Cultivo de bacterias

¿Qué es el cultivo de bacterias?

Un cultivo de bacterias es un método para reproducir microorganismos (bacterias, hongos o parásitos), sean patógenos o no, para estudiarlos o producir antibióticos. Los medios de cultivo pueden ser sólidos o líquidos.

El método de sembrado es muy importante para distribuir el inoculo de tal manera que las bacterias presentes queden dispersas y puedan desarrollar colonias debidamente aisladas.

Las colonias obtenidas en el medio de cultivo sólido es la consecuencia de la proliferación del microorganismo sembrado. Cada colonia parte de una sola bacteria, que puede multiplicarse de forma exponencial hasta formar una población macroscópicamente visible.

Igualmente sucede en los medios de cultivo líquidos, en este caso el crecimiento bacteriano se observa por turbidez. 

El crecimiento bacteriano es posible cuando el medio de cultivo elegido reúne las condiciones nutricionales y de pH necesarias para el desarrollo de una bacteria en particular. Además, es necesario controlar otras variables, como temperatura, tiempo de incubación, concentración de oxígeno, CO₂, entre otros.

No todas las poblaciones bacterianas necesitan los mismos requerimientos, si bien algunas pueden ser comunes para casi todas, como por ejemplo, que el medio contenga peptonas. También es cierto que existen microorganismos más exigentes que adicionalmente requieren otras sustancias específicas, denominadas factores de crecimiento.

Por ejemplo, algunos Haemophilus para crecer necesitan la presencia del factor X (hemina) y del factor V (NAD).

Tipos de cultivos de bacterias

• Cultivos bacterianos polimicrobianos. Los cultivos polimicrobianos provienen de la siembra de una muestra obtenida de un lugar que posee microbiota normal, en el cual también se puede encontrar un determinado patógeno. Ejemplo: cuando se desarrolla un cultivo de exudado faríngeo, es posible que se pueda encontrar un patógeno como el Streptococcus pyogenes, pero estará acompañado de una microbiota habitual del área. En este caso, es indispensable un buen estriamiento que permita el crecimiento aislado de los diferentes tipos de bacterias. La colonia que tenga características compatibles con una cepa de Streptococcus pyogenes, se tocará cuidadosamente con el asa de platino para luego sembrarla en un medio de cultivo virgen, y así obtener un cultivo puro de ese microorganismo. A partir de ese cultivo puro se pueden realizar todas las pruebas requeridas para la identificación de la bacteria.
• Cultivo bacteriano puro. Para realizar la identificación de un microorganismo de forma eficiente se debe trabajar a partir de un cultivo puro. Los cultivos puros se pueden obtener, como en el caso del ejemplo anterior, por la resiembra de una colonia aislada de un cultivo polimicrobiano, o cuando se siembra una muestra que proviene de un lugar normalmente estéril y en este solo exista un patógeno (crecimiento de un solo tipo de bacteria). Ejemplo: cuando se siembra un LCR de un paciente con meningitis bacteriana. Otra forma es cuando se resiembra a partir de un cultivo puro viejo para obtener un cultivo puro renovado.
• Cultivos bacterianos mixtos. Estos cultivos están compuestos por una mezcla de microorganismos, tal como se presentan en la naturaleza. En algunos procesos industriales es conveniente el uso de cultivos mixtos. Se puede obtener mediante la unión de varios cultivos puros, ya que estos permiten el estudio de las interrelaciones bacterianas. Son útiles, por ejemplo, en la degradación de xenobióticos en las aguas residuales industriales, pues estos actúan en calidad de biodegradadores.

Características de los cultivos de bacterias

– Tipos de medios de cultivo. Pueden ser sólidos, líquidos, semisólidos, selectivos, diferenciales o enriquecidos

– Crecimiento bacteriano. Las bacterias experimentan diversas fases al crecer. Por ejemplo, latencia, exponencial, estacionaria y declinación. Además, en medios sólidos, las bacterias forman colonias visibles que pueden variar en tamaño, forma, color, borde y textura.

