Los estudios sobre la multiplicación de microorganismos son fundamentales para varias industrias, incluidas la alimentaria, farmacéutica, agrícola y ambiental. Comprender los procesos y factores que afectan la multiplicación microbiana le permite optimizar la producción, mejorar la seguridad y desarrollar nuevas tecnologías. |
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Los microorganismos son organismos microscópicos que incluyen bacterias, hongos, virus y protozoos. Estos organismos cumplen funciones en el medio ambiente y la industria, son fundamentales para procesos como la descomposición de la materia orgánica, fijación de nitrógeno en el suelo, producción de combustibles, fermentación en la producción de alimentos, entre otros procesos. Este tipo de microorganismos tienen características distintas y realizan diferentes funciones en el medio ambiente y en diferentes sectores industriales. |
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Bacterias: son procariotas, organismos unicelulares que se pueden encontrar en diferentes ambientes. Algunas bacterias son beneficiosas y desempeñan un papel crucial en la descomposición de la materia orgánica y la fijación de nitrógeno, mientras que otras pueden causar enfermedades. |
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Hongos: son eucariotas, uni o pluricelulares. Incluyen organismos como levaduras, mohos y hongos. Los hongos desempeñan un papel en la descomposición de la materia orgánica y el reciclaje de nutrientes en el ecosistema. En la industria, se utilizan en la producción de alimentos, bebidas y medicamentos, como en la fermentación del pan y la cerveza, y en la producción de antibióticos como la penicilina. |
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Virus: son acelulares. Partículas infecciosas que requieren un huésped para replicarse. Aunque se sabe que causan principalmente enfermedades en humanos, animales y plantas, los virus también tienen aplicaciones beneficiosas, como en terapias genéticas y desarrollo de vacunas. |
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Protozoarios: son organismos eucariotas unicelulares, muchos de los cuales son móviles y se alimentan de bacterias y otros microorganismos. |
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¿Qué factores afectan la multiplicación de microorganismos? |
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La multiplicación de microorganismos está influenciada por una variedad de factores ambientales y nutricionales. Estos factores pueden promover o inhibir el crecimiento microbiano, dependiendo de las condiciones específicas de cada ambiente. A continuación veremos los principales factores que afectan a la multiplicación de los microorganismos: temperatura, pH, humedad, nutrientes disponibles y presencia de oxígeno y otros gases. |
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La temperatura es uno de los factores más críticos que afectan la multiplicación de microorganismos. Los procesos de crecimiento dependen de reacciones químicas, que se ven afectadas por la temperatura. Cada microorganismo tiene una temperatura mínima, por debajo de la cual el crecimiento es inviable; una temperatura óptima a la que el crecimiento se produce más rápidamente; y una temperatura máxima por encima de la cual no es posible el crecimiento. Estas tres temperaturas se conocen como temperaturas cardinales. |
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Figura 01. Temperaturas cardinales: mínima, óptima y máxima. Los valores pueden variar significativamente en diferentes organismos. Fuente: Madigan, et. al., 2016. |
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El rango de temperatura óptimo generalmente se divide en tres grupos: • Psicrófilos: microorganismos que crecen a bajas temperaturas (0°C a 20°C) y una temperatura óptima de 15°C, pero pueden crecer a temperaturas más bajas.
• Mesófilos: microorganismos que prefieren temperaturas moderadas (20°C a 45°C). La mayoría de los patógenos humanos son mesófilos.
• Termófilos: microorganismos que crecen a altas temperaturas (45°C a 80°C). Los microorganismos hipertermófilos pueden crecer a temperaturas superiores a 80°C.
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Figura 02. Relaciones entre temperatura y crecimiento de microorganismos de diferentes clases térmicas. Fuente: Madigan, et. al., 2016. |
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Las temperaturas fuera del rango ideal pueden retardar o detener el crecimiento microbiano y, en temperaturas extremas, pueden provocar la muerte celular. |
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El pH del ambiente también es crucial para la multiplicación de microorganismos. Para lograr un buen crecimiento en medios ácidos o básicos, los microorganismos deben poder mantener su pH intracelular en torno a 7,5, independientemente del pH externo. Esto es posible porque el microorganismo es capaz de expulsar o absorber iones de hidrógeno a través de la célula, manteniendo un pH interno constante, dentro de los límites propios de cada especie. Cada microorganismo tiene un pH óptimo en el que crece mejor: • Acidófilos: Crecen en ambientes ácidos (pH < 5).
