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NUTRIÇÃO E

CRESCIMENTO MICROBIANO

CURSO DE ODONTOLOGIA Disciplina de Microbiologia

Profa. Dra. Vanessa R. Santos

CRESCIMENTO MICROBIANO:

Em microbiologia, o termo crescimento refere-se a um aumento do número de células e não ao aumento das dimensões celulares.

Crescimento Microbiano = associado ao crescimento de uma população de células (uma célula dará origem a duas ao fim de um certo tempo, tempo de geração ou de duplicação.)

Crescimento Microbiano

1. Fatores necessários para o crescimento   Fatores Químicos (Nutrientes)   Fatores Físicos

2. Meio de Cultura   Meio Complexo   Meio Definido

FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO

- FATORES QUÍMICOS: água fontes de carbono e nitrogênio minerais oxigênio fatores orgânicos

- FATORES FÍSICOS: temperatura pH pressão osmótica (concentração de sal)

Ambiente com < concentração de água: desenvolvem mecanismos para obter água através do aumento da concentração de solutos internos seja pelo bombeamento de íons para o interior celular ou pela síntese de solutos orgânicos (açúcares, álcoois ou aminoácidos).

FATORES QUÍMICOS

- Essencial para os microrganismos

-  Disponibilidade variável no ambiente

1. ÁGUA: a) CARBONO:

- essencial para a síntese de todos os compostos orgânicos

necessários para a viabilidade celular (elemento estrutural básico

para os seres vivos)

- organismos quimio-heterotróficos: obtém C a partir de materiais orgânicos como proteínas, carboidratos e lipídeos.

- organismos foto-autotróficos: obtém C a partir de CO2 e íons de

bicarbonato, pelos quais conseguem todos os elementos orgânicos

necessários para sua nutrição.

FATORES QUÍMICOS

2. FONTES DE CARBONO, NITROGÊNIO, ENXOFRE E FÓSFORO:

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b) NITROGÊNIO, ENXOFRE E FÓSFORO:

- N, S: síntese de proteínas - N, P: síntese de DNA e RNA, ATP

Peso seco de uma célula bacteriana: 14 % N, 4 % S, P

NITROGÊNIO

- utilizado para sintetizar os grupos aminos presentes nos aminoácidos.

Obtenção de N: - Decomposição de materiais orgânicos (proteínas, aminoácidos) -  Amônia (NH4

+) -  Nitrato (NO3

-)

FATORES QUÍMICOS

2. FONTES DE CARBONO, NITROGÊNIO, ENXOFRE E FÓSFORO:

b) NITROGÊNIO, ENXOFRE E FÓSFORO:

ENXOFRE - utilizado na síntese de aminoácidos contendo S e de vitaminas (tiamina e biotina).

FÓSFORO - essencial para a síntese dos ácidos nucléicos e para os fosfolipídeos componentes da membrana celular.

Fontes naturais de S:

íon sulfato (SO4-2), sulfito de hidrogênio, aminoácidos

Fontes naturais de P:

íon fosfato (PO4-3), DNA, RNA, ATP

FATORES QUÍMICOS

2. FONTES DE CARBONO, NITROGÊNIO, ENXOFRE E FÓSFORO:

c) POTÁSSIO, MAGNÉSIO E CÁLCIO:

- também são elementos essenciais para os microrganismos

- frequentemente encontrados como co-fatores para as reações enzimáticas.

d) ELEMENTOS TRAÇOS:

- FERRO, COBRE, MOLIBDÊNIO, ZINCO

- utilizados como co-fatores essenciais para atividade de algumas enzimas

utilizar água destilada para meio de cultura – contém todos os elementos traços

FATORES QUÍMICOS

2. FONTES DE CARBONO, NITROGÊNIO, ENXOFRE E FÓSFORO:

Figura 1

1. AERÓBIOS - Estritos (obrigados): necessitam de O2 - Facultativos: não necessitam de O2 mas crescem melhor com O2 - Microaerófilo: necessitam de O2 mas em níveis menores

2. ANAERÓBIOS - Aerotolerantes: não necessitam de O2 mas crescem melhor sem O2 - Estritos (obrigados): não toleram O2 (letal)

- extremamente importante no desenvolvimento microbiano

- organismos classificados em:

FATORES QUÍMICOS

3. OXIGÊNIO

AERÓBIO ESTRITOS

alta [O2] catalase

SOD

ANAERÓBIO ESTRITO

sem O2 ausência: catalase

SOD

MICRO AERÓFILO

baixa [O2]

AERÓBIO FACULTATIVO

alta e baixa [O2]

catalase SOD

alta e baixa [O2] SOD

ANAERÓBIO AEROTOLERANTES

Figura 1. Efeito do oxigênio sobre o crescimento de vários tipos de bactérias.

