Pruebas Bioquímicas Microbiología

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Laboratorio de Microbiología Práctica 1. Metabolismo Bacteriano 1 Fernando Cisneros, 22 de Octubre de 2013 Universidad de Guanajuato, División de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de Biología, Laboratorio de Microbiología PARTE I: DIGESTION DE MACROMOLECULAS OBJETIVO El alumno identificará y clasificará diversos grupos de organismos en base a sus actividades metabólicas. Realizará ensayos de degradación de polímeros como gelatina, almidón, fosfolípidos y proteínas por exoenzimas bacterianas. INTRODUCCIÓN La gran diversidad metabólica que existe entre los microorganismos, incluso entre algunos muy cercanos filogenéticamente, permite la realización de los ciclos bioquímicos. Sin la intervención de los microorganismos no podrían llevarse a cabo los ciclos del carbono, nitrógeno, azufre y oxígeno y la atmósfera de la tierra tendría una composición gaseosa muy diferente a la actual. La composición y cantidad “anormal” (en cuanto a que están alejados del equilibrio termodinámico) de los gases O2,N2, CO2,H2 y CH4 de la atmósfera actual solo se puede explicar por la actividad constante de los seres vivos y en particular de los microorganismos procarióticos, entre los que se encuentra la mayor diversidad de actividades metabólicas, incluyendo varias reacciones únicas entre los seres vivos. Para que una célula crezca debe satisfacer todos sus requerimientos nutricionales a partir del medio que los rodea. Las fuentes a partir de las cuales las células satisfacen algunos de estos requerimientos nos permite clasificarlas fisiológicamente: PrACTICA 5 METABOLISMO BACTERIANO

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        Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano   1  

 

               

 

 

Fernando  Cisneros,  22  de  Octubre  de  2013  Universidad  de  Guanajuato,  División  de  Ciencias  Naturales  y  Exactas,  

Departamento  de  Biología,  Laboratorio  de  Microbiología    

PARTE  I:  DIGESTION  DE  MACROMOLECULAS    

OBJETIVO      

El   alumno   identificará  y   clasificará  diversos  grupos   de   organismos   en   base   a   sus   actividades  metabólicas.   Realizará   ensayos   de   degradación   de  polímeros   como   gelatina,   almidón,   fosfolípidos   y  proteínas  por  exoenzimas  bacterianas.        INTRODUCCIÓN    

La   gran   diversidad   metabólica   que   existe  entre   los   microorganismos,   incluso   entre   algunos  muy   cercanos   filogenéticamente,   permite   la  realización   de   los   ciclos   bioquímicos.   Sin   la  intervención   de   los   microorganismos   no   podrían  llevarse   a   cabo   los   ciclos   del   carbono,   nitrógeno,  

azufre  y  oxígeno  y  la  atmósfera  de  la  tierra  tendría  una  composición  gaseosa  muy  diferente  a  la  actual.  La   composición  y   cantidad   “anormal”   (en  cuanto  a  que   están   alejados   del   equilibrio   termodinámico)  de   los   gases  O2,  N2,   CO2,  H2   y   CH4   de   la   atmósfera  actual   solo   se   puede   explicar   por   la   actividad  constante  de   los   seres   vivos   y   en  particular  de   los  microorganismos   procarióticos,   entre   los   que   se  encuentra   la   mayor   diversidad   de   actividades  metabólicas,   incluyendo   varias   reacciones   únicas  entre  los  seres  vivos.  

Para   que   una   célula   crezca   debe   satisfacer  todos  sus  requerimientos  nutricionales  a  partir  del  medio   que   los   rodea.   Las   fuentes   a   partir   de   las  cuales   las   células   satisfacen   algunos   de   estos  requerimientos   nos   permite   clasificarlas  fisiológicamente:  

 

PrACTICA 5 METABOLISMO  BACTERIANO  

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  2   Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano  

Tabla   1.   Requerimientos   nutricionales   y   clasificación  fisiológica.  Fuente  de   Proceso  fisiológico  

Energía   Física  (luz)   Fototrofía  Química   Quimiotrofía  

Carbono   Únicamente  CO2  

Autotrofía  

Orgánico   Heterotrofía  Donador  inicial  de  electrones  

Inorgánico   Litotrofía  Orgánico   Organotrofía  

   

Aceptor  final  de  electrones  

Orgánico   Fermentación  Inorgánico   Respiración  anaerobia  O2   Respiración  aerobia  CO2   Autorofía,   Fotosíntesis,  

Metanogénesis.    

Una   célula   con   deficiencias   a   nivel   de  biosíntesis,   incapaz   de   convertir   los   precursores  biosintéticos   en   moléculas   polimerizables,   es  llamada   auxótrofa,   para   sustancias   orgánicas   de  bajo   peso   molecular.   Las   sustancias   capaces   de  sustituir   estas   deficiencias   metabólicas   y   que   por  tanto  favorecen  el  crecimiento  se  les  llama  factores  de  crecimiento.  Una  célula  que  no  requiere  de  estos  factores  se  denomina  protótrofa.  

Losmicroorganismos   quimiooroganotróficos  (heterotróficos)   satisfacen   sus   requerimientos   de  energía,   donador   inicial   de   electrones   y   carbono   a  partir   de   una   misma   molécula   orgánica,   como  azúcares   y   aminoácidos.   En   ocasiones,   estos  sustratos   monoméricos   no   se   encuentran  directamente   utilizables   en   el   hábitat   y   los  microorganismos   tienen   que   liberarlos   de  estructuras   poliméricas   como   la   celulosa,   quitina,  almidón,   ácidos   nucleicos   o   proteínas.   De   hecho,  estos   sustratos   son   tan   grandes   que   los  microorganismos   no   pueden   incorporarlos   a   su  interior   por   lo   que   tienen   que   degradarlos   con  enzimas  extracelulares:  

 Tabla  2.  Polímeros  biológicos  y  enzimas  que  los  degradan  Tipo  de  polímero   Denominación  de  enzimas  Polisacáridos   Glicosidasas  Proteínas   Proteinasas,   Proteasas   o  

polipeptidasas  Lípidos   Esterasas  Acidos  nucleicos   Nucleasas    

Cuando   un   sustrato   polimérico   es  degradado,  las  moléculas  más  pequeñas  producidas  tienen  que  ser  incorporadas  al   interior  de  la  célula  para  ser  metabolizadas.  En  la  membrana  plasmática  de   las   células   se   encuentran   transportadores  específicos  de  tales  moléculas.  

Los  polisacáridos  son  polímeros  de  alto  peso  molecular   que   pueden   ser   lineales   o   ramificados,  están   formados   por   azúcares   (monosacárido)  unidos   por   enlaces   glicosídicos.   Cuando   están  constituidos   por   un   solo   tipo   de   monosacárido   se  denominan   homopolisacáridos   y  heteropolisacáridos   cuando   están   constituidos   por  diferentes  tipos.  

La   celulosa   es   el   compuesto   orgánico   más  abundante  en  la  naturaleza,  por  lo  que  la  capacidad  de   los   microorganismos   para   degradarla   es   muy  importante   en   el   ciclo   biogeoquímico   del   carbono.  La   celulosa   es   insoluble   en   agua   y   solo   los  microorganismos   que   producen   celulasas   pueden  hidrolizarla.   Algunos   de   estos   microorganismos,  tales  como  Mixobacterias,  Actinomicetos,  Clostridia  y   hongos,   son   los   principales   productores   de  celulasas.  

El  almidón  es  otro  homopolisacárido  que  es  degradado   por   amilasas,   las   cuales   producen  maltosa,   un   disacárido   fácilmente   asimilable   por  una  gran  variedad  de  microorganismos.  

Las  proteínas  son  polímeros  de  aminoácidos,  de   alto   peso   molecular   unidos   por   enlaces  peptídicos.   Son   degradados   por   proteasas  extracelulares   que   las   hidrolizan   parcialmente   a  péptidos;   los   péptidos,   a   su   vez,   son   degradados   a  aminoácidos  por  peptidasas.  

Algunas   bacterias   pueden   utilizar   lípidos  animales   y   vegetales,   especialmente   los  triglicéridos  que  están  compuestos  de  una  molécula  de  glicerol  esterificada  con  tres  moléculas  de  ácido  graso.   Las   enzimas   capaces   de   degradar   estos  compuestos   se  denominan   lipasas;   el   glicerol  y   los  ácidos   grasos   resultantes   son   introducidos   a   la  célula   y   utilizados   para   la   biosíntesis   de   material  celular   nuevo   o   bien   son   oxidados   para   obtener  energía.   Las   bacterias   que   degradan   triglicéridos  crecen   bien   en   sustratos   como   mantequilla,  manteca   y   aceites   vegetales   provocando   su  rancidez.  Otro  grupo  de  bacterias   son  productoras  de   fosfolipasas.   Algunas   de   las   hemolisinas  bacterianas   son   fosfolipasas,   las   cuales   rompen  eritrocitos  al  destruir  la  integridad  de  la  membrana  celular.  

