CRESCIMENTO MICROBIANO

CRESCIMENTO MICROBIANO

Em microbiologia crescimento geralmente éo aumento do número de células;

Na maioria dos procariotos ocorre a fissão binária: crescimento e divisão.

CRESCIMENTO POPULACIONAL

VARIAÇÃO DO NÚMERO DE CÉLULAS OU DA MASSA CELULAR POR UNIDADE DE TEMPO

Durante o ciclo de divisão celular, todos os componentes estruturais de uma célula são DUPLICADOS.

O intervalo em que uma célula origina duas novas é denominado GERAÇÃO – o tempo necessário para que isso ocorra édenominado TEMPO DE GERAÇÃO.

VARIAM DENTRE OS ORGANISMOS E CONDIÇÕES AMBIENTAIS

CRESCIMENTO EXPONENCIAL

PADRÃO DE AUMENTO

POPULACIONAL

NÚMERO DE CÉLULAS É

DUPLICADO A CADA PERÍODO

CRESCIMENTO EXPONENCIAL

O crescimento exponencial caracteriza-se por apresentar inicialmente uma taxa lenta de aumento no número de células, que

posteriormente é acelerada.

Implicações práticas:

Um produto não estéril como o leite émantido em condições cujo crescimento microbiano é favorecido, o crescimento durante as primeiras horas (estágios iniciais de crescimento exponencial) não traz riscos àsaúde - a manutenção das culturas pelo mesmo período de tempo (estágios finais de crescimento exponencial) pode ser desastrosa.

PARÂMETROS DE CRESCIMENTO

Tratando-se bactérias, algas unicelulares e leveduras que se multiplicam por divisão binária, temos:

21 > 22 > 23> 24

Onde N = n° microrganismos ao fim de n divisõesN0 é o número inicial

O número de gerações será:

A velocidade exponencial de crescimento (R) é expressa pelo número de divisões no tempo:

A recíproca de R é o tempo de geração:

n0N=N .2

0n =3,3(logN- logN )

0

nR =

t - t

01 t - tG = =

R n

PARÂMETROS DE CRESCIMENTO

PARÂMETROS DE CRESCIMENTO

Essas equações não se aplicam a microrganismos

filamentosos,assim, é mais conveniente aplicar-se

uma equação mais geral, onde se considera a variação da massa (X), em

função do tempo como sendo proporcional a concentração de

biomassa presente:

dXX

dt

CICLO DE CRESCIMENTO

A fase exponencial reflete apenas uma parte do ciclo de crescimento de uma população microbiana;

O crescimento de microrganismos em um recipiente fechado (batelada) apresenta um ciclo típico com todas as fases de crescimento.

CICLO DE CRESCIMENTO

Fase Lag

Período de adaptação da cultura

Mudança de meio, preparação do complexo enzimático

Reparação das células com danos.

Fase exponencial

Fase mais saudável das células onde todas estão se dividindo.

A maioria dos microrganismos unicelulares apresentam essa fase, mas as velocidades de crescimento são bastante variáveis:

- Procarióticos – crescem mais rapidamente que os eucarióticos

- Eucarióticos menores crescem mais rapidamente que os maiores

Fase estacionária:

Num sistema fechado (tubo, frasco ou biorreator) o crescimento exponencial não pode ocorrer indefinidamente.

Ocorre a limitação por depleção de nutrientes e acúmulo de metabólitos.

Divisão = morte crescimento líquido nulo

Ainda pode ocorrer: catabolismo e produção de metabólitos secundários

Fase de morte (declínio):

A manutenção de uma cultura no estado estacionário por longo tempo conduz as células ao processo de morte.

- A morte celular é acompanhada da lise celular

CULTIVO CONTÍNUOTécnica muito usada nos processos industriais de obtenção de produtos microbiológicos;

Manutenção das células em fase log ou estacionária;

Utilizam-se fermentadores ou quimiostatos - crescimento em equilíbrio dinâmico;

Controle da densidade populacional e da taxa de crescimento, pela concentração do nutriente limitante (fonte de C ou N) e pela taxa de fluxo(taxa de diluição);

Em baixas concentrações do nutriente limitante, a taxa de crescimento éproporcional à concentração do nutriente (que é virtualmente zero).