– Condiciones de cultivo. Los microorganismos requieren de nutrientes, pH adecuado, temperatura, oxígeno, humedad y luz para crecer. Todo eso se contempla en un cultivo específico para una bacteria concreta.

– Requerimientos específicos. Hay bacterias exigentes (que necesitan medios enriquecidos con factores de crecimiento específicos, como Hemophilus influenzae) y producción de metabolitos, pues algunas bacterias producen pigmentos, ácidos, o enzimas que pueden ser indicadores de su presencia.

– Aspecto en cultivo. El color puede variar, dependiendo del metabolismo bacteriano. La forma puede ser circular, irregular, filamentosa, etc. La elevación es plana, convexa o umbonada, y los bordes, lisos, ondulados, lobulados.

Ejemplos de cultivos de bacterias y las colonias

• Según su tamaño
  • Extremadamente pequeñas: Mycoplasma pneumoniae, Francisella tularensis.
  • Pequeñas: Streptococcus sp, Enterococcus sp.
  • Moderadas: Familia Enterobacteriaceae.
  • Grandes: Bacillus cereus, Pseudomonas aeruginosa.
• Según su aspecto
  • Secas: Lactobacillus confusus.
  • Mucoides: Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa.
  • Brillante: Klebsiella pneumoniae.
  • Opaca: Enterococcus faecalis, algunas cepas de Neisseria gonorrhoeae.
• Según su textura
  • Colonias lisas: Micrococcus luteus.
  • Colonias rugosas: Sarcina ventriculi en agar nutritivo.
• Según su forma
  • Circulares: Listeria murrayi y Micrococcus luteus en agar nutritivo.
  • Planas: Staphylococcus equorum en agar nutritivo.
  • Convexas: Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae.
• Según sus bordes
  • Borde redondeado: Staphylococcus aureus, Escherichia coli.
  • Borde irregular: Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa.
  • Bordes lobulados: Bacillus sp.
• Según su color
  • Transparentes o incoloras: Shigella sp en agar XLD.
  • Blanca: Staphylococcus hominis en agar sangre.
  • Beige: Bacillus sphaericus y Lactobacillus confusus en agar nutritivo.
  • Amarilla: Staphylococcus aureus y Elizabethkingia meningoseptica en agar sangre, Pediococcus sp, Staphylococcus lentus en agar nutritivo,
  • Rosada: Escherichia coli en agar XLD, Micrococcus roseus en agar nutritivo.
  • Fucsia: Escherichia coli en agar Mac Conkey.
  • Violeta: Chromobacterium violaceum.
  • Rojiza: Serratia marcescens a temperatura ambiente en agar nutritivo.
  • Naranja: Kurthia zopfii en agar nutritivo.
  • Grisácea: Sporosarcina ureae en agar extracto de suelo.
  • Verdosa: Pseudomonas aeruginosa en agar BHI.
  • Marrón: Enterococcus sp en agar bilis esculina.
  • Negra: Salmonella enteritidis en agar SS.
  • Con brillo metálico: Escherichia coli en agar Endo.

Métodos de cultivos de bacterias

• Cultivo bacteriano aerobio o anaerobio facultativo. Es el más utilizado, porque, en primer lugar, la mayoría de las bacterias patógenas para el humano son aerobias o anaerobias facultativas, y en segundo lugar, es mucho más económico y sencillo que los cultivos anaerobios. Ejemplo: Mycoplasma pneumoniae y Escherichia coli respectivamente.
• Cultivo bacteriano anaerobio. Requiere la supresión completa del oxígeno. Los medios de cultivo para bacterias anaerobias por lo general deben contener sustancias reductoras, como: ácido ascórbico, tioglicolato, cisteína o sulfuro para eliminar los efectos tóxicos del oxígeno contenido en el aire. Algunos contienen indicadores, como la resazurina, que en presencia de oxígeno es azul y en anaerobiosis es incoloro. Ejemplo: Clostridium tetani.
• Cultivo bacteriano en microaerofilia. Las placas de cultivos se introducen en una campana de microaerofilia con una vela encendida, se tapa. La vela consume el oxígeno y se apaga. En esta condición crecen algunas bacterias, como los Streptococcus sp.

Materiales y requerimientos para cultivos de bacterias

• Materiales. Los materiales requeridos son placas de Petri o tubos con medios de cultivo o caldo, asa de platino, muestra, mechero de Bunsen o estufa.
• Requerimientos para realizar un cultivo de bacterias. El cultivo de bacterias requiere de muchos elementos que deben tomarse en cuenta, como los nutrientes del medio, pH, temperatura, concentración de oxígeno, CO2, humedad, entre otros.
• Nutrientes. Los microorganismos requieren medios de cultivos que contengan macroelementos y microelementos. Entre los macroelementos se pueden mencionar sustancias orgánicas como peptonas, aminoácidos, carbohidratos como fuentes de carbono y nitrógeno. Entre los microelementos están las sustancias inorgánicas u oligoelementos manganeso, zinc, níquel, boro, cloro, selenio, silicio, cobalto, cobre, entre otros.
• Concentración de iones de hidrógeno (pH). La concentración de iones de hidrógeno (H⁺) y oxidrilos (OH^–) en el medio donde se desarrollará el cultivo es de vital importancia, pues determinan el pH. El pH más utilizado es el neutro (pH= 7.0), sin embargo, pueden existir medios donde un pH ácido o alcalino sea el conveniente, por ejemplo, si se quiere aislar una bacteria acidófila o alcalófila, respectivamente.
• Temperatura. La temperatura es un factor muy importante que influye en el crecimiento de los cultivos bacterianos. Las bacterias pueden ser psicrófilas (crecen a temperaturas < de 20 °C), mesófilas (entre 20 °C y 42 °C), termófilas (40 °C a 70 °C), hipertermófilas (70 °C-105 °C).
• Requerimiento de oxígeno
  • Aerobias: crecen en presencia de oxígeno.
  • Microaerófilas: crecen en presencia de 5-10% de CO_2.
  • Anaerobias estrictas: crecen en ausencia de oxígeno.
  • Anaerobios facultativos: crecen en presencia de oxígeno o sin él.
  • Aerotolerantes: crecen bien sin oxígeno y toleran poca cantidad de oxígeno.

Medios de cultivo de bacterias

Los medios de cultivo son las preparaciones nutricionales especiales fabricadas en el laboratorio para obtener el crecimiento o cultivo microbiano. Estos medios varían en consistencia, composición y función. Cada laboratorio preparará el tipo de medio de cultivo que se adapte a sus necesidades.

Colección de cultivos de bacterias

Existen instituciones u organizaciones que se dedican a la recolección, caracterización, mantenimiento y distribución de cepas bacterianas de importancia clínica, ambiental o industrial.

Estas cepas son utilizadas para trabajos de investigación y para realizar controles de calidad a los medios de cultivo.

Ejemplo: las cepas American Type Culture Collection, Centro Venezolano de Colección de Microorganismos (CVCM) y cepas del Instituto Nacional de Higiene, Epidemiología y Microbiología de Cuba (INHEM), entre otros.

Referencias

1. Benavides, G., Hermida, A. Aislamiento e identificación de flora bacteriana nativa del suelo de los páramos Cruz Verde y Guasca. Recuperado de javeriana.edu.co/biblos.
2. Hans, S. Microbiología General. Ediciones Omega. Recuperado de biolprocariotas.files.
3. Weng, Z., Junco, R., Díaz, R. Colección de cultivos microbianos: Apuntes sobre su desarrollo. Recuperado de scielo.sld.cu/scielo.
4. Koneman, E., Allen, S., Janda, W., Schreckenberger, P., Winn, W. Diagnóstico Microbiológico. 5ta ed. Editorial Panamericana.
5. Forbes, B., Sahm, D., Weissfeld, A. Diagnóstico Microbiológico de Bailey & Scott. 12 ed. Editorial Panamericana.