Una   gran   variedad   de   exoenzimas   de  microorganismos   patógenos   son   consideradas  factores   de   patogencidad:   la   fosfolipasa   producida  por   Clostridium   perfringens   degrada   un   lípido  membranal   de   los   glóbulos   rojos   y   resulta  responsable,   en   parte,   del   inicio   del   proceso  

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        Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano   3  

gangrenoso   que   ocurre   en   las   heridas   infectadas  por  este  microorganismo.  

En  los  últimos  años  se  han  desarrollado  gran  variedad   de   sistemas   para   la   identificación   de  bacterias   que   permiten   hacer   identificación   de  estos  microorganismos  en  poco  tiempo.  

Los   sistemas   miniaturizados   API®   son  métodos   rápidos  que  permiten   la   identificación  de  microorganismos   a   través   de   la   realización   de  diferentes   pruebas   bioquímicas.   Estos   sistemas  consisten   en   un   dispositivo   de   plástico   con   varios  microtubos   que   contienen   diferentes   medios   de  cultivo   deshidratados   o   diferentes   sustratos   de  enzimas   de   acuerdo   al   tipo   de   prueba   que   se  requiere  montar.  Algunos  de  los  sistemas  API®  que  actualmente  se  encuentran  en  el  mercado  son:  API®  20E  (enterobacterias  y  otros  bacilos  gram  negativos),  API®   20   NE   (bacilos   gram   negativos   no  enterobacterias),  API®  20  A  (bacterias  anaerobias),  API®   STAPH   (microorganismos   pertenecientes   al  género   Staphylococcus,   Micrococcus   y   Kocuria),  API®  20   STREP,  API®  CAMPY,  API®  CORYNE,  API®  CANDIDA.     Los   métodos   automatizados   son   los   más  rápidos   y   precisos   en   la   identificación   bacteriana,  aunque  también  son  los  mas  costosos.     El   sistema   automatizado  Vitek®   consiste   en  una   tarjeta   de   plástico   delgado   que   contiene   30  pruebas   bioquímicas   además   de   un   instrumento  que   lee   la   tarjeta.   Varios   tipos   de   tarjetas   están  disponibles   incluyendo   para   identificación   de  bacterias   Gram   negativas   (GNI)   y   Gram   positivas  (GPI).     El   sistema   automatizado   MicroScan®  consiste   de   un   panel   con   26   pozos   para   pruebas  bioquímicas   y   60   pozos   para   pruebas   de  susceptibilidad   a   antibióticos,   los   pozos   son  inoculados  con    una  suspensión  bacteriana,  durante  la   incubación,   los   pozos   son   periódicamente  escaneados   por   un   instrumento   MicroScan®,   un  cambio   de   coloración   indica   resultado   positivo   o  negativo,   cuando   los   resultados   coinciden   con   los  de   un   organismo   en   su   base   de   datos,   el   sistema  imprime  la  identificación  de  las  especies.     Muchas   bacterias   patógenas   crecen  pobremente  en  medios  sólidos  y  otras  sólo  lo  hacen  en   medios   líquidos,   tornando   difícil   su  identificación   por   los   métodos   clásicos,   por   otra  parte,   algunas   especies   bacterianas   no   pueden  diferenciarse  de  especies  muy  cercanas.  Para  estas  especies   los  métodos  moleculares   resultan   ser   los  mas   adecuados.   El   procedimiento   consiste   en  

extracción  de  ADN  que  es  sometido  a  PCR;  después  una   separación   electroforética   nos   ayuda   a  confirmar   la   reacción   en   un   gel,   si   funcionó  correctamente  se  procede  a  purificar  el  producto  de  PCR,  una  vez  purificada  la  muestra  todo  el  producto  de  la  PCR  contiene  el  ADN  correspondiente  al  ARNr  16S  y  seguido  de  esto  la  muestra  es  secuenciada.    MATERIAL      

• Tubos  de  13  mm  X  100  mm  con  gelatina  al  4%;  

• Tubos   de   13   mm   X   100   mm   con   leche  tornasolada;  

• Cajas   petri   con   tres   divisiones   que  contengan:  Agar  almidón;  Agar  gelatina;  Agar  leche  descremada;  Agar  yema  de  huevo;  Agar  sangre;  

• HgCl2  al  12.5%;  • Solución  de  lugol;  • Baño  de  hielo  o  cuarto  frío;  • Cepas  problema.  

 MÉTODOS      Licuefacción  de  gelatina  en  tubo  

1. Siembre   los   microorganismos   por   picadura  con   el   asa   recta   en   los   tubos   con  medio   de  gelatina.  Inocular  con  3  o  4  asadas.  

2. Incube  a  37ºC  por  24  h-­‐48  h.  3. Ponga  los  tubos  en  un    baño  de  hielo  o  a  4º  C  por  1  h.  

4. Sí  después  del  enfriamiento  el  contenido  del  tubo  está  líquido,  la  prueba  es  positiva,  pero  si  solidifica,  es  negativa.    

Digestión  de  gelatina  y  caseína  en  placa    

1. Marque   las   secciones   de   las   placas   de   agar  gelatina   y   agar   leche   descremada   con   cada  organismo  que    va  a  inocular.  

2. Siembre   los   microorganismos   por   estría  recta  en  el  sector  respectivo.  

3. Incube  los  cultivos  a  28º  C-­‐30º  C  por  48  h.  4. Añada  HgCl2  a  las  placas  y  observe  los  halos  transparentes  de  hidrólisis.  

Hidrólisis  de  almidón  

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  4   Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano  

1. Etiquete   y   siembre   las   placas   de   agar  almidón   como   en   los   puntos   1   y   2   de   la  prueba  anterior.  

2. Incube  los  cultivos  a  37º  C  por  48  h.  3. Adicione   solución   de   lugol   a   las   placas   y  observe  los  halos  transparentes  de  hidrólisis  que  se  observan  sobre  fondo  azul.  

 Hidrólisis  de  fosfolípidos  

1. Etiquete   y   siembre   las   placas   de   agar   yema  de  huevo  y  agar  sangre  como  en  los  puntos  1  y  2  de  las  secciones  anteriores.  

2. Incube  los  cultivos  a  37º  C  por  48  h.  3. Examine  las  placas  de  agar  yema  de  huevo  y  determine   la   presencia   de   zonas   de  hidrólisis.   Una   zona   opalescente   indica  hidrólisis  de  fosfolípidos.  

4. Examine   las   placas   de   agar   sangre   y  determine   la   presencia   de   zonas   de  hidrólisis.  Un  halo  de  color  amarillo  opaco  o  translúcida   indica   la   hidrólisis   de  fosfolípidos   de   la   membrana   de   eritrocitos.  Si   el   halo   es   opaco   indica   hidrólisis   de   los  enlaces   éster   fosfato   con   la   acumulación  extracelular  de  diglicéridos  y  al  proceso  se  le  denomina   hidrólisis   alfa.   Si   el   halo   es  translúcido,  indica  la  hidrólisis  de  los  enlaces  éster   y   la   utilización   de   los   productos   de  degradación;  se  denomina  hidrólisis  beta.  A  la   ausencia   de   halo   y   no   utilización   de   los  fosfolípidos   membranales   de   los   eritrocitos  se  le  denomina  hidrólisis  gama.  

 Digestión  de  proteínas  y  fermentación  de  leche  tornasolada  

1. Inocule   los   tubos  con   leche   tornasolada  con  una   asada   de   cada   una   de   las   cepas  proporcionadas.  

2. Incube  los  tubos  a  37º  C  por  24  h.  3. Interprete  los  resultados  como  sigue:  • Acidificación:   se  muestra   un   viraje   del  

indicador   a   color   rojizo   que   indica   la  fermentación  de  la  lactosa.  

• Coagulación:   Aparición   de   un   coágulo  semisólido  que  ocupa  todo  el  tubo.  

• Reducción:  el  medio  pierde  el  color  del  tornasol  y  se  torna  blanco.  

• Peptonización:   el   coágulo   se   observa  fragmentado.  

• Licuefacción   del   coágulo:   el   medio   se  licua   por   completo   (adquiere   la  apariencia  de  agua  con  arena)  

• Alcalinización:   el   medio   vira   a   color  violeta.  

 RESULTADOS  Y  CUESTIONARIO   1.-­‐   Llene   las   siguientes   tablas   con   los   resultados  obtenidos:   Tabla  3.  Hidrólisis  de  gelatina  en  tubo.  