CULTIVO CONTÍNUO -QUIMIOSTATO

Entrada de meio fresco

Regulador de fluxo

Espaço não preenchido

Cuba

Cultura

Saída

Efluente

MEDIDAS DE CRESCIMENTO MICROBIANO

Vários métodos podem ser empregados na contagem do número total de células ou na mensuração da massa celular –adaptáveis a diferentes organismos ou situações.

AVALIAÇÃO DIRETA – contagem de células (microscópio) ou viáveis, filtração e técnica do número mais provável.

AVALIAÇÃO INDIRETA – turbidez, atividade metabólica e peso seco.

CONTAGEM DIRETA NO MICROSCÓPIO

Câmara de Petroff-Hausser

Câmara de Neubauer

CONTAGEM DIRETA NO MICROSCÓPIO

Coloração com azul de metileno para evidenciar células viáveis de leveduras

Células azuis estão mortas; células sem coloração são células vivas

QUANTIFICAÇÃO MICORRIZA

CONTAGEM DE VIÁVEIS

DILUIÇÃO DECIMAL PARA PLAQUEAMENTO

CONTAGEM DE VIÁVEIS

ERROS COMUNS

GRANDE ANOMALIA DA CONTAGEM EM PLACA

FILTRAÇÃO

FILTRAÇÃO

MÉTODO DO NÚMERO MAIS PROVÁVEL

QUANTO MAIOR O NÚMERO DE MICRORGANISMOS

EM UMA AMOSTRA MAIOR SERÁ O NÚMERO DE

DILUIÇÕES PARA ELIMINAR TOTALMENTE O

CRESCIMENTO EM TUBOS CONTENDO MEIO DE

CULTURA

CONTAGEM DIRETA ELETRÔNICA

TURBIDEZAs células dispersam a luz e quanto mais células mais

turvo é o meio.

Pode ser medida em um espectrofotômetro ou fotômetro.

CURVA PADRÃO

Para os organismos unicelulares, as unidades fotométricas ou densidades óticas (DO) são proporcionais (dentro de certos limites) ao número de células.

A curva padrão relaciona medidas diretas de número (contagem microscópica ou de viáveis) ou de massa (peso seco) de células, com medidas de turbidez.

ATIVIDADE METABÓLICA

Este método considera que a quantidade de um certo produto metabólico, como ácido ou CO2, pode ser uma relação direta do número de células ou massa seca presente.

PESO SECO

É a melhor forma de se analisar o crescimento de FUNGOS FILAMENTOSOS

O fungo é removido do meio de cultura por filtração, para eliminar outros materiais, seco em dessecador para pesagem.

EFEITOS AMBIENTAIS NO CRESCIMENTO MICROBIANOAs atividades microbianas são intensamente afetadas pelas condições químicas e físicas de seus ambientes;

O entendimento das influências ambientais ajuda a explicar a distribuição dos microrganismos na natureza, tornando possível o desenvolvimento de método para o controle ou otimização das atividades microbianas;

4 fatores principais:

- temperatura- pH- disponibilidade de água- oxigênio

EFEITO DA TEMPERATURA

Temperaturas cardeais dos microrganismos

CLASSES TÉRMICAS DE ORGANISMOS

INFLUÊNCIA DE PH A maioria dos organismos tem uma faixa de pH que

varia de duas a três unidades;

A faixa de pH observada na maioria dos ambientes é de 5 a 9 – os microrganismos mais

comuns são os adaptados a esses valores.

Fungos, de uma maneira geral, são mais tolerantes a

acidez.

PRESSÃO OSMÓTICA

OXIGÊNIO E CRESCIMENTO MICROBIANO

Meio gelatinoso com indicador redox:

- rosa quando oxidado

- incolor quando reduzido

Aeróbio Anaeróbio Facultativo Microaerófilo Anaeróbio aerotolerante

Classes de organismos, em relação à tensão de oxigênio

OXIGÊNIO E CRESCIMENTO MICROBIANO

FONTES NUTRICIONAIS

Macronutrientes:

- Necessários em grande quantidade;

- Tem papel importante na estrutura e metabolismo.

