Requisitos de crecimiento de E. coli y auxótrofos

Bacterias extremas

El mundo bacteriano está en todas partes. Es asombroso los lugares donde los científicos han podido encontrar bacterias creciendo y sobreviviendo: respiraderos oceánicos profundos, fuentes termales hirviendo , agua con concentraciones extremadamente altas de sal e incluso en hielo. Ahora se sabe que estos entornos extremos son ecosistemas bacterianos bulliciosos e ilustran lo versátiles y aventureros que pueden ser las bacterias. Pero no haga las maletas, porque hoy no viajaremos a ninguno de esos entornos locos para aprender sobre esos bichos geniales. En cambio, solo mira tu instinto. Ese es el destino de nuestro viaje hoy.

Escherichia coli

Escherichia coli , o E. coli para abreviar, es una bacteria gramnegativa en forma de bastoncillo que habita normalmente en el tracto gastrointestinal inferior de los animales de sangre caliente. E. coli y los mamíferos han evolucionado juntos desde que ambos aparecieron en la Tierra hace entre 120 y 160 millones de años. Puede imaginar que a lo largo de todos estos años, E. coli ha evolucionado para prosperar en el entorno intestinal. Como resultado, las condiciones óptimas de crecimiento para E. coli también podrían ser una lista de condiciones en el intestino de los mamíferos promedio. Antes de analizar la E. coli específicamente, echemos un vistazo rápido a lo que todos los organismos necesitan para sobrevivir.

Factores de crecimiento

El carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre son elementos químicos necesarios para construir casi todos los componentes celulares. Además de estos elementos principales, se requieren elementos como hierro, selenio, calcio, sodio y varios otros para construir estructuras específicas y realizar procesos específicos. E. coli , junto con todos los demás organismos vivos, requiere fuentes ambientales de todos estos elementos para sobrevivir. La mayoría de estos elementos provienen de fuentes alimentarias, como carbohidratos, proteínas y grasas.

Además de estos componentes básicos, se encuentran los factores de crecimiento , que son metabolitos esenciales que un organismo necesita pero que no puede sintetizar. Los factores de crecimiento pueden incluir aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos o vitaminas. En la clase de historia, quizás recuerde haber aprendido sobre piratas que desarrollan escorbuto después de largos viajes en el mar. El escorbuto, caracterizado por letargo y eventual muerte, es causado por una deficiencia de vitamina C. Los seres humanos son incapaces de sintetizar la vitamina C y deben consumirla en su dieta. Para usted y para mí, la vitamina C es un factor de crecimiento.

La cepa natural (de tipo salvaje) de E. coli no requiere ningún factor de crecimiento. Si se le dan los elementos apropiados y una fuente de energía, E. coli puede sintetizar los 20 aminoácidos, todas las vitaminas, todos los nucleótidos y todos los ácidos grasos que utiliza durante el crecimiento y el metabolismo. Bastante eficiente, ¿verdad? Bueno, algo así.

A pesar de la capacidad de E. coli para producir sus propios factores de crecimiento, existe una ventaja en suministrarlos. Se necesita mucha energía para producir todos los factores de crecimiento necesarios. E coli puede crecer y reproducirse mucho más rápido si se proporcionan estos compuestos. Para un científico que experimenta con E. coli , un crecimiento más rápido permite más experimentos y más datos. Con las condiciones adecuadas y una combinación completa de factores de crecimiento, una población de E. coli puede duplicar su tamaño aproximadamente cada 20 minutos. En el colon, donde E. coli tiene que competir por los factores de crecimiento con otras bacterias intestinales y el huésped, la población puede tardar alrededor de 12 horas en duplicarse.

Ahora que entendemos el elemento básico y los requisitos del factor de crecimiento, pasemos a discutir algunas de las variables de crecimiento que dependen del entorno y también que podemos variar dentro del laboratorio.

Temperatura

Probablemente conozca la temperatura de su cuerpo: 37 grados Celsius , o 98.6 grados Fahrenheit más familiares. Dado que E. coli evolucionó en su colon, no es exagerado encontrar que la temperatura óptima para su crecimiento es de alrededor de 37 grados Celsius. Las bacterias que prosperan a estas temperaturas se llaman mesófilos. Un mesófilo puede crecer y dividirse entre 10 grados Celsius y 45 grados Celsius. La mayoría de las bacterias que viven asociadas con los mamíferos son mesófilas. La evolución ha perfeccionado las bacterias para que puedan crecer mejor a la temperatura media de su huésped. Una célula de E. coli no morirá si se extrae de un entorno de 37 grados, pero su tasa de crecimiento se ralentizará.