Catalase e a superóxido dismutase reduzem para H2O os compostos tóxicos.

FATORES FÍSICOS

1. TEMPERATURA:

A maioria dos microrganismos cresce bem nas temperaturas ideais para os seres humanos.

- Temperatura de crescimento mínima: < temperatura onde a espécie é capaz de crescer

- Temperatura de crescimento ótima: onde a espécie apresenta melhor crescimento

- Temperatura de crescimento máxima: > temperatura, onde ainda é possível o crescimento

Figura 2

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Figura 2. Taxa de crescimento vs. temperatura

FATORES FÍSICOS

1. TEMPERATURA:

Microrganismos são classificados em 3 grupos:

- Psicrófilos: crescem em baixas temperaturas (-10 a 15 °C)

- Mesófilos: crescem em temperaturas moderadas (10 a 50 °C)

- Termófilos: crescem em altas temperaturas (40 a 70 °C) Termófilos extremos (68 a 110 °C)

Figura 3

Figura 3. Curva de crescimento característica de diferentes microrganimos

Termófilos extremos FATORES FÍSICOS

2. pH:

- refere-se a acidez ou a alcalinidade de uma solução;

- maioria dos microrganismos cresce melhor perto da neutralidade (pH 6,5 – 7,5);

- poucas bactérias são capazes de crescer em pH ácido (como pH 4,0)

Exceções: - Bactérias acidófilas: alto grau de tolerância à acidez(Thiobacillus de 0,5 a 6,0 com ótimo entre 2 e 3,5) - Bactérias alcalifílicas: (Bacillus e Archaea) (pH 10 – 11).

Figura 4

Figura 4. Distribuição de alguns microrganismos de acordo com o pH (Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)

- Os microrganismos retiram da água a maioria dos nutrientes solúveis (conteúdo celular 80 – 90 % de água)

- Pressão osmótica: retira a H2O dentro da célula

- Reação Hipertônica: perda de H2O do meio intracelular para o extracelular, através da membrana plasmática (meio com concentração de sais).

- Plasmólise: diminuição da membrana plasmática da célula devido a perda de H2O por osmose.

Figura 5

FATORES FÍSICOS

3. PRESSÃO OSMÓTICA:

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Figura 5. Taxa de crescimento de alguns microrganimos vs. a concentração de sal.

Não Halófilos: não necessitam de sal e não toleram a presença no meio.

Halotolerantes: não necessitam de sal mas toleram a presença no meio.

Halófilos: necessitam de sal em uma concentração moderada

Halófilos extremos: necessitam de sal em altas concentrações.

MEIO DE CULTURA

- material nutriente preparado em laboratório para o crescimento de microrganismos, cuja composição deve atender aos princípios

expostos anteriormente;

- meio adequado para um determinado microrganismo; necessário conhecer a fisiologia das bactérias em estudo; o meio ideal para uma

bactéria pode ser ruim para outra;

CULTURA

microrganismos que crescem e se multiplicam em um meio

MEIO DEFINIDO

Exemplo: cultivar uma bactéria como a Escherichia coli, habitante normal do intestino dos mamíferos. A partir da glicose e de sais minerais e outras

substâncias do meio consegue fabricar todos os componentes necessários para sua nutrição.

TENHO CONHECIMENTO DA COMPOSIÇÃO DO MEIO = DEFINIDO ADICIONO EXTRATO DE CARNE

(RICO EM VITAMINAS E AMINOÁCIDOS) =

MEIO COMPLEXO

NÃO TENHO CONHECIMENTO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA EXATA DO EXTRATO DE CARNE

MEIO DE CULTURA

  Estado físico –  Sólido: placas de petri ou tubos –  Semi sólido –  Líquido

MEIO DE CULTURA

ESTADO FÍSICO: –  Líquido: Geralmente as bactérias tem maior facilidade em começar o seu desenvolvimento neste tipo de estado, principalmente se seu número é, de início, pequeno;

–  Sólido: Quando há mais de um tipo de bactérias no material semeado, o crescimento final será constituído de uma mistura de bactérias. Para se estudar individualmente cada bactéria, precisa haver uma “cultura pura”. Para separá-las de uma cultura líquida é preciso semeá-las em um meio sólido. (Adiciona-se agentes solidificantes ex.: ágar)

–  Semi sólido: quando a quantidade de ágar ou gelatina é menor dando uma consistência intermediária (avaliar moo. móveis; tensões variadas de O2).

