Crecimiento Bacteriano y Cinética de Crecimiento

El crecimiento bacteriano se refiere al aumento en el número de células en una población, generalmente por fisión binaria, y la cinética de crecimiento es la descripción cuantitativa de la rapidez con la que ocurre ese aumento y qué lo limita. En un cultivo cerrado (por lotes), el crecimiento sigue una curva característica con fases de latencia, exponencial, estacionaria y de muerte, mientras que la fase exponencial se describe por una tasa de crecimiento constante y un tiempo de duplicación (generación).

Definition

El crecimiento bacteriano es el aumento ordenado en el número de células bacterianas en una población a lo largo del tiempo, típicamente a través de la fisión binaria; la cinética de crecimiento describe ese aumento cuantitativamente, incluyendo la tasa de crecimiento, el tiempo de duplicación y la dependencia del crecimiento de la concentración del sustrato.

Scope

Este tema aborda cómo crecen las poblaciones bacterianas, las fases de la curva de crecimiento por lotes, las matemáticas del crecimiento exponencial y el tiempo de generación, y cómo la tasa de crecimiento depende del suministro de nutrientes. Se trata el crecimiento a nivel de poblaciones como un tema de referencia en microbiología, no como asesoramiento clínico sobre infecciones.

Core questions

• ¿Cuáles son las fases de la curva de crecimiento bacteriano en un cultivo por lotes?
• ¿Cómo se definen y miden la tasa de crecimiento exponencial y el tiempo de duplicación?
• ¿Cómo depende la tasa de crecimiento de la concentración de un nutriente limitante?
• ¿Qué causa la transición del crecimiento exponencial a la fase estacionaria?

Key concepts

• Fisión binaria
• Fases de latencia, exponencial (logarítmica), estacionaria y de muerte
• Tasa de crecimiento específica y tiempo de duplicación (generación)
• Nutriente limitante y saturación del sustrato
• Cultivo por lotes versus cultivo continuo (el quimiostato)
• Respuesta estricta y control de la tasa de crecimiento

Key theories

Cinética de crecimiento de Monod

Monod describió cómo la tasa de crecimiento específica de un cultivo bacteriano aumenta con la concentración de un sustrato limitante, acercándose a un máximo en la saturación, proporcionando una ley cuantitativa que vincula la disponibilidad de nutrientes con la tasa de crecimiento.

Mechanisms

La mayoría de las bacterias crecen por fisión binaria, por lo que una población sin restricciones aumenta exponencialmente, duplicándose a un intervalo constante; la tasa de crecimiento específica establece ese intervalo. En un cultivo por lotes, la población primero se adapta (fase de latencia), luego crece exponencialmente, luego se estabiliza en la fase estacionaria a medida que los nutrientes se agotan o los desechos se acumulan, y finalmente disminuye. La cinética de Monod relaciona la tasa de crecimiento específica con la concentración de un nutriente limitante, de modo que el crecimiento se ralentiza a medida que el sustrato escasea (Monod, 1949). Cuando los nutrientes escasean, la respuesta estricta (stringent response), mediada por la molécula señalizadora (p)ppGpp, reprograma la célula para ralentizar la síntesis de ribosomas y el crecimiento (Potrykus & Cashel, 2008).

Clinical relevance

La rapidez con la que crecen las bacterias influye en la velocidad con la que una infección puede establecerse y en cómo se comportan los cultivos de laboratorio, y las subpoblaciones de crecimiento lento o no creciente son relevantes para entender por qué algunas infecciones son difíciles de erradicar. Este tema explica la dinámica del crecimiento con fines de comprensión; no proporciona recomendaciones de diagnóstico o tratamiento.

History

El estudio cuantitativo del crecimiento bacteriano fue establecido firmemente por Jacques Monod, cuya tesis de 1942 y revisión de 1949 formalizaron la curva de crecimiento y la dependencia de la tasa de crecimiento de la concentración de nutrientes (Monod, 1942; Monod, 1949). Su marco, junto con el posterior quimiostato de cultivo continuo, convirtió el crecimiento en una variable medible y controlable. El descubrimiento de la respuesta estricta y (p)ppGpp añadió una explicación molecular de cómo las células ajustan el crecimiento al suministro de nutrientes (Potrykus & Cashel, 2008).

Key figures

• Jacques Monod
• Michael Cashel

Seminal works

• monod-1949
• monod-1942

Frequently asked questions

¿Cuáles son las cuatro fases de la curva de crecimiento bacteriano?

En un cultivo por lotes, las bacterias pasan por una fase de latencia de adaptación, una fase exponencial (logarítmica) de duplicación a tasa constante, una fase estacionaria donde el crecimiento y la muerte se equilibran a medida que los recursos se agotan, y una fase de muerte (declive).

¿Qué es el tiempo de generación?

El tiempo de generación, o tiempo de duplicación, es el intervalo requerido para que una población bacteriana se duplique en número durante el crecimiento exponencial; varía ampliamente entre especies y con las condiciones de crecimiento.