Concentración de oxígeno

El colon es, en su mayor parte, un entorno anaeróbico. La ausencia de oxígeno, obviamente, no es un problema para E. coli , considerando que aquí es donde evolucionó para vivir.

Pero, ¿qué pasa con la E. coli mortal que envenena los alimentos ? Por lo general, se encuentran en la superficie de verduras sin lavar y en carne de res contaminada. Estas áreas están expuestas a concentraciones de oxígeno atmosférico. Pero E. coli puede manejar estos cambios bruscos en la concentración de oxígeno sin problemas.

Esto se debe a que E. coli es un aerobio facultativo . Esto significa que puede crecer en ambientes con o sin oxígeno. Mientras está en el colon, la bacteria realiza fermentación o respiración anaeróbica pero puede cambiar a respiración aeróbica cuando sale del colon y se deposita en una superficie ambiental aeróbica. Como regla general, una bacteria puede utilizar sus nutrientes de manera más eficiente durante el crecimiento aeróbico y, por lo tanto, generar más energía y crecer más rápido.

pH

Otro factor ambiental importante es el pH. El colon humano promedio tiene un pH entre 5.5 y 7. Esto también se alinea con el rango óptimo de E. coli . La bacteria puede sobrevivir entre 4,4 y 9,7, pero crece mejor alrededor de las 7, que es neutral.

En el laboratorio, un microbiólogo mezclará una receta que contiene todos los componentes necesarios para el crecimiento de E. coli y luego ajustará el pH usando soluciones ácidas y básicas para alcanzar el pH 7. Luego, también agregarán un tampón que mantiene estable el pH. .

Auxótrofos

¿Por qué nos preocupan tanto los requisitos de crecimiento de E. coli ? Bueno, la mayoría de los microbiólogos se refieren a E. coli como el caballo de batalla del laboratorio. Se utiliza en innumerables experimentos para aprender más sobre cómo funcionan las células bacterianas. Una de las formas más fáciles de descubrir cómo funciona algo en la célula es eliminarlo o modificarlo y observar el impacto en el crecimiento y la supervivencia.

Suponga que desea estudiar el papel del aminoácido lisina en el crecimiento de E. coli . Empiece con una cepa de tipo salvaje de E. coli que es capaz de sintetizar lisina y todos sus factores de crecimiento normales. Esta cepa se conoce como protótrofo , o cepa parental que puede producir todos los factores de crecimiento necesarios que se utilizan para producir un mutante experimental deseado.

Luego, dispara las células protótrofas con radiación para causar mutaciones y luego busca mutantes que no pueden producir lisina. Este mutante experimental se llama auxótrofo , o una descendencia que ha desarrollado o ha sido modificada con un requisito nutricional a través de la mutación.

Usando nuestro ejemplo, su E. coli protótrofa fue diseñada para que ya no pudiera sintetizar lisina. Creaste un auxótrofo de lisina que requiere la adición de lisina para crecer. Ahora puede estudiar el impacto de la lisina en su E. coli auxotrófica .

Resumen de la lección

Repasemos lo que aprendimos sobre los requisitos de crecimiento de E. coli . Como todos los demás organismos, E. coli requiere elementos importantes para sobrevivir. E. coli es un protótrofo , lo que significa que es capaz de sintetizar todos los factores de crecimiento necesarios , pero suministrarlos a cultivos de E. coli da como resultado una tasa de crecimiento más rápida. Por el contrario, un auxótrofo es un mutante incapaz de producir un factor de crecimiento específico. En este caso, las células no crecerán sin la adición de ese factor de crecimiento.

E. coli es un mesófilo que crece mejor a 37 grados Celsius en ambientes de pH neutro. E. coli es un aerobio facultativo y puede crecer sin oxígeno, pero puede extraer más energía de su fuente de nutrientes y crecer más rápido si hay oxígeno presente.

Resultado de la lección

Una vez que haya terminado esta lección, debería poder:

• Enumere los elementos que todos los organismos necesitan para sobrevivir.
• Examinar las variables ambientales que afectan el crecimiento de E. coli y comprender por qué el intestino de los mamíferos es el ambiente perfecto para E. coli
• Definir ‘prototroph’ y ‘auxotroph’
• Comprender por qué a los científicos les gusta usar E. coli en experimentos

Rodrigo Ricardo Editor y fundador