- Una característica clave de un sistema vivo es la capacidad de dirigir las reacciones químicas y organizar las moléculas en estructuras específicas: crecimiento.

- Las células microbianas están constituidas de sustancias químicas de una amplia diversidad de tipos y, cuando una célula crece, todos sus constituyentes químicos aumentan en cantidad apropiada.

- Los elementos químicos básicos de una célula, viene del exterior, pero estos elementos químicos son transformados por la propia célula en los constituyentes característicos.

Nutrientes

Se llama así a los productos químicos exteriores a partir de los cuales se construye una célula. Los nutrientes son tomados por la célula y transformados en constituyentes celulares. El proceso por el que una célula se construye a partir de nutrientes simples tomados del medio exterior se denomina ANABOLISMO (Biosíntesis).
La biosíntesis es un proceso que requiere energía, las células también necesitan de energía para otras funciones tales como movimiento celular (motilidad) y transporte de nutrientes. Como otros nutrientes, la energía se obtiene también del medio exterior celular de tal manera que se pueden usar dos fuentes de energía:

1. Luz
2. Compuestos químicos

II.- TIPOS NUTRICIONALES

Dependiendo de la fuente de energía que utilicen, se agrupan a los microorganismos en clases metabólicas. Todos los términos utilizados para describir estas clases emplean la terminación “trofo” que deriva del griego y significa alimentarse. Los microorganismos pueden ser agrupados en clases nutricionales de acuerdo a cómo satisfacen sus requerimientos de: energía, H⁺ / e^- y carbono.
Existen sólo dos fuentes de energía disponible para los microorganismos y también dos fuentes de átomos de H⁺ / e^-

Pese a la gran diversidad metabólica mostrada por los microorganismos, la mayoría de ellos pueden ser considerados en uno de los cuatro tipos nutricionales de acuerdo a su fuente primaria de obtención de energía, fuente carbonada y de e^- / H⁺.

Un microorganismo puede pertenecer a uno de los cuatro grupos metabólicos, sin embargo, se observa en algunas una flexibilidad metabólica, como respuesta a cambios medioambientales marcados.
Ejemplo: Muchas bacterias púrpuras no sulfúreas actúan como fotolitótrofas heterótrofas en ausencia de O₂, pero oxidan compuestos orgánicos como quimiótrofos en niveles normales de oxígeno: son las bacterias MIXOTRÓFICAS (Combinación de metabolismo autótrofo y heterótrofo).

III.- REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES

Los nutrientes pueden ser divididos en dos clases:

1. Macronutrientes.- Requeridos en grandes cantidades
2. Micronutrientes.- Requeridos en pequeñas cantidades

Macronutrientes

Micronutrientes (Elementos traza)

• Aunque los micronutrientes son requeridos en muy pequeñas cantidades son, sin embargo, tan importantes como los macronutrientes.
• Los micronutrientes son metales, muchos de los cuales forman enzimas
• Debido a que el requerimiento de elementos traza es muy pequeño, para el cultivo de microorganismos en el laboratorio se hace innecesario su adición al medio. Sin embargo, si un medio contiene compuestos químicos altamente purificados y disueltos en agua destilada de alta pureza, puede ocurrir una deficiencia de elementos traza.

Factores de crecimiento

• Los factores de crecimiento son compuestos orgánicos que, como los nutrientes, son requeridos en muy pequeñas cantidades y sólo por algunas células.
• Los factores de crecimiento incluyen vitaminas, aminoácidos, purinas y pirimidinas
• Aunque, la mayoría de los microorganismos son capaces de sintetizar estos compuestos, otros requieren tomar uno o más preformados del ambiente.
• Las vitaminas son los factores de crecimiento más necesitados. La mayor parte de vitaminas funcionan como parte de coenzimas.
• Muchos microorganismos son capaces de sintetizar todos los componentes de sus coenzimas, pero, algunos son incapaces de hacerlo así y deben ser suplementados con ciertas partes de estas coenzimas en forma de vitaminas.
• Las bacterias lácticas, que incluyen los géneros Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc y otros son reconocidas por su complejo requerimiento de vitaminas, incluso mayores que los humanos.
• Vitaminas: Tiamina (B1), biotina, piridoxina (B6) y cobalamina (B12).

