.
• Fermentació pútrida: de naturalesa proteica o d'aminoàcids. Productes obtinguts: indol, escatol, cadaverina, putrescina.

Glicòlisi → àcid pirúvic.

Cicle de Krebs → àcids del cicle (àcid cítric i derivats).

Transport d'electrons → transferència d'electrons a compostos inorgànics (etapa final de la respiració).

Proves bioquímiques per a la identificació bacteriana

Proves bioquímiques: possibiliten la identificació de les característiques metabòliques d'un bacteri. Requisits: cultiu pur i recent, mitjans de cultiu específics, condicions asèptiques i mètodes estandaritzats i reproduïbles.

Enzims vinculats a la respiració

• Catalasa: present en bacteris aerobis i anaerobis facultatius, excepte streptococ i enterococ (sovint catalasa -) vs staphylococ (+). L'equip enzimàtic provoca la formació de bombolles (+) amb peroxid d'hidrogen.
• Oxidasa: citocrom c oxidasa. Test: reacció positiva = zona de reacció de color blau-violat; reacció negativa = zona sense canvi o color rosat.

Vies metabòliques i proves específiques

VP (Voges-Proskauer): detecta fermentació per la via butanodiòlica i la presència d'acetoines.

Resultats: + → medi vermell/rosat; - → sense canvi (groc).

Vermell de metil (MR): detecta fermentació per via d'àcid mixta que genera àcid.

Resultats: + → medi vermell intens; - → medi groc.

KIA (Kligler Iron Agar)

KIA: permet observar fermentació en superfície (aeròbica) i en fons/part profunda (anaeròbica), producció de gas i H2S.

• No fermenta sucres: medi vermell.
• Fementa glucosa: fons del tub (part profunda) canvia a groc.
• Fementa lactosa: la superfície del medi es torna groga.
• Producció de gas: aparició de bombolles o trencament/elevació de l'agar al fons.
• Producció de H2S: precipitació negra al fons.

Utilització de compostos

Citrat (Simmons): detecta la utilització del citrat com a font de carboni i una producció d'amoníac (NH3).

Resultats: + → medi blau intens; - → sense canvi o medi verd/verd grisós.

Degradació i síntesi de compostos

• Ureasa: positiva si vira a rosa intens; negativa si sense canvi (groc).

Capacitat de degradar aminoàcids

• Fenilalanina: prova positiva → color verd fosc o verd-blavós indica presència d'àcid fenilpirúvic; negativa → sense canvi de color.
• Indol: reacció amb reactiu de Kovacs: color rosa intens o vermell-rosat si és positiu (degrada triptòfan). Negatiu → medi sense canvi (groc).

Exoenzims

• Coagulasa: coagula plasma / fibrina. Positiu si es veu coagulació.

Lactosa i agar MacConkey

Lactosa: diferència entre enterobacteris i altres grups coliformes (bacils Gram-negatius, anaerobis facultatius, no formadors d'espores, etc.).

Agar MacConkey: medi selectiu per a bacteris enterics (inhibeix altres bacteris gràcies a sals biliars i colorant violet de cristall) i diferencial perquè conté lactosa i un indicador de pH (vermell neutre).

• Gram positives → sovint no creixement.
• Gram negatives → bacils enterobacteris.
• Fermenten lactosa (coliformes) → colonies vermelles o violàcies; a vegades halo degut a sals biliars i a l'acidificació del medi.
• Si no fermenten lactosa → colonies pàl·lides/grogues del medi.

IMVIC

IMVIC (Indol, Vermell de Metil, VP, Citrat): identifica i diferencia bacteris del grup coliformes i la família Enterobacteriaceae.

Generalitats: bacils Gram-negatius, anaerobis facultatius o aerobis, fermentadors de glucosa amb producció de gas, oxidasa negatiu i no formadors d'espores.

Galeries comercials

Galeries comercials (sistemes manuals): plaques amb moltes cavitats destinades a proves. S'inhoculen les cavitats amb el cultiu i s'incuben el temps indicat segons el codi numèric per facilitar la identificació bacteriana.

Esterilització: autoclau i tractament de residus

1. Esterilització: qualsevol material que hagi estat en contacte amb cultius microbians o que pugui estar contaminat amb bacteris ha de ser esterilitzat abans de la seva neteja.

Autoclau: col·locar el material en un autoclau a 121 °C durant 20 min per eliminar microorganismes vius i facilitar la neteja de residus sòlids.

Protocol general de tractament de residus amb autoclau

1. Amb l'autoclau apagat i obert, tancar la vàlvula d'escapament i omplir amb aigua destil·lada fins a la reixa, cobrint-la.
2. Situar un suport metàl·lic a l’interior. Col·locar els objectes a esterilitzar de manera adequada i tancar la tapa.
3. Obrir la vàlvula de vapor per permetre la sortida d'aire, ajustar la pressió desitjada i el temps.
4. Posar en marxa l'aparell (interruptor a la posició I) i esperar fins que surti vapor per la vàlvula de vapor.
5. Deixar que surti vapor durant 2–3 min, tancar la vàlvula i esperar que la pressió arribi al punt programat. Començar a comptar el temps d'esterilització.
6. Un cop finalitzada l'esterilització sonarà l'alarma. Apagar l'autoclau.
7. En autoclau antic, obrir a poc a poc la vàlvula de vapor i esperar que el vapor surti completament.
8. Quan el manòmetre marqui 0, obrir l'autoclau, deixar refredar el material i retirar el material estèril.