MEIO DE CULTURA MEIO DE CULTURA

FUNÇÃO: - Seletivo: impede o crescimento das espécies indesejáveis Ex.: corantes básicos inibem o crescimento de bactérias Gram-positivas, enquanto outros componentes inibem as Gram-negativas.

- Diferencial: conferem características especiais às colônias Ex.: bactérias fermentadoras de lactose, semeadas em meio contendo lactose e um indicador, dão colônias de cor diferente das não-fermentadoras, pois, crescendo, fermentam a lactose, originando o ácido lático, que faz “mudar” o indicador.

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MEIO DE ENRIQUECIMENTO:

favorece o desenvolvimento de uma população bacteriana que esta em desvantagem entre outras populações.

MEIOS REDUTORES:

meios com reagentes, como o tioglicolato de sódio, que é capaz de se combinar com o oxigênio dissolvido eliminando este elemento do meio de cultura (específico para microrganismos anaeróbios).

MEIO DE CULTURA

- DIVISÃO BACTERIANA:

- FISSÃO BINÁRIA - BROTAMENTO

- FASES DE CRESCIMENTO:

- FASE lag - FASE log - FASE ESTACIONÁRIA - FASE DE MORTE CELULAR

CRESCIMENTO DAS CULTURAS BACTERIANAS

DIVISÃO BACTERIANA: é considerado o aumento do número de indivíduos e não do tamanho celular.

1. BROTAMENTO: < nº de bactérias (forma um broto que quando atinge o tamanho da célula parental se separa)

2. FISSÃO BINÁRIA:

- alongamento da célula e a replicação do DNA cromossomal; - início da invaginação da parede celular e da membrana plasmática; - em um determinado momento, as duas seções da parede celular de encontram; - produção de duas células-filhas individuais idênticas à célula mãe.

Figura 6

CRESCIMENTO DAS CULTURAS BACTERIANAS

Fissão Binária

(Adaptado de Tortora, G.J., et al., Microbiology,2003)

Figura 6. Fissão binária bacteriana.

TEMPO DE GERAÇÃO: é o tempo necessário para uma célula se dividir (e sua população dobrar de tamanho).

- tempo varia de acordo com o organismo; - depende das condições ambientais (nutricionais, temperatura, etc...)

maioria das bactérias: 1 – 3 h

CRESCIMENTO DAS CULTURAS BACTERIANAS

CURVA DE CRESCIMENTO: demonstra o crescimento das células durante um período de tempo. É obtida pela contagem da população em intervalos de tempo após um inóculo de um número pequeno de bactérias em meio de cultura.

FASE lag: pouca ou ausência de divisão celular (fase de adaptação) - ≥ 1 hora (estado de latência, com intensa atividade metabólica)

FASE log: início do processo de divisão (período de crescimento ou aumento logarítmo)

(reprodução celular extremamente ativa, sensíveis as mudanças ambientais - * EFEITO DE ANTIBIÓTICOS) FASE ESTACIONÁRIA: velocidade de crescimento diminui

nº de células vivas = nº de células mortas FASE DE MORTE CELULAR: nº de células mortas excede o de células novas.

Figura 7

FASES DE CRESCIMENTO

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FASE Lag

  Fase de adaptação ao novo meio   Intensa atividade metabólica   Síntese das enzimas de indução   Taxa de multiplicação é baixa

FASE EXPONENCIAL ou Log

  Multiplicação é máxima e constante   Taxa de multiplicação supera a taxa de morte

celular

FASE ESTACIONÁRIA

  Acúmulo de metabólitos tóxicos   Falta de nutrientes   taxa de morte celular igual a taxa de

multiplicação

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FASE DE DECLÍNIO

  Decréscimo na população –  Metabólitos tóxicos –  Falta de nutrientes –  taxa de morte celular supera a taxa de

multiplicação

Figura 7. Curva de crescimento bacteriano mostrando as 4 fases típicas.