IV.- OTROS

CO₂

Ciertos microorganismos pueden desarrollar mejor si se les incrementa la concentración de CO₂ en la atmósfera. Ej.: Haemophilus, Neisseria, Brucella, Campylobacter, requieren para iniciar el crecimiento al menos 5 a 10 % de CO₂ en la atmósfera.

Oxígeno

Aerobios obligados

Requieren oxígeno para su crecimiento, ellos usan el O₂ como un aceptor final de electrones en la respiración.

Anaerobios obligados, o estrictos

No requiere O₂, no necesitan el O₂ como un nutriente. De hecho, el oxígeno es una sustancia tóxica, el cual mata o inhibe su crecimiento. Los procariotas anaerobios obligados pueden vivir por fermentación, respiración anaeróbica, fotosíntesis bacteriana, o el primitivo proceso de la metanogénesis.

Anaerobios facultativos

Son organismos que pueden cambiar entre tipo de metabolismo aeróbico y anaeróbico. Bajo condiciones anaeróbicas ellos crecen por fermentación o respiración anaeróbica, pero en presencia de oxígeno ellos cambian a respiración aeróbica.

Anaerobios aerotolerantes

Son bacterias con un tipo de metabolismo exclusivamente anaeróbico (fermentativo), pero ellos son insensibles a la presencia de O₂. Ellos viven solamente por fermentación sin importar si el oxígeno está o no presente en su entorno.

Hidrógeno

Los requerimientos de H⁺ están limitados al mundo microbiano a aquellas bacterias litótrofas que utilizan el hidrógeno como fuente de energía.
La concentración de iones de hidrógeno en términos de pH tiene mucha importancia. Cada especie tiene un pH definido de crecimiento y un pH óptimo:

En general, las bacterias son consideradas neutrófilas, los hongos en ambientes ligeramente ácidos (pH 4-6). Al margen de las variaciones de pH en el medio externo, en el ambiente interno de los microorganismos el pH se mantiene cercano a la neutralidad.

Ej. Organismos acidófilos como Thiobacillus ferrooxidans que vive en ambientes de pH 2 y tiene un pH interno de 6.0. La bacteria utiliza el gradiente electroquímico creado a nivel de membrana por esta diferencia de pH, para la síntesis de ATP.

Los microorganismos que crecen a un pH óptimo por debajo de la neutralidad (7.0) son llamados acidópfilos. Aquellos que crecen mejor a un pH neutral son llamados neutrófilos y aquellos que crecen mejor bajo condiciones alcalinas son llamados alcalinófilos. Los acidófilos obligados tales como algunas especies de Thiobacillus, realmente requieren un pH bajo para su crecimiento dado que su membrana se disuelve y la célula se lisa en la neutralidad. Varios géneros de Archaea incluyendo Sulfolobus y Thermoplasma, son acidófilos obligados. Entre los eucariotas, muchos hongos son acidófilos, y el campeón del crecimiento a pH bajo es el alga Cyanidium, el cual puede crecer a un pH de 0.

V.- REQUERIMIENTOS DE AGUA

La disponibilidad de agua depende de dos factores:

1. Factores de absorción.- La cantidad de agua disponible a los microorganismos puede ser reducida por adsorción a la superficie de sólidos (efecto mátrico).
2. Factores de solución.- Por interacción con moléculas de soluto (efecto osmótico)

La Aw es inversamente proporcional a la presión osmótica. Si una solución tiene una alta presión osmótica su actividad de agua es baja.
Los microorganismos difieren grandemente en su habilidad para adaptarse en hábitat con baja actividad de agua, lo cual requiere alcanzar internamente una alta concentración de solutos que permita retener agua.

Osmotolerantes: Crecen en un amplio rango de valores de actividad de agua
Ej. Staphylococcus aureus, Saccharomyces rouxii

Halóliflos : Adaptados completamente a condiciones salinas, a tal grado que requieren altos niveles de NaCl en el medio para crecer (aprox. 3-6 M). Ej. Halobacterium sp.

VI.- REQUERIMIENTOS FÍSICOS

Temperatura

Se distinguen tres grupos de microorganismos: