Crecimiento microbiano

2.2.- Crecimiento celular
     En este apartado vamos a revisar el estudio de la cinética del crecimiento de microorganismos que crecen aislados. Esta es la forma de crecimiento de la levadura (hongo unicelular) y de las bacterias.
     Es importante conocer la cinética de crecimiento de los cultivos microbianos porque es necesario poder predecir cómo va a evolucionar un cultivo, cómo va a irconsumiéndose el substrato y cómo se va a ir acumulando el producto de una fermentación. Sin conocer estos factores es muy imprudente iniciar el cultivo en un fermentador de 10.000 litros, por ejemplo, con el coste que ello supone, puesto que no podemos predecir qué va a pasar, cuándo va a completarse el crecimiento, cómo se va a acumular el producto, etc.
     Las células aisladas cultivadas enun volumen finito de medio de cultivo apropiado van utilizando los nutrientes que tienen disponibles con la mayor eficiencia y rapidez que pueden, sintetizando sus propios componentes celulares y dividiéndose en cuanto han podido duplicar su masa y su material genético. El tiempo que tarda una célula en hacer todo lo anterior es lo que conocemos como tiempo de generación y puede variar desde unos20 minutos en condiciones óptimas hasta varios meses en condiciones del suelo.Cada vez que transcurre un tiempo de generación, el número de células se duplica, siguiendo, por tanto, un incremento exponencial.

Las ecuaciones exponenciales son muy difíciles de manejar gráficamente, por ello es mejor transformarlas en algo más simple, como puede ser una recta.

Esto es: el logaritmo del número decélulas crece linealmente con el tiempo a razón de una constante igual a ln2/T. Si el tiempo de generación T es muy grande, el crecimiento tendrá poca pendiente (será lento) y si T es pequeño el crecimiento será rápido.
     En un crecimiento equilibrado, todos los parámetros de crecimiento evolucionan en paralelo. Esto es: el incremento en el número de células, en la biomasa de cultivo y en laacumulación de metabolitos primarios, proteínas, ácidos nucleicos etc., es paralelo. Por tanto, en la ecuación anterior N puede representar cualquiera de estos factores.

esto es: el incremento del número de células (dN) por unidad de tiempo (dt) es proporcional al número de células presentes en el cultivo (N). A la constante de proporcionalidad (µ) se le denomina tasa de crecimiento y puedeconsiderarse algo así como la probabilidad de que una célula se divida en un tiempo determinado.

esto es: el incremento del logaritmo del número de células aumenta linealmente con el tiempo siendo la constante de proporcionalidad µ. Comparando esta ecuación con  la similar presentada más arriba, podemos concluir que µ = ln2/T y, por consiguiente, que T = ln2/µ. Es decir, que hay una correlacióninversa entre el valor de la tasa de crecimiento (µ) y el tiempo de generación.
     Estas ecuaciones nos permiten predecir cuál será el número de células, masa celular, etc. después de un cierto tiempo de cultivo (t) si conocemos µ; o bien, poder calcular la tasa de crecimiento µ a partir de medidas experimentales del  incremento en el número de células, biomasa, etc

El gráfico  representa lavariación de la biomasa (o número de células, etc.) de un cultivo (línea roja) a lo largo del tiempo. En este cultivo, se va consumiendo un substrato cuya concentración (línea azul) decrece de forma proporcional al crecimiento de la biomasa. Esta relación de proporcionalidad puede expresarse de la forma siguiente:

donde dS indica la variación de la concentración del  substrato. Al valor Ys lodenominamos rendimiento de utilización del substrato, ya que mide la cantidad de biomasa que puede producirse por unidad de substrato consumido:

El rendimiento de utilización de diferentes substratos puede ser diferente (hay substratos, o alimentos, que "engordan" más que otros), varía entre diferentes microorganismos (en un símil antropomórfico: hay personas que engordan más que otras comiendo...