• Neutrófilos: Crecen en pH neutro (pH 6 a 8). La mayoría de los microorganismos que causan enfermedades en los humanos son los neutrófilos.
• Alcalófilos: Crecen en ambientes alcalinos (pH > 8).
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Figura 03. La escala de pH. Aunque algunos microorganismos son capaces de vivir a un pH muy bajo o alto, el pH interno de la célula se mantiene cercano a la neutralidad. Fuente: Madigan, et. al., 2016. |
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La presencia o ausencia de oxígeno y otros gases en el ambiente influye significativamente en la multiplicación de los microorganismos: • Aerobios: requieren oxígeno para crecer.
• Aerobios facultativos: pueden crecer con oxígeno, siempre y cuando tengan las condiciones nutricionales y culturales adecuadas.
• Microaerófilos: necesitan bajos niveles de oxígeno para crecer, inferiores a los del aire (el aire contiene un 21% O2).
• Anaerobios obligatorios: no crecen en presencia de oxígeno, que puede ser letal.
• Anaerobios aerotolerantes: no utilizan oxígeno, pero pueden tolerar su presencia.
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Tabla 01. Relaciones de los microorganismos con el oxígeno. Fonte: Madigan, et. al., 2016. |
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Además del oxígeno, otros gases como el dióxido de carbono también pueden influir en el crecimiento microbiano. Algunas especies requieren altos niveles de dióxido de carbono para un crecimiento óptimo. |
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Curvas de crecimiento microbiano |
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Las curvas de crecimiento microbiano son herramientas esenciales para comprender y analizar el desarrollo de poblaciones de microorganismos a lo largo del tiempo. Estos gráficos representan cambios en la densidad de población de un cultivo microbiano en un ambiente controlado, lo que proporciona información sobre el comportamiento y las necesidades de los microorganismos. Las curvas de crecimiento microbiano generalmente se dividen en cuatro fases distintas: Lag, Log, estado estacionario y muerte. |
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Figura 04. Curva de crecimiento típica de una población bacteriana. Un recuento viable mide las células presentes en el cultivo capaces de reproducirse. La densidad óptica (turbidez), una medida cuantitativa de la dispersión de la luz por un cultivo líquido, aumenta a medida que aumenta el número de células.. Fuente: Madigan, et. al., 2016. |
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• Fase Lag: periodo inicial tras la inoculación de microorganismos en un nuevo medio de cultivo. Durante esta fase no se produce un aumento significativo del número de células, ya que los microorganismos se van adaptando al nuevo entorno. Sintetizan enzimas y metabolitos necesarios para el uso de los nutrientes disponibles. La duración de la fase Lag puede variar dependiendo de las condiciones ambientales y de la adaptación previa de los microorganismos.
• Fase Log (Fase Exponencial): después de la adaptación, los microorganismos entran en la fase Log, caracterizada por un crecimiento exponencial. Durante esta fase, las células se dividen a un ritmo máximo constante y la población microbiana se duplica a intervalos regulares. Esta fase es ideal para estudios de cinética de crecimiento y producción de biomasa, ya que los microorganismos son más activos metabólicamente.
• Fase Estacionaria: ocurre cuando el crecimiento de la población se desacelera y se estabiliza. Esto puede suceder debido al agotamiento de nutrientes, la acumulación de productos de desecho tóxicos o limitaciones de espacio. Durante esta fase, la tasa de crecimiento celular se equilibra con la tasa de muerte celular, lo que da como resultado un número total de células constante. Es una fase crítica para la producción de metabolitos secundarios como los antibióticos.
• Fase de Decadencia (Fase de Muerte): la tasa de muerte celular supera la tasa de formación de nuevas células. Los recursos ambientales se agotan y las condiciones ambientales se vuelven desfavorables para la supervivencia de los microorganismos. El número de células viables disminuye exponencialmente. Esta fase es importante para comprender la longevidad y resistencia de los microorganismos en condiciones adversas.