Micronutrientes:

- Necessários em quantidades mínimas;

- Funções enzimáticas e estruturais das biomoléculas.

COMPONENTES CELULARES

Fonte de Carbono:

- Compostos orgânicos (microrganismos heterotróficos):carboidratoslipídeos proteínas

- Dióxido de carbono (microrganismos autotróficos):

É a forma mais oxidada do carbono, assim a fonte de energia deve vir da luz ou compostos inorgânicos.

COMPONENTES CELULARES

Fonte de Nitrogênio:

É elemento necessário em maior quantidade depois do carbono, cerca de 12 %.(constituinte das proteínas, ácidos nucléicos, etc.)

- moléculas orgânicas (aminoácidos, peptídeos)

- moléculas inorgânicas (NH3, NO3-, N2)

A capacidade de algumas bactérias em utilizar o nitrogênio atmosférico (FBN) é de

fundamental importância para a vida de todos os seres.

COMPONENTES CELULARES

Hidrogênio:

- Principal elemento dos compostos orgânicos e de diversos inorgânicos (água, sais e gases)

Funções:- Manutenção do pH- Formação de ligações de H entre moléculas - Fonte de energia nas reações de oxi-redução na respiração

COMPONENTES CELULARES

Outros macronutrientes:P – Síntese de ácidos nucléicos, ATPS – Estabilidade de aminoácidos, componente de vitaminasK – Atividade de enzimasMg – Estabilidade dos ribossomosCa – Estabilidade da parede celular e termoestabilidade de endósporosNa – Requerido em maior quantidade por microrganismos marinhos. Bactérias halofílicas extremas não crescem com menos de 15% de sal.Fe – Papel-chave na respiração, componente dos citocromos e das proteínas envolvidas no transporte de elétrons.

COMPONENTES CELULARES

MICRONUTRIENTES

Quantidades muito pequenas (traços) necessários na composição de um

meio de cultura:

Zn, Cu, Mn, Co, Mo e B

Exercem função estrutural em várias enzimas (ativação)- Nem sempre sua adição é necessária- Meios sintéticos com compostos de alto grau de pureza e água ultra pura podem apresentar deficiências desses elementos.

MEIOS DE CULTURA

Soluções de nutrientes para promover o crescimento de microrganismos;

Não existe um meio de cultura universal;Existem vários tipos de meios para diversas finalidades.

Para obter sucesso no cultivo de microrganismos é necessário o conhecimento de suas exigências nutricionais, para que os nutrientes sejam fornecidos na forma e proporção adequadas.

Quimicamente definidos (sais, compostos orgânicos purificados, água)Complexos (hidrolisados de carne e soja, extratos de levedura, sangue, soro, leite, solo, rúmen bovino)

MEIOS DE CULTURA

Embora não existam meios específicos para todos os microrganismos, existem centenas de formulações para inúmeras finalidades.Alguns são meios gerais: permitem o crescimento de muitas espéciesOutros são meios específicos: servem para identificação de espécies, por ex.

MEIOS ESPECIAISMeios para anaeróbios: adição de agentes redutores (tioglicolato de sódio)

Meios seletivos: favorece o crescimento de um tipo particular ou suprime outros. Ex.

meio ágar verde brilhante.

Meios diferenciais: para diferenciar microrganismos dentro de uma cultura mista. Ex.

meio com sangue para distinguir as hemolíticas.

Meios seletivos/diferenciais: Ex. Meio McConkey que contém sais de bile e

cristal violeta.

Meios de enriquecimento: se objetiva o aumento de uma determinada espécie sem

inibir as demais. Ex. isolar bactérias que oxidam fenol, fornecendo fenol como única

fonte de carbono.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MADIGAN, M.T., MARTINKO, J.M., PARKER, J. Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice Hall, 2004.

PELCZAR, M.J., CHAN, E.C.S., KRIEG, N.R. Microbiologia. São Paulo: Makron Books, 1996. volumes 1 e 2.

TORTORA, G.J., FUNKE, B.R., CASE, C.L. Microbiologia. Porto Alegre: Artmed, 2000.