Medio de cultivo

Para la siembra de microorganismos en el laboratorio se utiliza una solución nutritiva, denominada medio de cultivo. Cada microorganismo tiene diferentes necesidades nutricionales y la capacidad de obtener nutrientes del medio. Los microorganismos tienen varias rutas metabólicas que conducen a diferentes productos metabólicos. En este caso, la cantidad y el tipo de nutrientes que se han de añadir a un medio, deben ser considerados con atención, para asegurar así un crecimiento satisfactorio y una producción de metabolitos deseables. Varios de los parámetros que influyen en el desarrollo microbiano son la composición de los nutrientes, la concentración iónica de la sal, el pH y la temperatura.

Nutrición

Un nutriente es una sustancia química que el organismo necesita para crecer. No todos los nutrientes son demandados en las mismas cantidades. Son elementos esenciales y necesarios para un organismo: el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el carbono (C), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). Una posible fórmula química para una célula sería CH_1,8O_0,5N_0,2, lo que significa que C, H, O y N predominan en el nutriente necesario para el organismo. Además de C, N, O y H, los microorganismos también necesitan muchos otros elementos, pero en menores cantidades. El fósforo, que generalmente se obtiene en forma de fosfato (PO₄^2-), es un elemento clave en los ácidos nucleicos y en los fosfolípidos. Los microorganismos también demanda metales traza, como cobre, hierro, zinc y cobalto, presentes en el medio de cultivo. Generalmente, estos metales traza son proporcionados en forma de iones que servirán como cofactores en las reacciones enzimáticas. El hierro es necesario en la síntesis de compuestos que contengan grupos hemo, como los citocromos y el sistema de transporte de electrones.

Condiciones físicas

Efectos de la temperatura en el crecimiento microbiano

El crecimiento se define como un incremento en el número de células. El crecimiento de microorganismos se ve afectado, en gran medida, por las condiciones ambientales, como la temperatura, el pH, la disponibilidad de agua, el oxígeno, la presión y la radiación. Para alcanzar un crecimiento deseable en los microorganismos, el contenido de nutrientes de un medio, así como las condiciones ambientales, deber ser adecuados.

Cada microorganismo tiene una temperatura mínima y máxima tolerable. Hay tres temperaturas que son críticas para los microorganismos, las cuales son determinadas, de forma general, por la temperatura de función enzimática de los microorganismos. Estas tres temperaturas críticas (también denominadas temperaturas cardinales) son como se indica a continuación:

Temperatura de crecimiento mínimo: La temperatura más baja a la que las células todavía pueden dividirse.
Temperatura máxima de crecimiento: La temperatura más alta a la que las células todavía pueden dividirse.
Temperatura de crecimiento óptimo: la temperatura a la que las células se dividen con mayor rapidez.

Por lo general, el incremento de temperatura afecta al incremento en el crecimiento celular hasta que se alcanza la temperatura óptima y, a partir de este punto, el crecimiento celular decaerá significativamente hasta que se alcance la temperatura máxima. La temperatura juega un papel fundamental en el crecimiento celular, afectando a la actividad enzimática y a la rigidez del componente celular. Cuando la temperatura sube, las reacciones enzimáticas en las células suceden rápidamente y el crecimiento se acelera; sin embargo, por encima de la temperatura óptima, los componentes celulares se ven perjudicados. Este daño celular a altas temperaturas puede ser irreversible y, a la larga, causa la muerte celular. Cerca de la temperatura mínima, el crecimiento se ralentiza. Una hipótesis acerca de este fenómeno es que las membranas citoplasmáticas de los microorganismos se endurecen, hasta el punto en que dejan de asistir en la función de transporte celular. Generalmente, las células de levadura que se utilizan a nivel industrial, crecen en un rango de temperatura que oscila entre 20 ºC y 40 ºC.

Además de la temperatura, el pH, que expresa la acidez o alcalinidad de un medio, también afecta de forma significativa al crecimiento celular de los organismos. Cada microorganismo también tiene un pH óptimo. El pH óptimo, en la mayoría de los hongos (incluyendo las levaduras), es ligeramente ácido. El pH afecta a las condiciones proteicas y enzimáticas, y puede causar desnaturalización enzimática e interferir en el bombeo iónico de las membranas.