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Uso de biorreactores e incubadoras refrigeradas con agitación orbital en la multiplicación de microorganismos |
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La multiplicación de microorganismos es un proceso fundamental en varias áreas de la biotecnología, la microbiología y la investigación científica. Para optimizar estos procesos, Tecnal cuenta con biorreactores y la incubadora refrigerada con agitación orbital TE-426. Estos equipos permiten controlar las condiciones de cultivo, proporcionando un ambiente ideal para el desarrollo microbiano. |
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Los biorreactores son equipos diseñados para proporcionar un ambiente controlado para la fermentación, el crecimiento de microorganismos y el cultivo de células. Pueden utilizarse en la producción de enzimas, biofertilizantes, biocombustibles, etanol 2G, cerveza, medicamentos, entre otros procesos. Las principales ventajas de los biorreactores incluyen: |
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• Control de parámetros: permiten controlar la temperatura, pH, nutrientes, oxigenación, agitación, presión, concentración de gases, espuma, entre otros.
• Escala: los biorreactores se pueden utilizar a diferentes escalas, desde pequeños volúmenes para investigación de laboratorio hasta grandes volúmenes para producción industrial.
• Automatización y monitoreo: cuenta con sistemas automatizados de monitoreo y control, permitiendo ajustes a las condiciones de cultivo, lo que maximiza la eficiencia del proceso.
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La incubadora refrigerada con agitación orbital TE-426 se puede utilizar para cultivar microorganismos que requieren condiciones de temperatura específicas y movimiento orbital para crecer de manera eficiente. Los beneficios clave de estas incubadoras incluyen: |
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• Control de temperatura: Opera en el rango de 15°C a 60°C. • La agitación orbital asegura una distribución homogénea de nutrientes y oxígeno.
• Disminución del riesgo de contaminación: las salidas de muestreo permiten la recolección de muestras sin necesidad de abrir el equipo o los recipientes. Por tanto, el ambiente controlado y cerrado de las incubadoras reduce el riesgo de contaminación de los cultivos, asegurando la integridad de los experimentos.
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El control de las condiciones de cultivo en ambos dispositivos permite optimizar el crecimiento microbiano. Se recomienda el uso de biorreactores en estudios que requieran un mayor control de las características del cultivo, ya que permite el monitoreo de más variables. La incubadora refrigerada con agitación orbital está indicada para procedimientos en los que requieren control de menos variables, solo permite control de temperatura, agitación, recolección de muestras y alivio de la presión del aire en los vasos.
Con estos equipos, los investigadores pueden ajustar las condiciones de cultivo para experimentar con diferentes parámetros, lo cual es fundamental para el desarrollo de nuevos procesos y productos biotecnológicos.
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Los procesos de multiplicación de los microorganismos son diversos y adaptados a sus necesidades y ambientes específicos. Comprender los factores que afectan la multiplicación de microorganismos es esencial para manipular sus poblaciones en diversos contextos, desde la fermentación industrial hasta el control de patógenos en entornos clínicos. |
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Al ajustar la temperatura, el pH, la humedad, las condiciones de nutrientes y gases, podemos promover o inhibir el crecimiento de microorganismos según sea necesario para diversas aplicaciones científicas e industriales. El análisis detallado de las curvas de crecimiento microbiano le permite optimizar los procesos industriales, monitorear la calidad del producto y comprender mejor las interacciones microbianas en diferentes ambientes. Este conocimiento proporciona una base sólida para la aplicación práctica de la microbiología en diversas áreas, contribuyendo a importantes avances científicos e industriales. |
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El uso de biorreactores e incubadoras refrigeradas con agitación orbital proporciona control de las condiciones de cultivo, asegurando un entorno optimizado para el desarrollo microbiano. Con estos equipos es posible lograr mayor productividad, flexibilidad experimental y uso eficiente de tiempo y recursos, impulsando avances significativos en las ciencias biológicas y sus aplicaciones prácticas. |
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