Las bacterias requieren nutrientes específicos para su crecimiento, y los medios de cultivo se formulan para satisfacer estas necesidades nutricionales. Comprender los requisitos nutricionales y los tipos de medios es esencial para cultivar, aislar e identificar microorganismos en el laboratorio.
Requisitos Nutricionales
Los macronutrientes incluyen carbono (el elemento más abundante, 50% del peso seco), nitrógeno (para proteínas y ácidos nucleicos, 12-15% del peso seco), fósforo (para ácidos nucleicos y ATP), azufre (para aminoácidos y cofactores) y minerales como Mg²⁺, K⁺, Ca²⁺ y Fe²⁺. Los micronutrientes (oligoelementos) incluyen hierro, zinc, manganeso, cobre, cobalto, molibdeno y níquel, requeridos en concentraciones micromolares o nanomolares para la función enzimática. Los factores de crecimiento son compuestos orgánicos que las bacterias no pueden sintetizar, incluyendo vitaminas (biotina, tiamina, B₁₂), aminoácidos, purinas y pirimidinas.
Clasificación Nutricional
Los autótrofos utilizan CO₂ como única fuente de carbono; los fotoautótrofos obtienen energía de la luz (cianobacterias), mientras que los quimioautótrofos obtienen energía de compuestos inorgánicos (Nitrosomonas, Nitrobacter). Los heterótrofos requieren compuestos orgánicos de carbono; los fotoheterótrofos usan luz pero requieren carbono orgánico (algunas bacterias púrpuras), y los quimioheterótrofos obtienen tanto energía como carbono de compuestos orgánicos (la mayoría de las bacterias patógenas). Los protótrofos pueden sintetizar todos los compuestos orgánicos necesarios a partir de fuentes simples de carbono, mientras que los auxótrofos han perdido la capacidad de sintetizar uno o más factores de crecimiento esenciales debido a mutaciones.
Tipos de Medios de Cultivo
Los medios complejos contienen ingredientes no definidos como peptonas (digestos enzimáticos de proteínas), extracto de levadura, extracto de carne e hidrolizado de caseína; el agar nutritivo, el agar tripticasa de soja (TSA) y el caldo Luria-Bertani (LB) son ejemplos comunes. Los medios definidos (sintéticos) tienen todos los componentes químicamente definidos y se utilizan para estudios nutricionales e investigación metabólica; el medio mínimo M9 contiene sales, glucosa y NH₄Cl. Los medios enriquecidos son medios ricos en nutrientes que favorecen organismos exigentes; el agar sangre (TSA con 5% de sangre de oveja) y el agar chocolate (agar sangre calentado para Neisseria y Haemophilus) son ejemplos.
Medios Selectivos y Diferenciales
Los medios selectivos contienen inhibidores que suprimen microorganismos no deseados mientras permiten el crecimiento de los organismos diana. El agar MacConkey utiliza sales biliares y cristal violeta para inhibir bacterias Gram-positivas, seleccionando Gram-negativas; el agar manitol salado utiliza NaCl al 7.5% para seleccionar estafilococos. Los medios diferenciales distinguen entre diferentes tipos de microorganismos basándose en la actividad metabólica: el agar MacConkey muestra fermentadores de lactosa como rosa o rojo y no fermentadores como incoloros, mientras que el agar EMB le da a E. coli un brillo metálico verde. Las propiedades selectivas y diferenciales a menudo se combinan en un solo medio, como con el agar MacConkey.
Medios Especializados
Los medios anaeróbicos proporcionan un ambiente reducido en oxígeno con agentes reductores (cisteína, tioglicolato de sodio) y resazurina como indicador redox; el medio de carne cocida y el caldo de tioglicolato favorecen anaerobios obligados. Los medios de transporte mantienen la viabilidad de organismos delicados durante el transporte sin promover el crecimiento; el medio de Stuart y el medio de Cary-Blair preservan patógenos para análisis de laboratorio clínico. Los medios indicadores contienen sustratos e indicadores que producen un cambio visible en respuesta a actividades enzimáticas específicas; el agar hierro triple azúcar (TSI) prueba la fermentación de carbohidratos y la producción de H₂S.
Esterilización de Medios
El autoclave a 121°C durante 15 minutos es el método estándar para esterilizar medios termoestables, mientras que los medios que contienen glucosa se autoclavan a temperatura reducida (115°C) para prevenir la caramelización. Los medios sensibles al calor (ej., aquellos que contienen suero, antibióticos o vitaminas) se esterilizan por filtración por membrana con un tamaño de poro de 0.22 µm. Para el control de calidad, cada lote de medio se prueba para esterilidad mediante incubación a 35°C durante 48 horas y para soporte de crecimiento utilizando cepas de referencia (cultivos ATCC).
Factores que Afectan el Crecimiento en Cultivo
La clasificación por temperatura incluye psicrófilos (−5 a 20°C), mesófilos (20–45°C, incluyendo la mayoría de los patógenos a 35–37°C), termófilos (45–80°C) e hipertermófilos (>80°C). La mayoría de las bacterias crecen óptimamente a pH 6.5–7.5, aunque los acidófilos (ej., Lactobacillus, Helicobacter) prefieren pH 2–5 y los alcalifilos (ej., Vibrio cholerae) prefieren pH 8–10. En cuanto a los requisitos de oxígeno, los aerobios obligados requieren O₂, los anaerobios obligados son eliminados por O₂, los anaerobios facultativos crecen con o sin O₂, y los microaerófilos requieren O₂ reducido (5–10%).