Microorganismo   Crecimiento1   Hidrólisis2  24  h   48  h   24  h   48  h  

A   xx   xxx   -­‐   +  B   x   x   -­‐   -­‐  C   xxx   xx   -­‐   -­‐  D   xx   xxx   -­‐   +  E   x   x   -­‐   -­‐  F   xx   xx   -­‐   -­‐  

1relativo,  medido  en  cruces;  2positiva  =  +  negativa  =  -­‐   Tabla  4.  Hidrólisis  de  gelatina  en  placa.  

Microorganismo   Crecimiento1   Hidrólisis2  24  h   48  h   24  h   48  h  

A   xxx   xx   -­‐   -­‐  B   x   x   -­‐   -­‐  C   xx   xxx   -­‐   -­‐  D   xx   xxx   -­‐   -­‐  E   xxx   xx   -­‐   +  F   xxx   xx   -­‐   -­‐  

1relativo,  medido  en  cruces;  2positiva  =  +  negativa  =  -­‐    

Tabla  5.  Hidrólisis  de  almidón  y  caseína  en  placa.  

Microorganismo   Crecimiento1   Hidrólisis2  Almidón   Caseína   Almidón   Caseína  

A   xx   xxx   +   -­‐  B   xx   x   -­‐   -­‐  C   xxx   xx   -­‐   -­‐  D   xxx   xxx   -­‐   -­‐  E   xx   xx   -­‐   -­‐  F   xx   xxx   -­‐   +  

1relativo,  medido  en  cruces;  2positiva  =  +  negativa  =  -­‐    Tabla  6.  Hidrólisis  de  fosfolípidos.  

Microorganismo   Crecimiento1   Hidrólisis2  A.  

Yema  de  

huevo  

Agar  Sangre  

A.  Yema  de  

huevo  

Agar  Sangre  

A   x   xxx   -­‐   +  B   x   x   -­‐   -­‐  C   xx   xxx   +   -­‐  D   xxx   xxx   -­‐   -­‐  E   xx   xxx   -­‐   -­‐  F   xx   xx   -­‐   -­‐  

1relativo,  medido  en  cruces;  2positiva  =  +  negativa  =  -­‐    

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Tabla  7.  Acción  sobre  leche  tornasolada.  

Microorganismo  

Acidificación  

Coagulación  

Reducción  

Licuefacción  

Alcalinización  

Peptonización  

A   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   +   -­‐  B   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   +   -­‐  C   -­‐   -­‐   +   -­‐   -­‐   -­‐  D   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   +  E   -­‐   -­‐   +   -­‐   -­‐   -­‐  F   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   +   -­‐  

positiva  =  +,  negativa  =  -­‐.  

   2.-­‐  Haga  esquemas  a  color  de   los  diferentes  medios  con  resultados  de  pruebas  positivas  y  negativas.  

                                                                                   

                                                                                                             

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3.-­‐   Explique   el   significado   de   los   términos  requerimiento   nutricional,   factor   de   crecimiento,  autotrófico,  auxotrófico  y  heterotrófico.    

• Requerimiento  nutricional      

Es   la   cantidad   de   nutriente   que   debe  suministrar   la   dieta   con   el   fin   de   satisfacer   la  necesidad  metabólica;   abarca   factores   asociados   a  la   digestión,   absorción   y   biodisponibilidad  celular[1].      

• Factor  de  crecimiento      

Los  factores  de  crecimiento  son  un  conjunto  de  sustancias,   la   mayoría   de   naturaleza   proteica   que  desempeñan   una   importante   función   en   la  comunicación   celular.   La   función   principal   de   los  factores  de  crecimiento  es  la  del  control  externo  del  ciclo   celular,   mediante   el   abandono   de   la  quiescencia  celular  (G0)  y   la  entrada  de   la  célula  a  la  fase  G1[2].    

Los  organismos  que   requieren  un  determinado  factor   de   crecimiento   son   auxotróficos   que   ese  compuesto.   Por   ejemplo,   Lactobacillus   arabinosus  crece  normalmente  en  presencia  de  4-­‐10mg/mL  de  biotina,  pero  en  ausencia  de  esta  vitamina.  

Se   clasifican   en   tres   grupos:   vitaminas,  aminoácidos   y   factores   misceláneos   de  crecimiento[2]:    

 Tabla   8.   Algunos   factores   de   crecimiento   requeridos   por   los  microorganismos.  

Vitaminas     Aminoácidos   Factores  Misceláneos    

Tiamina   Arginina   Ácidos  grasos  Biotina   Lisina   Esteroles  Ácido  nicotínico  

Triptófano    

Riboflavina   Metionina    Piridoxal   Cisteína    

 • Autotrófico    

 Son   aquellos   seres   vivos   capaces   de   sintetizar  

las   sustancias   esenciales   para   su   metabolismo   a  partir   de   sustancias   inorgánicas.   Los   organismos  autótrofos   producen   su   masa   celular   y   materia  orgánica,   a   partir   del   dióxido   de   carbono,   como  única  fuente  de  carbono,  usando  la  luz  o  sustancias  químicas  como  fuente  de  energía.      

• Auxotrófico  

Se   dice   que   un   microorganismo   es   auxótrofo  cuando    sólo  es  capaz  de  proliferar  en  un  medio  de  cultivo   si   a   éste   se   ha   añadido   alguna   sustancia  específica,  que  el  tipo  silvestre,  llamado  protótrofo,  no  requiere,  porque  es  capz  de  sintetizarla.      

La   genética   subyacente   a   una   auxotrofia   es   la  carencia   de   una   ruta   metabólica   funcional   que  genere  la  sustancia  de  la  que  depende  el  auxótrofo.  Esta   carencia   suele   deberse   a   una   mutación   que  genera   un   alelo   nulo   carente   de   capacidad  biológica[3].          

• Heterotrófico    

Un  organismo  heterótrofo  es  aquel  que  obtiene  su   fuente  de   carbono  y  de  nitrógeno  a  partir  de   la  materia   orgánica   (glúcidos,   lípidos,   proteínas   y  ácidos   nucleicos)   y   en   la   mayoría   de   los   casos  obtiene   energía   de   esta   manera.     A   este   grupo  pertenecen   todos   los   integrantes   del   reino   animal,  los  hongos  así  como  algunas  bacterias.      4.-­‐   ¿Qué   significa   el   término   hidrolítico  literalmente?    

Que   tiene   la   capacidad   para   producir  hidrólisis,   es   decir,   de   disociar   moléculas   de   agua  en   el   ion   hidroxilo   OH-­‐   y   un   ion   H+   (el   cual   es  inmediatamente   hidratado   para   formar   el   ion  hidronio  H3O+).     En   pocas   palabras,   que   provoca   el  rompimiento  de  un  enlace  mediante  hidrólisis.    5.-­‐   Las   enzimas   extracelulares   que   degradan  proteínas   se   llaman   proteasas[4]   las   que   rompen  polisacáridos   glicosidasas[4]   y   las   que   degradan  lípidos  son  lipasas[4].      6.-­‐  Conteste  falso  (F)  o  verdadero  (V)  a  las  siguientes  aseveraciones:    [   V   ]   Muchas   enzimas   extracelulares   son  hidrolíticas,   pero  no   todas   las   enzimas  hidrolíticas  son  extracelulares.  

 [  V  ]  Las  peptidasas  son  enzimas  extracelulares  que  hidrolizan  proteínas  de  alto  peso  molecular.    [    V     ]   Las   glicosidasas  hidrolizan   enlaces   éster   en  los  polisacáridos.    

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        Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano   7  

[    F    ]  Las  membranas  biológicas  son  sensibles  a  las  lipasas.  

   

7.-­‐   Un   ejemplo   de   polisacárido   estructural   lo  constituye   la   quitina.   Un   ejemplo   de   polisacárido  nutricional  es  el  glucógeno.    

8.-­‐  La  caseína  es  una  proteína  de  origen  animal,    y  la  gelatina  es  de  origen  vegetal.    9.-­‐   La   descomposición   de   los   alimentos   por  degradación   de   triglicéridos   provoca   producción  de  energía.        

