Medios de Cultivo

Clasificación de los Medios de Cultivo

Según su origen:

  • Naturales: existen como tal en la naturaleza (leche, suero, sangre, agua, etc.). Son siempre complejos.
  • Artificiales: se preparan a partir de diversos componentes; pueden ser:
    • Sintéticos o químicamente definidos: Se preparan con sustancias puras y en cantidades conocidas.
    • Complejos o químicamente indefinidos: Se preparan con ingredientes cuya composición se conoce sólo de forma aproximada (suero, sangre, extracto de levadura, extracto de carne, peptonas, etc.).

Según su finalidad:

  • Comunes o Generales: para el cultivo de un amplio rango de bacterias (u hongos). Pueden ser sólidos o líquidos, para aislamiento no selectivo o mantenimiento, etc.
  • Especiales:
    • Enriquecidos: medios adicionados de sangre, suero, yema de huevo, etc. para cultivar microorganismos nutricionalmente exigentes.
    • Selectivos:
      • Para enriquecimiento: medios líquidos, permiten el crecimiento de varios microorganismos de una muestra, pero favorecen a alguno que está en muy baja proporción.
      • Para aislamiento: medios sólidos que contienen algún componente que favorece el desarrollo de un grupo, inhibiendo a otro.
    • Diferenciales: contienen algún componente que permite distinguir entre 2 o más tipos de microorganismos por características diferenciales de crecimiento (ej. color de la colonia).

Nutrientes: Consideraciones Importantes

  • Baratos.
  • Fácil obtención. Disponibilidad en cantidad y abastecimiento. Transporte.
  • Homogeneidad.
  • Estabilidad y facilidad de almacenamiento.
  • Condiciones de preparación o pretratamiento.
  • Condiciones de esterilización.

Método Estequiométrico – Balance de Masa

  • Material que ingresa al sistema: nutrientes, oxígeno.
  • Material que sale del sistema: desecho o lodo, CO2 y CH4.

Ecuaciones estequiométricas:

  • Balance químico: describe la oxidación biológica de un desecho orgánico. Ej. Desecho caseína.

Método Experimental

Ventajas:

  • Método sencillo.
  • No se necesita personal entrenado.
  • Se pueden usar diferentes concentraciones.

Desventajas:

  • Necesita mucho personal.
  • Se requiere mucho tiempo.
  • Es muy laborioso.
  • Concentraciones alejadas del óptimo.
  • Los ensayos no consideran factores o variables externas.

Método Pluridireccional

  • Screening.
  • Escalamiento.
  • Optimización final.

Fermentaciones

Definición

Proceso de obtención de un producto o metabolito de interés mediante el crecimiento de un microorganismo en un medio de cultivo o de fermentación.

Tipos de Fermentaciones

Según el proceso:

  • Cultivo tipo discontinuo (batch).
  • Cultivo tipo lote alimentado (fed-batch) o semi-continuo.
  • Cultivo tipo continuo.

Según la forma:

  • Fermentación con cultivos puros.
  • Fermentaciones con cultivos mixtos.

Según la constitución:

  • Fermentación con cultivos sumergidos.
  • Fermentaciones con cultivos de sustrato sólidos.

Fermentación Discontinua Tipo Batch

  • Considerado como sistema cerrado.
  • Los microorganismos se inoculan en medio de prefermentación.
  • El inóculo va al medio de fermentación.
  • No se añade nada durante la fermentación, excepto: oxígeno, antiespumante, ácidos o bases.
  • Conforme transcurre el tiempo, la concentración de sustrato, de biomasa y producto varían como resultado del metabolismo de la célula.
  • En la curva de crecimiento se describen las fases:
    • Latencia.
    • Logarítmica.
    • Estacionaria.
    • Muerte.

Fermentación Discontinua de Lote Alimentado

  • Usado en producción de penicilina.
  • Se adiciona sustrato continuamente durante la fermentación.
  • Se puede suprimir la formación de catabolitos (represión catabólica).
  • Control de fermentación por parámetros indirectos relacionados con sustrato crítico.
  • Usado para incrementar productividad.

Fermentación Continua

  • Son sistemas abiertos.
  • La solución nutritiva estéril se añade continuamente al biorreactor y una cantidad equivalente de solución utilizada de los nutrientes, con los microorganismos, se saca simultáneamente del sistema.

Clases de Fermentaciones Continuas:

  • Mezclado homogéneamente: Utilizado como un quimiostato o un turbidostato.
  • Flujo de tapón: Fluye a través de un reactor tubular sin mezclado.

Cultivo Continuo (Sistemas Abiertos) – Quimiostato

Condiciones de equilibrio:

  • La pérdida de células que sale es balanceada por el crecimiento del microorganismo.

Velocidad de flujo (D):

  • Velocidad de flujo volumétrico a través del volumen del fermentador. Volumen que ingresa y sale.

Prerrequisitos de Operación y Técnicas:

  • Necesario alcanzar y mantener un flujo permanente y constante.
  • No deben haber cambios en la concentración de sustrato, número de células y la concentración intracelular de metabolitos.
  • Contar con un equipo perfecto y fiable.

Cinética de Fermentación Mixta

  • Población microbiana mixta.
  • Sistema donde ocurre selección natural.
  • Sistema determina qué organismo sobrevive y predomina.

Clasificación de Tipos de Interacciones Microbianas

  • Competición: una comunidad de dos o más especies están limitándose mutuamente. Ellos dependen de factores externos comunes.
  • Comensalismo: el crecimiento de una especie es promovida por la presencia de una segunda especie en una población.
  • Mutualismo: ambos microorganismos crecen más rápido cuando están juntos que cuando están separados. Puede deberse a factores de crecimiento o productos que sirven como productos.
  • Sinergismo: es un tipo de comensalismo en los cuales la formación de productos específicos es mayor en cultivos mixtos que en puros.
  • Amensalismo: el crecimiento de una especie es reprimida por la presencia de sustancias mixtas producidas por otros.
  • Neutralismo: ambas especies no tienen un efecto observable sobre el otro.
  • Simbiosis: asociación mutualista, es necesario que uno de ellos sobreviva para la sobrevivencia del otro.
  • Parasitismo: ocurre cuando un microorganismo se alimenta y reproduce a expensas de los fluidos del tejido y del cuerpo del otro.

Competencia por el Mismo Sustrato Limitante de Crecimiento

  • Libre competencia: dos especies compiten por el mismo sustrato limitante. Está determinada por la concentración del sustrato limitante sobre la tasa específica de crecimiento de cada especie.
  • En un cultivo Batch, donde la concentración inicial del sustrato limitante es mucho mayor que el valor de Ks, cada especie crecerá a su máxima tasa hasta que el sustrato se agote.
  • En un cultivo continuo, el organismo con tasa de crecimiento más rápida desplaza al otro del medio.