nutritia si cresterea bacteriilor (pagina 4)
(acest capitol are 6 pagini)
Dr.Kenneth Todar
Cerinte fizice si de mediu pentru cresterea microbiana
procariotele exista in natura sub o gama enorma de conditii fizice, cum ar fi concentratia de O2, concentratia de ioni de hidrogen(pH) si temperatura. Limitele de excludere a vieții de pe planetă, cudirect la parametrii de mediu, sunt întotdeauna stabilite de uniimicroorganism,cel mai adesea un procariot, și frecvent un Arhaeon. Aplicat tuturormicroorganismeeste un vocabular de termeni folosiți pentru a descrie creșterea lor (capacitatea de a crește)într-o serie de condiții fizice. Un termofil crește la înălțimetemperaturile, un acidifil crește la pH scăzut,un osmofil crește la concentrație ridicată de soluție și așa mai departe. Această nomenclatură va fi utilizată în această secțiune pentru a descrie răspunsul procariotelor la o varietate de condiții fizice.
efectul oxigenului
oxigenul este o componentă universală a celulelor și este întotdeauna furnizat încantități mari de H2O. Cu toate acestea, procariotele prezintă o gamă largă deresponse la oxigenul molecular O2 (Tabelul 6).
aerobii obligați necesită O2 pentru creștere; folosesc O2 ca acceptor final de electroni în respirația aerobă.
anaerobii obligați (numiți ocazional aerofobi)nu au nevoie sau nu folosesc O2 ca nutrient. De fapt, O2 esteo substanță toxică, care fie ucide, fie inhibă creșterea lor.Procariotele obligateanaerobe pot trăi prin fermentație,respirație anaerobă, fotosinteză bacteriană sau noul proces de metanogeneză.
anaerobii facultativi (sau aerobii facultativi) suntorganisme care pot comuta între tipurile de metabolism aerob și anaerob.Underanaerobic condiții (fără O2) cresc prin fermentare sauanaerobicrespirație, dar în prezența O2 trec laaerobicrespirație.
anaerobii Aerotoleranți sunt bacterii cu un tip de metabolism exclusiv anaerob(fermentativ), dar sunt insensibili la prezența O2. Ei trăiesc numai prin fermentare, indiferent dacă O2 este prezent sau nu în mediul lor.
Tabelul 6. Termeni folosiți pentrudescrie relațiile O2 ale microorganismelor.
| Environment | |||
| Group | Aerobic | Anaerobic | O2 Effect |
| Obligate Aerobe | Growth | No growth | Required (utilized for aerobic respiration) |
| Microaerophile | Growth if level not too high | No growth | Required but at levels below 0.2 atm |
| anaerobe obligatorii | fără creștere | creștere Toxic | |
| anaerobe Facultative (aerobe Facultative) | creștere | creștere | nu este necesar pentru creștere, dar este utilizat atunci când este disponibil |
| aerotolerant anaerob | creștere | creștere | nu este necesar și nu este utilizat |
răspunsul unui organism la O2 în mediul său depinde de apariția și distribuția diferitelor enzime care reacționeazăo2 și diferiți radicali de oxigen care sunt invariabil generatde celule în prezența O2. Toate celulele conțin enzime care nu pot fi capabile să reacționeze cu O2. De exemplu, oxidările dinlavoproteine de O2 duc invariabil la formarea de H2O2(peroxid) ca un produs major și cantități mici de radical și mai mult toxicfree, superoxid sau O2.-. De asemenea, clorofila și alți pigmenți din celule pot reacționa cu O2 în prezența luminii și pot genera oxigen singlet, o altă formă radicală de oxigen care este un agent oxidant puternic în sistemele biologice.
în aerobe și anaerobe aerotolerante potențialul de acumulare letală a superoxidului este prevenit de enzima superoxid dismutază (Figura 1).Toate organismele care pot trăi în prezența O2 (fie că nu o utilizează în metabolismul lor) conțin superoxidedismutază.Aproape toate organismele conțin enzima catalază, care descompune H2O2.Chiar dacă anumite bacterii aerotolerante, cum ar fi acidul lacticbacterialack catalase, ele descompun H2O2 prin intermediul peroxidazei enzime care derivă electroni din NADH2 pentru a reduce peroxidulla H2O. Anaerobii obligați nu au superoxid dismutază șicatalază și / sau peroxidază și, prin urmare, suferă oxidări letale de diverseoxigenradicale atunci când sunt expuse la O2. A se vedea Figura 3 de mai jos.
toate organismele fotosintetice (și unele nonfotosintetice) sunt protejate de oxidările letale ale oxigenului singlet prin deținerea de pigmenți carotenoizi care reacționează fizic cu radicalul de oxigen singlet și îl coboară la starea sa netoxică de „sol” (triplet). Se spune că carotenoizii”Sting” radicalii de oxigen singlet.