 PARTE  II:  UTILIZACION  DE  CARBOHIDRATOS  Y  ACIDOS  ORGÁNICOS    

OBJETIVO      

El   alumno   realizará   pruebas   bioquímicas  para   determinar   la   habilidad   de   los  microorganismos   para   degradar   y   fermentar  carbohidratos   con   la   producción   de   un   ácido   o   un  ácido  y  gas.    INTRODUCCIÓN    

La   identificación   de   microorganismos   en  base  a   su  estructura   colonial   y  microscópica  no  es  concluyente,   por   lo   que   se   tiene   que   recurrir   a   la  identificación   fisiológica.   Para   ello   existen   un   gran  número  de  pruebas  metabólicas.  El  metabolismo  es  la   suma   de   todos   los   procesos   químicos   que  ocurren  dentro  de  un  individuo  y  para  su  estudio  se  divide   en   anabolismo   y   catabolismo.   En   el  primero  se  analizan  las  reacciones  bioquímicas  que  suceden  en  la  célula  para  formar  macromoléculas  y  el   segundo   representa   las   reacciones   que   están  involucradas  en  la  conversión  de  sustratos  a  formas  más   simples  y,   generalmente,  más  oxidadas   con   lo  que   se   obtiene   la   energía   requerida   por   el  anabolismo.     Los   tres  principales  procesos  que  conducen  a   la   obtención   de   energía   y   su   conversión   en   ATP  son:  la  fermentación,  en  la  cual  se  obtiene  ATP  por  fosforilación   a   nivel   de   sustrato,   la   respiración,  donde  el  ATP  se  obtiene  por  fosforilación  oxidativa  y   la   fotosíntesis,   donde   se   forma   ATP   por  fotofosforilación.     La   fermentación   es   un   proceso   anaeróbico    en   el   cual   tanto   los   donadores   como   los   aceptores  de   electrones   son   compuestos   orgánicos,  aminoácidos   y   otros   más.   Existen   varios   tipos   de  fermentaciones   efectuadas   por   microorganismos.  Los  productos  de  la  fermentación  de  carbohidratos  

son   principalmente   ácidos   orgánicos,   alcoholes,  cetonas  y  CO2.  

Tabla  9  Tipos  de  fermentaciones  y  microorganismos  que   las  realizan.  

Tipo  de  fermentación  

Productos  principales  

Microorganismos  

Alcohólica   Etanol  y  CO2   Algunas   levaduras   y  Zymomonas  

Homoláctica   Ácido  láctico   Lactobacillus   y  Streptococcus  

Heteroláctica   Ácido   láctico,  etanol  y  CO2    

Lactobacillus,  Leuconostoc  

Ácido  mixta   2,3-­‐butanodiol,  butanol,  succinato,  lactato,  acetato,  formiato,  H2  y  CO2  

Shigella,   Salmonella,  Klebsiella,  Escherichia  coli  

Butírica   Butirato,  acetato,    H  2   y  CO2  

Clostridium  butyricum  

Propiónica   Propionato,  acetato,  CO2  

Propionibacterium,  Clostridium  propionicum  

Acética   Acetato   Clostridium  aceticum,  Acetobacterium.  

   MATERIAL      

• Tubos   de   13  mm   X   100  mm   con   3  ml   de  caldo  glucosado;  

• Tubos   de   13  mm   X   100  mm   con   3  ml   de  caldo  malonato;  

• Tubos  de  13  mm  X  100  mm  con  campana  de  Durham,  con  3  ml  de  caldo  base,  rojo  de  fenol  y  glucosa,  sacarosa  y  manitol;  

• Tubos   de   13   mm   X   100   mm   con   medio  inclinado  de  Kligler;  

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  8   Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano  

• Tubos   de   13   mm   X   100   mm   con   medio  inclinado  de  citrato  de  Simmons;  

• Reactivo  indicador  rojo  de  metilo;  • Reactivo  de  KOH-­‐creatina;  • Reactivo  de  a-­‐naftol;  • Cepas  problema.  

 METODOS    Fermentación   de   carbohidratos   en   tubos   de  Durham  1. Inocule   con   una   asada   de   cada  microorganismo   los   tubos   de   Durham   con   el  caldo   rojo   de   fenol   diferentes   glucosa,  sacarosa   y   manitol.   Tenga   cuidado   de   no  agitar  el  tubo  de  fermentación.  

2. Incube   a   37º   C   por   24   h.   Es   importante   no  sobre-­‐incubar  los  tubos  debido  a  que  se  puede  provocar  una  confusión  al  momento  de  hacer  la   lectura   debido   a   fenómenos   de  alcalinización   del   medio   por   acumulación   de  amonio.  

3. Observe  el  resultado  indicando  para  cada  una  de   las   cepas   utilizadas   con   los   diferentes  carbohidratos  lo  siguiente:  • Producción  de  ácido:  la  prueba  es  positiva  

si  el  indicador  vira  a  amarillo  y  negativa  si  no  hay  viraje.  

• Producción  de  gas:  la  prueba  es  positiva  si  se   forma   una   burbuja   que   desplaza   el  líquido  dentro  de  la  campana  y  negativa  si  el   tubo   o   campana   continúa   lleno   de  líquido.  

4. Registre   los   resultados   en   la   tabla    proporcionada.  

 Fermentación   de   carbohidratos   en   medio   de  Kligler  1. Inocule  por  picadura  y  en  la  superficie  de  los  

tubos   de   Kliger   cada   una   de   las   cepas  indicadas.  

2. Incube  los  tubos  a  37º  C  por  24  h  3. Observe   el   resultado   e   interpretarlo   como  

sigue:  • Fermentación   de   glucosa:   viraje   del  

indicador   a   amarillo   en   la   superficie   del  tubo.  

• Producción  de  gas:  formación  de  burbujas  en  el  medio  de  cultivo  

• Producción   de   H2S:   formación   de   un  precipitado  negro  en  el  tubo  de  cultivo  

• Alcalinización:  el  indicador  toma  un  color  de  rojo  hacia  púrpura.  

4. Registre   los   resultados   en   la   tabla  proporcionada.    

Fermentación   de   carbohidratos.   Pruebas   de  rojo  de  metilo  y  de  Voges  Proskauer  1. Inocule   cada   cepa   en   dos   tubos   de   caldo  

glucosado.  Marque  cada  tubo  como  MR  y  VP  respectivamente.  

2. Incube  los  tubos  a  37º  C  por  24  h.  3. Añada  al  tubo  marcado  como  MR,  5  gotas  de  

reactivo   de   rojo   de   metilo   sin   agitar.   La  presencia   de   un   anillo   rojo   estable   en   la  parte   superior   del   tubo   es   una   prueba  positiva   de   rojo   de   metilo.   La   prueba   es  negativa  si  no  se  forma  el  anillo  rojo.  

4. Añada  al  tubo  marcado  como  VP,    6  gotas  de  reactivo   de   a-­‐naftol   y   2   gotas   de   KOH-­‐creatina  y   agite   suavemente.  Déjelo   reposar  de  20  min     a  30  min.  La  prueba  positiva  de  Voges  Proskauer  se  da  por  la  aparición  de  un  color  rojo  en  el  tubo  (indica  la  producción  de  acetil-­‐metilcarbinol).    

Utilización  de  ácidos  orgánicos  1. Siembre   un   tubo   con   agar-­‐citrato   de  

Simmons  por  estría  abierta  en  la  superficie  y  uno  de  caldo  malonato  con  una  asada.  

2. Incube  los  tubos  a  37º  C  por  24  h  3. Observe   el   resultado.   La   prueba   es   positiva  

cuando   hay   crecimiento   y   el   color   del  indicador   vira   a   azul   y   negativa   si   no   hay  ninguna  de  estas  señales.  

4. Registre  los  resultados  en  la  tabla  indicada.    RESULTADOS  Y  CUESTIONARIO    1.-­‐  Anote  en   la   siguiente   tabla   los   resultados  de   las  pruebas  bioquímicas  realizadas  en  la  práctica.    Tabla   10.   Degradación   y   fermentación   de   carbohidratos   y  ácidos  orgánicos.  

Prueba   A   B   C   D   E   F      Durham  

Glucosa    

Ácido   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  Gas   -­‐   +   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

Sacarosa   Ácido   -­‐   +   +   +   -­‐   -­‐  Gas   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

Manitol   Ácido   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  gas   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

 Kligler  

Glucosa   -­‐   +   -­‐   +   +   +  Alcalinización   +   -­‐   +   -­‐   -­‐   -­‐  Gas   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

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        Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano   9  

H2S   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐    Otras  

RM   -­‐   -­‐   -­‐   +   -­‐   -­‐  VP   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  Citrato   +   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   +  Malonato*   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

Prueba  positiva  =  +,  prueba  negativa  =  -­‐.  *En   todos   los   tubos   se   observó   crecimiento   pero   en   ninguno   hubo  vire  a  azul  

 2.-­‐  Indique  cual  es  el  fundamento  de  cada  una  de  las  pruebas  bioquímicas  realizadas.    • Fermentación  de  carbohidratos  en  tubos  de  Durham  

 El  caldo  rojo  de  fenol  es  usado  para  diferenciar  

miembros  de  Enterobacteriaceae  y  distinguirlos  de  otras  bacterias  Gram-­‐negativas.    

