Teorico 8 Division Celular y Crecimiento Bacteriano

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Bibliografía White Ed.2014, Brock ed. 12, 13 y 14
• Secuencia de acontecimientos identificables que ocurren en
una secuencia fija, desde que surge una nueva célula hasta
que ésta se divide en dos hijas ( fisión binaria)
• En el ciclo existen diferentes períodos
– replicación del ADN cromosómico
– formación del septo y división celular
– formación de los nuevos componentes celulares
Fisión binaria: dos células de una
:
1.Cuando la bacteria alcanza un
tamaño crítico …..
2.Replicación del DNA.. Los
cromosomas hermanos viajan
hacia los polos..
Cada célula recibe un
cromosoma
3.Formación del septum
4.El septum se completa
5.División celular o citoquinesis
Elongación
celular
Replicación de
DNA y migración
Formación
septum
-dirección 5¨-3¨?
DNA polimerasas
Replicación múltiple
Crecimiento concertado hacia adentro de las tres capas de la envoltura celular, MC. PG y ME
Formación del septo: micrografía
Se distinguen dos nucleoides a cada lado del plano de división indicando que la
replicación y la segregación de cromosomas ya ha ocurrido.
Se observa un septum naciente en la mitad de la célula.
Crecimiento hacia adentro de la pared y la membrana celular
Proteínas requeridas para la formación del septo
y división celular
Están presentes en todas las bacterias
Fts : Proteínas filamentosas sensibles a T
FtsZ, FtsA, ZipA, FtsK, FtsQ, FtsL, FtsB, FtsW,
FtsI (PBP3) las dos primeras citoplasmáticas y las
otras asociadas a membrana
Fts Z : Forma un anillo en el centro de la
célula presente en eubacteria, arquea,
mitocondria y cloroplasto. Está relacionada con
tubulina de eucariotas
Las proteínas Fts interaccionan con el
aparato de división celular formando el
divisoma
Etapas de la citoquinesis
1-Ensamblado del anillo FtsZ en la membrana
citoplasmática, regulado temporal y espacialmente
2-Formación del divisoma ( agregado de proteínas
esenciales para la división)
3-Activación del divisoma para la síntesis del
peptidoglicano y separación de las células hijas
FtsZ que es un anillo desordenado de filamentos cortos , las interacciones de empaquetamiento lateral entre los filamentos conducen la contracción. Las subunidades de FtsZ
forman los protofilamentos uniendo GDP
FtsZ
diseminada
FtsZ-la saga del anillo
FtsZ se concentra en la parte central para formar el anillo, es anclada a la membrana por ZipA
Reclutamiento de otras proteínas
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
(v)
(vi)
Modulación del ensamblado de FtsZ (FtsA, ZipA, Zapa),
Conexión del anillo Z a la membrana citoplasmática (FtsA, ZipA),
coordinación de la tabicación con la segregación cromosómica (FtsK),
La síntesis de la pared celular de peptidoglicano (FTsI, FtsW) y
la hidrólisis de peptidoglicano para separar las células hijas (AMIC, EnvC).
El anillo septal también contiene muchas proteínas de función esencialmente
desconocida [FtsEX, FtsQ, FtsL, FtsB (antes llamado YgbQ) y FTSN
Maduración del divisoma
Divisoma: aparato de división
Orquesta la síntesis de nuevo material para la membrana y pared, formación del septum
Divisoma: disposición de las proteínas
Dinámica de FtsZ durante la división celular
Quimera FtsZ-GFP expresada
En E.coli Qin, S. and Margolin, W. (1998
Selección
del
Sitio de división
Sistemas Min y NOC
SlmA y Noc
NatureReviewMicrobiology
Selección del sitio de división
MinC inhibe la
polimerización de FtsZ
ON
Inhibe la formación
Del septo encima del nucloide
Min
MinCD y MinE
El bloqueo de la división en los polos de la célula
Selección del sitio de división
Variaciones en la formación del septo
MinCD
Relación con otras proteínas de citoesqueleto
Localizacion
Define la forma reclutando proteínas que orquestan
el crecimiento de la pared en un patrón específico
van Teeffelen S et al. PNAS 2011;108:15822-15827
©2011 by National Academy of Sciences
Las proteínas del citoesqueleto controlan la posición de las sintasas y las hidrolasas
No tienen MreB