Figura 3. The action ofsuperoxidedismutase, catalase and peroxidase. These enzymes detoxify oxygenradicalsthat are inevitably generated by living systems in the presence of O2.The distribution of these enzymes in cells determines their ability toexist in the presence of O2
Table 7. Distribution ofsuperoxidedismutase, catalase and peroxidase in procaryotes with different O2tolerances.
| Group | Superoxide dismutase | Catalase | Peroxidase |
| Obligate aerobes and most facultativeanaerobes (e.g.Enterics) | + | + | – |
| Most aerotolerant anaerobes (e.g.Streptococci) | + | – | + |
| Obligate anaerobes (e.g. Clostridia,Methanogens, Bacteroides) | – | – | – |
The Effect of pH on Growth
The pH, or hydrogen ion concentration, , of naturalenvironmentsvaries from about 0.5 in the most acidic soils to about 10.5 in themostalkaline lakes. Apreciind că pH-ul este măsurat pe o scară logaritmică,mediile naturale variază de peste un miliard de ori, iar unele microorganisme trăiesc la extreme, precum și la orice punct între extreme! Majoritatea procariotelor cu viață liberă pot crește peste arangede 3 unități de pH, aproximativ o schimbare de o mie de ori. Intervalul pH – ului peste care crește un organism este definit de trei puncte cardinale:pH-ul minim, sub care organismul nu poate crește, maximul, peste care organismul nu poate crește și pH-ul optim, la care organismul crește cel mai bine. Pentru majoritatea bacteriilor există o creștere ordonată a ratei de creștere între minim și optim și o scădere ordonată a ratei de creștere între pH-ul optim și cel maxim,reflectând efectul general al modificării ratei reacției enzimatice (Figura 4).
microorganismele care cresc la un pH optim cu mult sub neutralitate(7.0)se numesc acidofili. Cele care cresc cel mai bine la pH neutru sunt numite neutrofile și cele care cresc cel mai bine sub alcalineconditions sunt numite alcalifili. Acidofilii obligați, cum ar fi unele specii de Tiobacillus, necesită de fapt un pH scăzut pentru creștere, deoarece membranele lor se dizolvă și celulele se lizează la neutralitate. Mai multe genuri de Archaea, inclusivsulfolobusși Termoplasma, sunt obligați acidofili. Dintre eucariote, mulțifungi sunt acidofili, dar campionul creșterii la pH scăzut esteucarioticalga Cianidium care poate crește la un pH de 0.
în construcția și utilizarea mediilor de cultură, trebuie să luăm întotdeauna în considerare pH-ul optim pentru creșterea unui organism dorit și să încorporăm tampoane pentru a menține pH-ul mediului în mediul în schimbare al produselor reziduale bacteriene care se acumulează în timpul creșterii. Multe bacterii patogeneexpune o gamă relativ îngustă de pH peste care vor crește. Majoritatea mediilor de diagnosticare pentru creșterea și identificarea agenților patogeni umani au un pH aproape de 7.
Figura 4. Rata de creștere vs phpentru trei clase de mediu de procariote. Most free-livingbacteriagrow over a pH range of about three units. Note the symmetry of thecurvesbelow and above the optimum pH for growth.
Table 8. Minimum, maximumandoptimum pH for growth of certain procaryotes.
| Organism | Minimum pH | Optimum pH | Maximum pH |
| Thiobacillus thiooxidans | 0.5 | 2.0-2.8 | 4.0-6.0 |
| Sulfolobus acidocaldarius | 1.0 | 2.0-3.0 | 5.0 |
| Bacillus acidocaldarius | 2.0 | 4.0 | 6.0 |
| Zymomonas lindneri | 3.5 | 5.5-6.0 | 7.5 |
| Lactobacillus acidophilus | 4.0-4.6 | 5.8-6.6 | 6.8 |
| Staphylococcus aureus | 4.2 | 7.0-7.5 | 9.3 |
| Escherichia coli | 4.4 | 6.0-7.0 | 9.0 |
| Clostridium sporogenes | 5.0-5.8 | 6.0-7.6 | 8.5-9.0 |
| Erwinia caratovora | 5.6 | 7.1 | 9.3 |
| Pseudomonas aeruginosa | 5.6 | 6.6-7.0 | 8.0 |
| Thiobacillus novellus | 5.7 | 7.0 | 9.0 |
| Streptococcus pneumoniae | 6.5 | 7.8 | 8.3 |
| Nitrobacter sp | 6.6 | 7.6-8.6 | 10.0 |
chapter continued
Previous Page