Modelización del crecimiento de una población microbiana en medio líquido y su implicación en el estudio de la morfología celular a través del análisis digital de imágenes

Abstract

[EN] When the yeast is grown in a nutrient-rich liquid medium, its growth curve consists of three main phases: adap-tation (or lag) phase, exponential (or log) phase and stationary phase. Buchanan's model is a piece-wise linearmodel which, although being a rather simple model, turns out to be good enough to estimate the main kineticparameters of microbial growth. The morphometry of yeast cells, which can reproduce by budding (with mothercells and daughter cells), provides information about the state of yeast populations and their productive capacity.Experimental results in connection with the number of cells of S. cerevisiae growing in closed liquid culture withglucose, and under two di erent oxygen conditions, aerobic and microaerophilic, were jointly analysed with digitalimages of the growing cells. The observed distributions of the morphological parameters (area, perimeter, majordiameter, minor diameter, circularity and elongation) were compared with the growth phases identi ed from the tted model. The use of the Buchanan population growth model and the estimations of the kinetic parameters,along with analysis of digital images of the individual cells, proved to be an interesting approach that helped us tointegrate mathematical and biological concepts and to perform the study at two levels: with populations and withindividual cells.

[ES] Cuando la levadura crece en un medio líquido rico en nutrientes genera una curva de crecimiento que presenta principalmente tres fases: fase de adaptación (o fase lag), fase exponencial (o fase log), y fase estacionaria. El modelo de Buchanan es un modelo lineal a trozos, simple pero suficientemente bueno para obtener estimaciones de los principales parámetros cinéticos de crecimiento microbiano. La morfometría de las levaduras que se reproducen por gemación (con células madre y células hija) informa sobre el estado de las poblaciones y su capacidad productiva. Se han analizado de forma conjunta resultados experimentales en relación al número de células de S. cerevisiae creciendo en un medio de cultivo líquido cerrado con glucosa y con dos concentraciones diferentes de oxígeno (condiciones aerobias y microaerófilas), y un conjunto de imágenes digitales tomadas de estas células creciendo. Las distribuciones de valores obtenidos para los parámetros morfológicos de las células (área, perímetro, diámetro mayor, diámetro menor, circularidad y elongación) se han relacionado con las distintas fases de crecimiento identificadas con el modelo Buchanan ajustado. La utilización de un modelo de crecimiento poblacional y los parámetros cinéticos estimados junto con el análisis de imágenes digitales de células individuales ha generado una aproximación muy atractiva del sistema, permitiendo conjugar conceptos matemáticos y biológicos a la vez que realizar un estudio a dos niveles distintos del sistema, a nivel poblacional y a nivel individual.