Son formas de reproducción asexual alternativas a la típica fisión
binaria, donde se presentan mecanismos y formas mas complejas
las cuales también son esenciales para su propagación
Esporulacíon : división asimétrica no reproductiva
Bacillus subtilis
Ciclo vegetativo, condiciones
favorables
En condiciones de estrés
División asimétrica
No es ciclo reproductivo
Pero otros formadores de esporas la esporulación es parte de su forma de vida normal y
un modo de propagación
Esporas múltiples como forma de reproducción
El ciclo ocurre en el tracto GI
div. En ambos polos
heces
Maduracion
Descendencia intracelular múltiple : Epulopiscium
spp -Esta bacteria produce su descendencia viva? en su interior
Para su
reproducción
Epulopiscium
produce
descendencia en
su interior
Normalmente
crecen dos
ejemplares en el
citoplasma hasta
que la célula
madre
Se revienta y
muere liberándolos
Multiple descendencia por fisión múltiple
•Cianobacterias. El ciclo de vida empieza con un baeocito (
células pequeñas)
•En el crecimiento vegetativo , la célula se expande y produce
una matriz densa y extracelular, llamada capa F
•En el crecimiento celular, el DNA se replica y el nucloide se
agrega
•La célula empieza su fase reproductiva donde suceden
multliples fisiones produciendo cientos o decenas de baeocitos
•La matriz celular se abre y libera los baeocitos
Algunas Cianobacterias
En Stanieria:
Nunca ocurre la fisión binaria,
Es fisión multiple
Bacterias que geman y con prosteca
La división tiene lugar debido a un crecimiento
celular no balanceado
La célula madre retiene su identidad después
de la división celular
Presentan crecimiento polar
Bacterias con patrón de división asimétrico
(productos desiguales)
Caulobacter crescentus
La división de una célula prostecada ocurre mediante elongación celular seguida de una
fisión en el extremo opuesto de la prosteca se desarrolla un flagelo. La forma flagelar se
separa, se fija a un soporte y sintetiza una prosteca
Caulobacter crescentus
swarmer
Diferente estructura de
DNA y habilidad
replicativa,
Trascripción diferencial
Proteínas diferenciales
Ensamblado ordenado de
estructuras subcelulares
Entre estado móvil e inmóvil
Hyphomicrobium
Célula con una hifa y una yema joven
Bacteria que geman
Hiphomicrobium
Liberan yemas del extremo de las
hifas alargadas
La cél.móvil tiene rol en dispersión,
no replica DNA
Cuando crece la prosteca esta cel.
Puede replicar el DNA
Crece una yema, roma el septo se
divide se flagela y se va
Otros bacterias con ciclos de vida
y reproducción diferente
Bdellovibrio ( sanguijuela curva)
Fase de ataque
Fase parasitaria
“crecimiento”
Pierde el flajelo..
bdeloplasto
Crecimiento
como filamento
Septación y liberación
Ciclo de vida de Bdellovibrio
Streptomyces
Introducción al Crecimiento Microbiano
• Puntos de vista de estudio:
– Crecimiento individual: ciclo celular
– Crecimiento Poblacional
• Cinética del crecimiento
• Factores que afectan al tiempo de generación (g)
• Factores ambientales que afectan al crecimiento
– Físicos
– Químicos
Crecimiento microbiano
• Crecimiento de un sistema biológico: incremento
ordenado de todos los componentes del sistema
biológico  aumento de la masa celular 
multiplicación celular
• En microbiología crecimiento  aumento del nº
de individuos a lo largo del tiempo
Individual
Una generación
Poblacional
varias generaciones
El crecimiento de una población resulta de la suma de los ciclos
celulares de todos los individuos de dicha población.
Crecimiento microbiano
•
g
•
•
•
Crecimiento aumento de microorganismos a lo largo del tiempo
Si hacemos el experimento en el laboratorio…
Ejemplo de un
cultivo cuyo
g=30 min
Tratamiento matemático como progresión geométrica
El aumento en la población del n° de células es una progresión geométrica en base
dos en un cultivo creciendo exponencialmente, si partimos de una cél luego de una
generación tendremos 2, luego 4 luego 8 etc…..
1,2, 22 , 23..................2n
Si partimos de N° cél, el número de células finales será
N=No.