La   producción   de   ácido   a   partir   de   la  fermentación  de  los  carbohidratos  reduce  el  pH  por  debajo   del   rango  neutro   del   indicador   y   cambia   el  color  del  medio  a  amarillo.  La  desaminación  de  los  aminoácidos   de   la   peptona   produce   amoniaco  (NH3)  lo  que  eleva  el  pH  y  vuelve  rosa  el  medio.  La  producción  de   gas,   también  de   la   fermentación,   es  indicado   por   una   burbuja   en   el   tubo   de   Durham  donde  el  caldo  ha  sido  desplazado[6].    • Fermentación  de  carbohidratos  en  medio  de  Kligler  

 En  el  medio  de  cultivo,  la  peptona  de  carne  y  la  

tripteína,  aportan   los  nutrientes  adecuados  para  el  desarrollo   bacteriano.   La   lactosa   y   la   glucosa   son  los  hidratos  de  carbono   fermentables.  El   tiosulfato  de  sodio  es  el  sustrato  necesario  para  la  producción  de   ácido   sulfhídrico,   el   citrato  de  hierro  y   amonio,  es   la   fuente  de   iones   Fe  3+,   los   cuales   se   combinan  con   el   ácido   sulfhídrico   y     producen   sulfuro   de  hierro,   de   color   negro.   El   rojo   de   fenol   es   el  indicador  de  pH,  y  el   cloruro  de  sodio  mantiene  el  balanceosmótico.                      Por   fermentación   de   azúcares,   se   producen  ácidos,   que   se   detectan   por   medio   del   indicador  rojo  de  fenol,  el  cual  vira  al  color  amarillo  en  medio  ácido.   El   tiosulfato  de  sodio  se  reduce  a  sulfuro  de  hidrógeno  el   que   reacciona  luego  con  una  sal  de  hierro   generando   el  típico   sulfuro   de  hierro   de   color  negro[5].  

• Fermentación  de  carbohidratos.  Pruebas  de  rojo  de  metilo  y  de  Voges  Proskauer  

 - Rojo  de  metilo  (MR)  

 Esta   prueba   sirve   para   determinar   la  

capacidad   de   un   microorganismo   para   producir   y  mantener  estables   los  productos   terminales  ácidos  de   la   fermentación   de   la   glucosa   y   vencer   la  capacidad   amortiguadora   del   sistema.   La   prueba  rojo  de  metilo  es  cuantitativa  para  la  producción  de  ácido   y   requiere   que   los   microorganismos  produzcan  ácidos   fuertes  a  partir  de   la  glucosa,  de  forma   que   el   pH   del  medio   descienda   a  menos   de  4.4.   Esta   distinción   se   hace   a   través   del   indicador  rojo  de  metilo[6].    

 Fig.   1     Prueba   rojo  de  metilo.  A   la   izquierda  Escherichia  coli  (MR-­‐positivo)  y  del  lado  derecho  Enterobacter  aerogenes  (MR-­‐negativo).      

- Voges-­‐Proskauer  (VP)    

La   prueba   de   Voges-­‐Proskauer   es   usada   para  distinguir   entre   miembros   de   la   familia  Enterobacteriaceae  y  diferenciarlos  de  otros  Gram-­‐negativos.   Esta   prueba   identifica   organismos  capaces   de   producir   acetoina   y   2,3-­‐butanodiol   a  partir  de  la  fermentación  de  la  glucosa.  

Adicionando  el  reactivo  VP  al  medio  después  de  la   incubación  oxida   la  acetoina  (si  esta  presente)  a  diacetilo   que   a   su   vez   reacciona   con   la   guanidina  presente  en  la  peptona  para  producir  el  color  rojo.      

Fig.  2  Reacción  de  la  prueba  de  Voges-­‐Proskauer.  

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 10   Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano  

 • Utilización  de  ácidos  orgánicos    

- Citrato    

Algunas  bacterias  pueden  suministrar  energía  en  ausencia  de  fermentación  o  producción  de  ácido  láctico   empleando   citrato   como   única   fuente   de  carbono.   En   las   bacterias,   el   desdoblamiento   del  citrato   comprende   un   sistema   enzimático.   Esta  enzima   se   denomina   citrasa   (citrato   oxalacetato-­‐  liasa)   o   citrato   permeasa.   La   enzima   requiere   un  catión   bivalente   para   su   actividad,   que   es  suministrada  por  el  magnesio  o  el  manganeso[5].  

El   agar   citrato   de   Simmons   es   un   medio  definido   que   contiene   citrato   de   sodio   como  única  fuente  de   carbono  y  amonio   como  única   fuente  de  nitrógeno.  Un  microorganismo  que  utiliza  citrato  y  sales  de  amonio  como  únicas  fuentes  de  carbono  y  nitrógeno,   respectivamente,   da   como   resultado  amoníaco   que   alcaliniza   el   medio.   El   indicador   de  pH,   azul   de   bromofenol,   cambia   de   verde   a   pH  neutro  (6.9)  a  azul  a  pH  mayores  que  7.6.[6]      

 Fig.  3  En  presencia  de  la  enzima  citrato  permeasa,  el  citrato  es  convertido   a   piruvato.   El   piruvato   entonces   es   convertido   a  

una   variedad   de   productos   dependiendo   del   pH   del   medio  ambiente.    

- Malonato    

Una  de   las  muchas  reacciones  enzimáticas  del  ciclo   de   Krebs   es   la   oxidación   de   succinato   a  fumarato.   Esta   reacción   requiere   la   enzima  succinato   deshidrogenasa   y   la   reducción   de   la  coenzima  FAD  a  FADH2.  

El  malonato  (ácido  malónico)  es  muy  similar  al  succinato   para   remplanzarlo   como   sustrato   en   la  reacción.   Esta   inhibición   competitiva   de   succinato  deshidrogenasa,   en   combinación   con   la  subsecuente  acumulación  de  succinato  en  la  célula,  cierra   el   ciclo   de   Krebs   y   mata   al   organismo     a  menos   que   puede   fermentar   o   utilizar   malonato  como  única  fuente  de  carbono.      

El   caldo   de  malonato   es   el  medio   usado   para  hacer   esta   determinación.   Si   el   organismo   utiliza  malonato,   el   medio   se   alcalinizará   y   el   indicador  cambiará  de  verde  a  azul[7].      

 Fig.   4   Inhibición   competitiva   de   succinato.   La   fijación   de  malonato   a   la   enzima   succinato   deshidrogenasa   evita   la  fijación  de  succinato  y  por  lo  tanto  la  conversión  de  succinato  a  malonato.  

   

PARTE  III:  METABOLISMO  DE  AMINOACIDOS   OBJETIVO      

El   alumno   determinará   la   habilidad   de   los  microorganismos   para   metabolizar   aminoácidos  mediante  pruebas  bioquímicas.      INTRODUCCIÓN    

Los   microorganismos   además   de   requerir  una  fuente  de  carbono  y  una  de  energía,  necesitan  una   fuente   de   nitrógeno   para   construir   su   propio  material   celular.   Esta   fuente   de   nitrógeno   puede  ser   orgánica   (proteínas,   aminoácidos,   bases  nitrogenadas),   o   bien   inorgánica   (nitrógeno  molecular,   amonio,   nitritos  o  nitratos).  Dentro  del  metabolismo   de   los   aminoácidos   existen   algunas  enzimas   capaces   de   descarboxilar,   desaminar   y  

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        Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano   11  

desulfurar   aminoácidos   o   degradarlos  completamente.  La  presencia  o  ausencia  de  dichas  enzimas  son  criterios  de  identificación.     La   descarboxilación   la   sufren   aminoácidos  básicos   como   la   lisina,   ornitina   y   arginina   y   las  enzimas   responsables   se   denominan  descarboxilasas.   El   proceso   es   anaeróbico,  irreversible  y  requiere  de  un  cofactor  denominado  fosfato  de  piridoxal.     Existen   también   las   reacciones  denominadas   de   desaminación.   En   el   caso   de   la  arginina,   la   desaminación   produce   citrulina   y  amonio.     La   degradación   de   aminoácidos   tales   como  cisteína  o  metionina  lleva  a  la  producción  de  ácido  sulfhídrico.   La   enzima   que   libera   el   grupo  sulfhidrilo   de   estos   aminoácidos   se   denominan  cisteinasa  y  metiona-­‐reductasa  respectivamente.    Nota:   Todas   las   pruebas   bioquímicas   para   ser  validadas   necesitan   tener   testigos   apropiados.  Estos   testigos   son:   a)   un   medio   sin   inocular   e  incubado   bajo   las   mismas   condiciones   que   los  problemas,   b)   un   testigo   positivo,   que   el   mismo  medio  inoculado  con  una  cepa  de  referencia  que  se  conoce   da   resultado   positivo   y   c)   un   testigo  negativo  que  es  el  mismo  medio  inoculado  con  una  cepa  la  cual  se  conoce  da  un  resultado  negativo.    MATERIAL      

• Tubos   de   13   mm   X   100   mm   con   caldo  triptona;  

• Tubos  de  13  mm  x  100  mm  con  medio  SIM;  • Tubos   de   13  mm   X   100  mm   con  medio   de  

LIA;  • Reactivo  de  Kovacs  o  Ehrlich;  • Papel  tornasol  rosa;  • Cepas  problema.  

