Terreni di coltura

Per coltivare i microrganismi in laboratorio si utilizza una soluzione nutritiva chiamata terreno di coltura. I microrganismi hanno diverse esigenze nutrizionali e capacità di nutrirsi dai terreni di coltura. I microrganismi hanno diverse vie metaboliche che conducono a diversi prodotti metabolici. In questo caso, la quantità e il tipo di nutriente da aggiungere in un terreno di coltura è molto importante. In questo caso, la quantità e il tipo di nutrienti da aggiungere in un mezzo devono essere pensati attentamente per assicurare una crescita di successo e la produzione di metaboliti desiderabili. Altri parametri che influiscono sulla crescita microbica sono la composizione dei nutrienti, la concentrazione ionica dei sali, il pH, e la temperatura.

Nutrizione

Il nutriente è una sostanza chimica richiesta da un organismo ai fini della propria crescita. Non tutti i nutrienti sono necessari nella stessa quantità. Gli elementi essenziali richiesti dall'organismo sono idrogeno (H), ossigeno (O), carbonio (C), azoto (N), fosforo (P) e zolfo (S). La formula chimica stimata per una cellula è CH_1.8O_0.5N_0.2 il che significa che C, H, O, e N sono i principali nutrienti richiesti dall'organismo. Oltre a C, N, O e H, i microrganismi necessitano anche di molti altri elementi, ma in quantità minori. Il fosforo, generalmente ottenuto sotto forma di fosfato (PO₄^2-), è un elemento chiave negli acidi nucleici e nei fosfolipidi. I microrganismi richiedono anche metalli in traccia come rame, ferro, zinco e cobalto all'interno del terreno di coltura. Essi vengono generalmente forniti sotto forma di ioni che fungono da cofattori nelle reazioni enzimatiche. Il ferro è necessario per la sintesi dei composti contenenti eme come i citocromi e per il sistema di trasporto degli elettroni.

Condizioni fisiche

Impatto della temperatura sulla crescita microbica

Per crescita si intende un aumento del numero di cellule. La crescita del microrganismo è fortemente influenzata dalle condizioni ambientali come temperatura, pH, disponibilità di acqua, ossigeno, pressione e radiazioni. Per ottenere una crescita desiderabile dei microrganismi, il contenuto di nutrienti del terreno e le condizioni ambientali devono essere adeguate.

I microrganismi necessitano di una temperatura minima e massima tollerabile. Ci sono tre temperature critiche per i microrganismi che sono generalmente determinate dalla temperatura alla quale gli enzimi del microrganismo funzionano. Le tre temperature critiche (dette anche temperature cardinali) sono le seguenti: ) sono le seguenti:

Temperatura minima di crescita: la temperatura più bassa a cui le cellule possono ancora dividersi
Temperatura massima di crescita: la temperatura più alta in cui le cellule possono ancora dividersi
Temperatura di crescita ottimale: la temperatura in cui le cellule si dividono più rapidamente

In generale, l'aumento di temperatura è influenzato dall'aumento della crescita delle cellule fino a raggiungere la temperatura ottimale, e la crescita delle cellule diminuisce significativamente dal raggiungimento della temperatura ottimale fino a raggiungere la temperatura massima. La temperatura svolge un ruolo chiave nella crescita cellulare incidendo sull'attività enzimatica e sulla rigidità dei componenti cellulari. Quando la temperatura aumenta, le reazioni enzimatiche nelle cellule avvengono rapidamente e la crescita diventa più rapida; tuttavia, al di sopra della temperatura ottimale, i componenti cellulari vengono danneggiati. Il danno cellulare ad alta temperatura può essere irreversibile e provocare la morte delle cellule. Una temperatura vicina a quella minima rallenta la crescita. Un'ipotesi su questo fenomeno è che la membrana citoplasmatica del microrganismo si irrigidisce al punto che non non supporta più la funzione di trasporto delle cellule. Le cellule del lievito utilizzate nelle industrie vengono generalmente coltivate in un intervallo di 20-40°C.

Oltre alla temperatura, il pH, che esprime l'acidità o l'alcalinità di un ambiente influisce significativamente sulla crescita cellulare del microrganismo. Tutti i microrganismi hanno anche un pH ottimale. Il pH ottimale per la maggior parte funghi (compreso il lievito) è leggermente acido. Il pH influenza la condizione degli enzimi e delle proteine e può causare la denaturazione degli enzimi e interferire con il trasporto degli ioni di membrana.