2n
n
por lo tanto N/No= 2
n° de generaciones
Teniendo en cuenta el tiempo total transcurrido se puede
calcular el n de generaciones, o se puede calcular g midiendo
otros parámetros
n=(t-to)/ g
ó
n = t/g
Reemplazando
N=No. 2t/g
La transformación de esta ecuación en una
recta (tomando logaritmos) rinde lo siguiente
lnN-lnNo =(t/g) x ln2 (1)
N=N02n
Tratamiento del crecimiento en función de
la tasa de crecimiento µ

en una población de bacterias que se encuentre en el medio
adecuado y se mantienen constantes todos los parámetros
nutricionales y ambientales (premisa)

todos los constituyentes aumentan proporcionalmente por un
mismo factor en la unidad de tiempo  coeficiente exponencial de
crecimiento μ

la velocidad de crecimiento de cualquier componente ,en un
tiempo corto, puede expresarse matemáticamente , de la
siguiente manera
dX/dt=mX
Considerando el número de células N
dN/dt=m. N
velocidad de aumento de un componente es igual a una constante
de proporcionalidad por la cantidad del componente
Agrupando
Coeficiente exponencial de crecimiento
dN/N=m. dt
Integrando se transforma en una ecuación exponencial
N = N0 eµ(t-to)
La transformación de esta ecuación en una recta (tomando
logaritmos) rinde lo siguiente
lnN-lnNo=m.(t-to) (2)
lnN-lnNo =(t/g) x ln2 (1)
ln N-ln No=m.t (2)
reemplazando
t/g.ln2=m.t
ln2/g=m.
Es decir, que hay una correlación inversa entre el valor de la tasa de crecimiento (µ) y el
tiempo de generación (g)
Estas ecuaciones nos permiten predecir cuál será el número de células, masa celular, etc.
después de un cierto tiempo de cultivo (t) si conocemos µ; o bien, poder calcular la tasa de
crecimiento µ a partir de medidas experimentales del incremento en el número de células,
biomasa, etc
Crecimiento en un sistema cerrado
• El más habitual en laboratorio
• Cultivo en frascos, tubos, etc.
• No hay aporte nuevo de nutrientes ni es posible
eliminar los productos de desecho del cultivo
• Se desarrolla a través de una curva característica
de crecimiento
Parámetros del Crecimiento
Fases del Crecimiento Bacteriano
Existe div celular aunque no aumente la masa
Curva de Crecimiento
Es la representación gráfica del logaritmo del número de células
en función del tiempo
La curva teórica sería una recta si los microorganismos estarían creciendo
constantemente pero en la práctica la curva presenta distintas fases:
Fase de latencia (lag): Período de adaptación a las nuevas condiciones
ambientales en un nuevo medio de cultivo
Fase de aceleración :Período donde las células mejor adaptadas comienzan
a dividirse, por lo tanto lo hacen gradualmente
Fase exponencial o logarítmica (log): La población se incrementa de modo
regular , duplicándose a intervalos regulares de tiempo. Se considera que
son fisiológicamente iguales y el tiempo de generación es constante. La
población aumenta en proporción a los componentes celulares
disminuye la tasa global de síntesis de DNA, RNA y
proteínas, aumenta la degradación de proteínas, se reorganiza el metabolismo general y se
acumulan compuestos de reserva (polifosfato y glucógeno)y osmoprotección (trehalosa y glicina
betaina
σ
RpoS (σs) es el factor específico de la fase estacionaria en E .coli.
Se acumula y regula > 50 genes en condiciones de hambreado y otros
estreses. Algunos ej.: catalasa, reparación del ADN, genes metabolismo del C,
bacteriocinas, genes de virulencia.
Métodos de determinación
del
crecimiento bacteriano
Medida de la masa bacteriana (M)
Métodos Directos
Determinación del peso húmedo
Determinación del peso seco
Métodos Indirectos
Metodos analíticos
Turbidimetría
Actividades metabólicas:
Consumo de nutrientes/producción de metabolitos
Medida del número de individuos
Métodos Directos
Recuento en cámara
Citómetros de flujo
Contadores electrónicos de partículas (Coulter)
Métodos Indirectos
Recuento sobre filtros de nitrocelulosa
Recuento de viables en placa
Métodos analíticos
Turbidimetría
Actividades metabólicas
Factores que afectan el crecimiento
bacteriano:
• Temperatura
• pH
• Solutos y aw
• Oxigeno.
Efecto de la temperatura sobre el crecimiento
Clasificación de los microorganismos
según la temperatura
pH
Acidofilos
Hongos y
algas.
Thiobacillus.
Staphylococcus
aureus
Alcalofilos
Bacillus
Solutos y aw.
• Los solutos presentes en el medio compiten por el agua y la “fijan”,
disminuyendo la cantidad disponible para los microorganismos.
• El agua difunde desde una región con alta concentración de agua (baja
concentración de solutos) hasta una región de menor concentración
de agua (alta concentración de solutos): Osmosis
Oxigeno y crecimiento bacteriano
Antibióticos
- Clasificación
- Efecto:
Bacteriostático
Bactericida
Bacteriolítico
- Modo de acción
- Mecanismo de
Resistencia
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