 METODOS      Producción  de  ácido  sulfhídrico  e  indol  1. Siembre  por  picadura  en  el  medio  de  SIM  cada  

una  de  las  cepas  indicadas.  2. Incube  los  tubos  a  37º  C  durante  24  h.  3. Observe  el  resultado  e  interprete  como  sigue:  

• Producción   de   H2S:   Presencia   de   un  precipitado  negro  

• Movilidad:  turbidez  en  regiones  alejadas  de  la  picadura  de  inoculación.  

• Producción  de  indol:  añadir  de  3  gotas  a  5  gotas   del   reactivo   de   Kovacs   o   Ehrlich.   La  aparición  de  un   color   rojo   en   la   superficie  del  medio  indica  una  prueba  positiva.  

4. Registre   los   resultados   en   la   tabla  proporcionada.  

Producción  de  amoniaco  e  indol  1. Inocule  con  una  asada  los  tubos  de  caldo  urea  

con  cada  una  de  las  cepas  indicadas.  2. Coloque  una  tira  de  papel  tornasol  en  la  boca  

del  tubo  sujetándolo  con  el  tapón  de  algodón,  sin  que  toque  el  medio  de  cultivo.  

3. Incube  los  tubos  a  37º  C  durante  24  h.  4. Observe   el   vire  del   papel   tornasol   (de   rosa   a  

azul)  que  indica  la  liberación  de  amoniaco.  5. Añada   de   3   gotas   a   5   gotas   del   reactivo   de  

Kovacs  o  Ehrlich  como  en  la  sección  anterior.  6. Registre   los   resultados   en   la   tabla  

proporcionada.  

Producción  de  lisina-­‐descarboxilasa  1. Inocule   por   picadura   y   estría   un   tubo   con  

medio   de   LIA   con   cada   una   de   las   cepas  indicadas.  

2. Incube  los  tubos  a  37º  C  por  24  h.  3. Interprete  los  resultados  como  sigue:  

• Descarboxilación   positiva:   color   púrpura  en  el  fondo  del  tubo.  

• Descarboxilación   negativa:   color   amarillo  en  el  fondo  del  tubo.  

• Desaminación   positiva:   color   rojo   naranja  en  la  superficie  del  tubo.  

• Desaminación   negativa:   sin   cambio   de  color  en  la  superficie.  

• Producción   de   H2S:   presencia   de   un  precipitado  negro.  

4. Registre   los   resultados   en   la   tabla  proporcionada.  

   RESULTADOS  Y  CUESTIONARIO      1.-­‐   Registre   los   resultados   obtenidos   en   las  diferentes  pruebas  de  metabolismo  de  aminoácidos  en  la  siguiente  tabla:    Tabla   11.   Pruebas   bioquímicas   para   identificar   metabolismo  bacteriano  de  aminoácidos.  

Prueba   A   B   C   D   E   F    SIM  

H2S   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  Indol   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

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 12   Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano  

Movilidad   +   +   +   +   +   -­‐  Caldo1  urea  

Amoniaco2              Indol   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

 LIA  

Decarboxilación   +   -­‐   +   -­‐   +   +  Desaminación   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  H2S   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

Prueba  positiva  =  +,  prueba  negativa  =  -­‐.  1  El  caldo  triptona  fue  cambiado  por  el  caldo  urea.  2  No  se  realizó  debido  a  que  no  se  contaba  con  papel  tornasol.  

 

                             

 Fig.   5   Resultados   de   las   pruebas   bioquímicas   aplicadas.  Arriba,  el  medio  SIM  (movilidad),  abajo  a  la  izquierda  el  medio  caldo   urea   después   de   añadir   el   reactivo   de   Kovacs   para  determinar   producción   de   indol   y   por   último   el   medio   LIA  donde   no   se   presenta   desaminación   en   ningún   tubo   pero   si  descarboxilación.      2.-­‐   Indique   las   reacciones   que   se   llevan   a   cabo   en  cada   una   de   las   pruebas   bioquímicas   que   se  realizaron  en  la  práctica.    • Medio  SIM    

- Producción  de  H2S    

La   reducción  de   sulfuro   a  H2S   es  una   actividad  anaeróbica  y  puede  ser  realizado  por  la  bacteria  en  dos  maneras  diferentes,  dependiendo  de   la  enzima  presente[9].  *   La   proteína   cisteína   desulfurasa   cataliza   la  conversión  del  aminoácido  cisteína  a  piruvato.  *   La   enzima   tiosulfato   reductasa   cataliza   la  reducción   de   sulfuro   al   final   de   la   cadena  transportadora   de   electrones   de   la   respiración  anaerobia.    Ambos  sistemas  producen  gas  sulfuro  de  hidrógeno  (H2S).  Cuando  la  reacción  ocurre  en  el  medio  SIM,  el  

H2S   se   combina   con   el   hierro   del   medio     para  formar   sulfuro   de   hierro   (FeS),   un   precipitado  negro.    

H2S +FeSO4 !H2SO4 +FeS(s)    

                 Fig.  6  A  la  derecha  Escherichia  coli  (H2S-­‐negativo)  y  del  lado  derecho  Proteus  mirabilis  (H2S-­‐positivo.)  

   

- Producción  de  indol    

La  prueba  de  indol  identifica  bacterias  capaces  de   producir   indol   usando   la   enzima   triptofanasa.  Esta  prueba  es  realizada  usando  el  medio  SIM  (SIM  es  un  acrónimo  de  Sugar  Indole  Motility)  

La  prueba  de  indol  está  basada  en  la  formación  de   un   complejo   rojo   cuando   el   grupo   indol  (presente   en   el   triptofano)   reacciona   con   el   grupo  aldehído   del   p-­‐dimetilaminobenzaldehído,   el   cual  representa   el   principio   activo   del   reactivo   de  Kovacs[9].        

 Fig.  7  El  reactivo  de  Kovacs  es  añadido  al  medio  después  de  la  incubación.  Si  el  organismo  es  indol-­‐positivo,  un  color  rojo  es  producido  por  esta  reacción.      

 • Medio  caldo  urea      

- Producción  de  amoniaco    

Esta   prueba   permite   verificar   si   la   bacteria  degrada  la  urea  a  partir  de  las  enzimas  hidrolíticas  llamadas   ureasas.   Las   sustancias   producto   de   la  hidrólisis   alcalinizan   el   medio   haciendo   virar   el  indicador  rojo  de  fenol  a  un  rojo  grosella.      

H2N !CO! NH2ureasa" #"" 2NH3 +CO2  

 

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        Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano   13  

- Producción  de  indol    

Ver  Fig.  7    

 • Medio  LIA    

- Descarboxilación    

La   fermentación   de   la   glucosa   (todas   las  Enterobacteriaceae   fermentan   glucosa)   vuelve  amarillo   el   medio   debido   a   la   acumulación   de  productos   finales   ácidos.  El  bajo  pH  y   la  presencia  de  aminoácidos   induce  en  organismos  carboxilasa-­‐positivos  la  producción  de  la  enzima.    

La  descarboxilación  de   los  aminoácidos  cambia  el  color  del  medio  de  cultivo  a  morado[8].      

 Fig.  8  Descarboxilación  de  aminoácidos.        

- Desaminación    La  desaminación  de  la  lisina  puede  ocurrir  en  

las  bacterias  pertenecientes  a  los  géneros  Proteus  y  Providencia.  

Si   el   microorganismo   produce   lisina  desaminasa,   el   resultado   de   la   reacción   de  desaminación   producirá   compuestos   que  reaccionarán   con   el   citrato   de   amonio   férrico   y  generará  un  color  rojo.    

En  este  caso  el  grupo  amino  del  aminoácido  se  transfiere   a   la   enzima   (lisina   desaminasa),   para  generar   el   cetoácido   correspondiente   y   la   enzima  aminada[10].    

 aminoácido+ enzima!! " cetoácido+ enzima" NH2    

- Producción  de  H2S    

El   sulfuro   de   hidrógeno   (H2S)   es   producido  en  el  medio  LIA    (Lysina  Iron  Agar)  por  la  reducción  anaeróbica   del   tiosulfato.   Los   iones   férricos   en   el  medio   reaccionan   con   el   H2S   para   formar   un  precipitado   negro   en   el   fondo   debido   al   sulfuro  ferroso[5].    

