Factores Determinantes en la Velocidad de Crecimiento Microbiano y Producción de Proteínas Recombinantes

Cinética de la Velocidad Específica de Crecimiento Microbiano

La velocidad específica de crecimiento (μ) es una función compleja que depende de diversos factores críticos: el tipo de microorganismo, la composición del medio de cultivo, la temperatura, el pH, la concentración de sustrato, y las variables de operación como la velocidad de agitación y la aireación. En términos generales, se puede plantear la siguiente relación:

μ = f (T, pH, S, variables de operación)

Optimización de la Productividad en Escherichia coli

Con el objetivo de mejorar la productividad de la proteína de interés obtenida al usar una cepa de E. coli, es fundamental correlacionar la velocidad específica de crecimiento con la velocidad de producción del producto deseado. De esta manera, se ha determinado que manteniendo la velocidad específica de crecimiento cerca del valor óptimo para la formación del producto después de la inducción, se obtienen altos niveles de expresión de proteína.

Utilizando una estrategia de alimentación escalonada o constante, posterior a la inducción del cultivo por elevación de la temperatura, se logra una extensión del período de producción de la proteína de manera significativa.

Efecto de la Temperatura y el pH en el Crecimiento

La temperatura de crecimiento óptima para diferentes microorganismos varía en un amplio intervalo. Los microorganismos se clasifican según su rango térmico de la siguiente manera:

• Microorganismos psicrófilos: 0-25 °C.
• Microorganismos mesófilos: 25-45 °C.
• Microorganismos termófilos: > 45 °C.

La Ecuación de Arrhenius en la Cinética Celular

La dependencia de la temperatura en el crecimiento microbiano se puede comprender como el efecto de la temperatura sobre las distintas reacciones enzimáticas que ocurren en las células. Este efecto se describe mediante la ecuación de Arrhenius:

μ = A · e^{-E / (R · T)}

Donde:

• A: Constante de Arrhenius (h^-1).
• E: Energía de activación (kJ kmol^-1).
• T: Temperatura absoluta (K).
• R: Constante universal de los gases (kJ kmol^-1 K^-1).

Influencia del pH y Condiciones de Cultivo Estándar

El efecto del pH es similar al efecto de la temperatura. La velocidad de las reacciones enzimáticas depende intrínsecamente del valor del pH y varía de un microorganismo a otro.

La mayoría de las bacterias crecen a una temperatura de aproximadamente 37 °C y un pH neutro. Manteniendo el cultivo bajo estas condiciones controladas, se logra que la velocidad específica de crecimiento dependa exclusivamente de la concentración de sustrato y de las variables de operación del sistema.