 Reacción  Global                              Bacteria+ Na2S2O3!H2S(g)                                  H2S(g) +Fe

3+ ! FeS(s)    

   

PARTE  IV:  RESPIRACION   OBJETIVO      

El   alumno   determinará   la   habilidad   de   los  microorganismos   para   obtener   electrones   por   el  proceso  de  respiración  con  diferentes  sustratos.      INTRODUCCIÓN    

La  respiración  es  un  proceso  de  fosforilación  oxidativa,   asociada   a   una   cadena   de   electrones,  genera   un   gradiente   electroquímico,   el   cual   es  utilizado  por  la  ATP  sintetasa  para  acoplar  ATP.  La  capacidad   respiratoria   se   encuentra   ampliamente  distribuida  entre  los  microorganismos.       Todos   los   eucariotes,   con   excepción   del  grupo  de  los  microesporidios  (únicos  que  no  tienen  

mitocondrias)  tienen  capacidad  de  respirar  usando  al  oxígeno  como  aceptor   final  de  electrones.  Como  donadores   de   electrones   usan   compuestos  orgánicos   como   el   succinato,   NADH   y   FADH   que  provienen   del   metabolismo   de   azúcares   o  aminoácidos.   El   azul   de   metileno   actúa   como   un  aceptor   artificial   de   electrones   el   cual   pasa   de   su  forma  oxidada  (azul)  a  su  forma  reducida  (incoloro)  cuando   se   evita   su   reoxidación   por   el   oxígeno   del  aire,   utilizando   para   este   propósito   una   capa   de  aceite  mineral.     Los   procariotes,   además   de   contar   con  respiración   aeróbica,   algunos   grupos   poseen  también   la  capacidad  de  respirar  anaeróbicamente  y   pueden   usar   NO3-­‐,   NO2-­‐,   (SO4)2-­‐,   CO2,   Sº,   Fe3+   o  fumarato   como   aceptores   finales   de   electrones.  

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 14   Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano  

Entre   los  procariotes   litotróficos,   los  donadores  de  electrones   pueden   ser   moléculas   orgánicas   (como  las   ya   descritas)   o   inorgánicas   entre   las   que   se  encuentran  H2,  H2S  y  NH3.    MATERIALES      

• Cajas  de  Petri  con  agar  nutritivo;  • Tubos  de  16  mm  X  150  mm  estériles;  • Tubos   de   13   mm   X   100   mm   con   3   ml   de  

caldo  nitrato;  • Pipetas  de  1ml,  5ml    y  10  ml  estériles;  • Micropipetas  de  1000mly  200  ml;  • Puntas  estériles  para  micropipetas;  • Matraz   erlenmeyer   con   30   ml   de   leche  

estéril  con  glucosa  al  0,5%;  • Solución  de  azul  de  metileno  al  0,1%;  • Aceite  mineral  estéril;  • Reactivo  de  ácido  sulfanílico;  • Reactivo  de  a-­‐naftil  amina;  • Agua  oxigenada  al  10%;  • Reactivo  de  oxidasa;  • Tiras  de  papel  filtro;  • Cepas  problema.  

   METODOS    Reducción  de  azul  de  metileno  1. Marque   una   serie   de   tubos   de   16  mm  X   150  

mm  del  1  al  4.  2. Añada   0,5   ml   de   azul   de   metileno   al   matraz  

con  leche  3. Añada   a   cada   tubo   la   leche,   suspensión  

bacteriana   y   aceite,   de   acuerdo   al   orden   que  se  señala  en  la  siguiente  tabla:  

 Tubo   1   2   3   4   5  Leche  estéril  con  azul  de  metileno  

4,5  ml  

4,0  ml  

3,5  ml  

3,0  ml  

2,5  ml  

Suspensión  bacteriana  

0   0,5  ml  

1,0  ml  

1,5  ml  

2,0  ml  

Homogenizar  suavemente  el  contenido  de  cada  tubo  Adicionar   aceite  mineral  

0,5  ml  

0,5  ml  

0,5  ml  

0,5  ml  

0,5  ml  

 4. Incube  todos  los  tubos  en  baño  maría  a  37º  C  

y  anote  el  tiempo  que  tardan  en  decolorarse.  5. Anote   los   resultados   en   la   tabla  

proporcionada.  

Reducción  de  nitratos  a  nitritos  1. Siembre  100  ml  de  cada  uno  de  los  cultivos  de  

las  cepas  en  caldo  nitrato.  Guarde  un  tubo  sin  inocular  como  testigo.  

2. Incube  todos  los  tubos  a  37º  C  por  24  h.  3. Determine   la  presencia  de  nitritos  añadiendo  

a   cada   tubo   3   gotas   de   α-­‐naftol   amina   y   3  gotas  de  ácido  sulfanílico.  

4. Una   coloración   rojo   ladrillo   indica   la  presencia   de   nitritos   (formación   de   un  complejo  diazóico).  

Pruebas  de  citocromo  oxidasa  y  catalasa  1. Siembre   en   una   caja   de   agar   nutritivo   por  

estría  abierta  las  cepas  indicadas.  2. Incube  a  37º  C  por  24  h.  3. Para   la   prueba   de   la   oxidasa,   transfiera   una  

asada  de  cada  cepa  a  una   tira  de  papel   filtro.  Añada   al   papel   una   gota   de   reactivo   de  oxidasa,   o   aplique   un   disco   que   contenga   el  reactivo.   El   sistema   citocromo   oxidasa   se  encuentra   por   lo   general   en   organismos  aerobios   y   los   hace   capaces   de   utilizar   el  oxígeno   como   aceptor   final   de   electrones   y  producir   H2O2.   Los   microorganismos   que  poseen  esta  enzima,  en  presencia  del  O2  y  del  reactivo   desarrollan   un   complejo   de   color  púrpura.  

4. Después  de   tomar   la  muestra   para   la   prueba  de  oxidasa,  añada  sobre  el  crecimiento  de   las  cepas,  unas  gotas  de  H2O2.  La  mayoría  de   los  microorganismos   aerobios   y   anaerobios  facultativos   tienen   una   enzima   llamada  catalasa,   la   cual   descompone   el   agua  oxigenada,   evitando   la   acumulación   de   este  metabolito  tóxico.  La  aparición  de  burbujas  en  el   cultivo,   después  de   la   adición  del   reactivo,  indica  una  prueba  positiva.  

5. Registre   los   resultados   en   la   tabla  proporcionada.  

 RESULTADOS  Y  CUESTIONARIO    1.-­‐   Registre   los   resultados   obtenidos   en   las  diferentes  pruebas  realizadas  durante  la  práctica  en  la  siguiente  tabla:    Tabla   12.  Pruebas  bioquímicas  para  determinar  el   aceptor   final  de  electrones  en  el  proceso  de  respiración.    

Tubo  (P.aureginosa)  

1   2   3   4   5  

Azul  de  metileno  

-­‐   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

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        Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano   15  

Prueba  positiva  =  +,  prueba  negativa  =  -­‐.    

 Cepa  

Prueba  Reducción  de  NO3-­‐  

Oxidasa   Catalasa  

A   -­‐   +/-­‐   +  B   +   +   +  C   -­‐   -­‐   +/-­‐  D   +   +   +  E   -­‐   -­‐   +  F   -­‐   -­‐   +  Prueba  positiva  =  +,  prueba  negativa  =  -­‐.  

 

 

 Fig.  9  Resultados  de  las  pruebas  bioquímicas.          2.-­‐   Indique  las  reacciones  que  se  llevaron  a  cabo  en  cada  una  de  las  pruebas  realizadas  

• Reducción  de  azul  de  metileno  

La   cadena   respiratoria   de   las   bacterias   se  

localiza  en  la  membrana  plasmática  y  es  fácilmente  accesible   a   los   aceptores   de   electrones.   Si   se  interrumpe   la   oxigenación   del   cultivo   de   una  bacteria   y   se   incorpora   un   indicador   redox,   como  aceptor   artificial   de   electrones,   es   posible   estimar  cualitativamente   la   actividad   metabólica   de   esa  población   bacteriana,   por   el   cambio   de   color   del  indicador.  

Uno  de  estos  aceptores  es   el   azul  de  metileno,  en  su  forma  oxidada  es  de  color  azul,  pero  al  recibir  electrones,   es   este   caso,   de   componentes   de   la  cadena   respiratoria   bacteriana,   se   reduce   y   pasa   a  su  forma  incolora[9].    

Fig.  10  Reacción  de  la  reducción  del  azul  de  metileno.  

• Reducción  de  nitratos  a  nitritos   El   caldo   de   nitrato   es   un   medio   indefinido   de  

extracto  de  carne,  peptona  y  nitrato  de  potasio.  Un  tubo   invertido   de   Durham   es   colocado   en   cada  medio   para   atrapar   la   porción   de   cualquier   gas  producido.   En   contraste   con   mucho   medios  diferenciales  no  incluye  indicador[7].      

• Oxidasa  

La   prueba   de   la   oxidasa   es   usada   para  identificar   bacterias   que   contengan   la   enzima  citocromo  c  oxidasa[8].    

 Fig.  12  Esta  prueba  esta  diseñada  para  identificar  la  presencia  de   citocromo   c   oxidasa.   Esto   es   posible   debido   a   que  citocromo  c  oxidasa  tiene  la  habilidad  única  de  no  solamente  oxidar   a   citocromo   c,   sino   también  de   catalizar   su   reducción  por   un   agente   cromogénico   reducido   llamado   tetrametil   p-­‐fenilenediamina.      

• Catalasa    La  enzima  catalasa  se  encuentra  en  la  mayoría  de  

las  bacterias  aerobias  y  anaerobias  facultativas  que  contienen   citocromo,   la   excepción   principal   es     el  Streptococcus[5].    

                       H2O2

catalasa! "!! H2O+O2 #  

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 16   Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano  

 Si   se   deja   acumular   el   peróxido   de  

hidrógeno,  es  tóxico  para  las  bacterias  y  provoca  su  muerte.   La   catalasa   descompone   el   peróxido   de  hidrógeno   u   oxida   los   sustratos   secundarios,   sin  embargo,  no  tiene  acción  contra  otros  peróxidos[5].  

 

Fig.   11   Si   el   nitrato   es   reducido   a   nitrito,   se   formará   ácido  nitroso   (HNO2)   en   el   medio.   Entonces,   el   ácido   nitroso  reaccionará   con   el   ácido   sulfanílico   para   formar   ácido  diazosulfanílico,   el   cual   reacciona   con   el   α-­‐naftolamina   para  formar  p-­‐sulfobenceno-­‐azo-­‐  α-­‐naftolamina  es  cual  es  rojo.     OBSERVACIONES  Y  DISCUSIÓN    

Para   lograr   la   identificación   de   un  microorganismo   es   necesario   aplicar   un   conjunto  de  técnicas  y  procedimientos,   los  cuales  se  pueden  clasificar  de  acuerdo  a[11]:  

 • Criterios  macroscópicos  (morfología)  • Criterios  microscópicos  (tinción  diferencial)  • Pruebas  bioquímicas  • Tipificación  con  fagos  • Pruebas  serológicas  • Detección  molecular  

 Hasta   ahora,   a   las   seis   bacterias  

seleccionadas  se  les  han  descrito  sus  características  morfológicas   y  microscópicas.   Además,   en   cada  de  éstas   bacterias   ha   sido   evaluado   su   requerimiento  de   oxígeno   y   en  base   a   los   resultados   se  pudieron  clasificar  en  aerobias,  anaerobias,  etc.    

Sin   embargo,   éstos   procedimientos   nos  dicen   poco   acerca   de   las   relaciones   filogenéticas  entre   las  bacterias.    Por   lo   tanto,   el   siguiente  paso  que   se   debe   de   realizar   para   aproximarse   a   la  identificación   de   un   microorganismo   es   la  aplicación  de  pruebas  bioquímicas.    

Las   pruebas   bioquímicas,   las   cuales   están  basadas  en  las  actividades  metabólicas  enzimáticas  de   los   microorganismos,   son   ampliamente  

utilizadas  para  diferenciar  las  bacterias,   incluso  las  que   están   estrechamente   relacionadas   pueden   ser  separadas  en  especies  diferentes.    

En   está   práctica   se   evaluó   la   capacidad   de  los  microorganismos  para  digerir  macromoléculas,  su   habilidad   para   metabolizar   carbohidratos   y  aminoácidos   así   como   la   capacidad   de   obtener  

electrones  de  diferentes  sustratos   para   usarlos  en   su   proceso   de  respiración.    

 Respecto   a   las  bacterias   seleccionadas,  aquellas   que   fueron  marcadas  como  A,  B,  D  y  F,   se   seleccionaron   del  medio   de   cultivo  

Czapeck   (muestra   de   suelo),   especial   para   el  crecimiento   de   actinomicetos;   y   las   colonias   de  bacterias  rotuladas  como  C  y  E  fueron  tomadas  del  medio  A-­‐NVT.  

Suponiendo   que   las   bacterias   tomadas   del  medio  Czapeck,   son  precisamente   actinomicetos,   a  reserva  de  que  esto  sea  incorrecto,  se  sabe  que  son  aerobios  estrictos  y  cuando  se  aplica  la  prueba  de  la  oxidasa   permite   poner   de   manifiesto   el   sistema  citocromo-­‐oxidasa,  que  se  encuentra  en  organismos  de   este   tipo.   Los   resultados  de   ésta  prueba  dieron  positivo   en   B   y   D,   en   cuanto   a   la   colonia   A   el  resultado   no   fue   concluyente,   la   colonia   F   fue  negativa.  

Respecto  a  la  prueba  de  la  catalasa,  todas  las  bacterias   produjeron   hidrógeno   debido   a   la  descomposición  del  peróxido  de  hidrógeno,  aunque  en  diferentes  proporciones.  Por  lo  tanto,  algunas  de  éstas  bacterias  podrían  ser  de  los  géneros  nocardia  y   streptomyces   (catalasa-­‐positivos)   pertenecientes  al   filo  actinomicetos.  Estas  bacterias  se  encuentran  abundantemente  en  suelos  realizando  la  fijación  de  nitrógeno   atmosférico[12].   Además,   los   resultados  de  la  prueba  de  reducción  de  nitratos  (positiva  en  B  y  D)   aumenta   las  posibilidades  de  ésta   suposición,  tomando  en  cuenta  que  los  actinomicetos  tienen  la  capacidad  de  reducir  nitratos  a  nitritos.    

Durante   el   desarrollo   de   la   práctica   no   se  utilizaron   pruebas   de   referencia   o   testigo,   lo   cual  dificultó,   hasta   cierto   punto,     la   correcta  interpretación  visual  de  las  pruebas.    

En   la   prueba   de   reducción   de   metileno   se  uso  una  cepa  de  P.  aureginosa  y  en   los  cinco   tubos  no   se   observó   ningún   cambio   debido   a   que   esta  bacteria   es   aeróbica   y   al   cortarle   el   suministro   de  

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        Laboratorio  de  Microbiología                                                                                                                      Práctica  1.  Metabolismo  Bacteriano   17  

oxígeno,   adicionado   una   capa   de   aceite   mineral,  éste  microorganismo  se  murió.      CONCLUSIONES    

Los   ensayos   bioquímicos   son   pruebas  simples   que   se   desarrollan   para   demostrar  características   bioquímicas   de   las   bacterias   como  presencia   o   ausencia   de   una   actividad   enzimática,  grupo  de  enzimas  o  vías  metabólicas,  a  partir  de  un  sustrato  que  se  incorpora  en  un  medio  de  cultivo  y  que   la   bacteria   al   crecer   transforma   o   no.   Por   lo  tanto,  conociendo  éstas  características  bioquímicas  se   puede   lograr   la   identificación   en   género   o  especie   de   los   microorganismos   comparando   las  similitudes   con   características   bioquímicas   ya  reportadas.      REFERENCIAS    [1] E.E. Ziegler y L.J. Filer, Conocimientos actuales sobre Nutrición, International Life Sciences Institute, 7ma Edición, (1998), España, pp 118.  [2] A. Hernández y col., Micorbiología Industrial, Editorial Estatal a Distancia, 2da Edición, (2003), Costa Rica, pp 455, 456.  [3] J.F. Griffiths y col., Genética, McGrawHill, (2002), EUA, pp 702.  [4] W. Muller, Bioquímica Fundamentos para Medicina y Ciencias de la Vida, Editorial Reverte, 2da Edición, (2008), España, pp 222 y 234. [5] J. F. Mac Faddin, Pruebas Bioquímicas para la identificación de bacterias de importancia clínica, Editorial Médica Panamericana, 3ra Edición, (2003), Argentina, pp 104, 105, 113, 114 y 194. [6] A. E. Brown, Benson´s Microbiological Applications, McGrawHill, 11va Edición, (2009), USA, pp 330, 334, 335 y 340. [7] M. J. Leboffe y B. E. Pierce, Microbiology Laboratory Theory and Application, Morton Publishing Company, 2da Edición, (2006), USA, pp 256, 257, 260, 331. [8] M. J. Leboffe y B. E. Pierce, A Photographic Atlas for the Microbiology Laboratoy, Morton Publishing Company, 4ta Edición, (2011), USA, pp 63, 64, 73, 74, 75, 80, 81, 82, 83, 87, 96 y 98. [9] E. Rodríguez y col, Bacteriología General Principios y prácticas de laboratorio, Editorial Universidad de Costa Rica, (2008), Costa Rica, pp 105 7 106. [10] D. Voet y J. G. Voet, Bioquímica, Editorial Médica Panamericana, 3ra Edición, (2006), Argentina, pp 1024. [11] G.J. Tortora y col., Introducción a la Microbiología, Editorial Médica Panamericana, 9na Edición, (2007), Argentina, pp 292, 294 y 295. [12] L. M. Thompson y F. R. Troeh, Los suelos y su fertilidad, Editorial Reverte, 4ta Edición, (2004), España, pp 44. [13] B. Forbes, D. Sahm y A. Weissfeld, Bailey & Scott Diagnóstico Microbiológico, Editorial Médica Panamericana, 12va Edición, (2009), Argentina, pp 318.