nutrição e crescimento

• Nutrição microbiana– Componentes necessários às células– Meios de cultura– Condições ambientais

• Crescimento populacional– Velocidade de crescimento– Tempo de geração– Controle do crescimento

Para o cultivo laboratorial (in vitro) são utilizados meios de cultura que simulam e

até melhoram as condições naturais.

Os elementos químicos principais para o crescimento das células incluem C, N, H,

O, S e P e são denominados de macronutrientes.

• O carbono é um dos elementos mais importantes para o crescimento microbiano

(todos requerem carbono)

• Os compostos orgânicos são os que contém carbono (Exceção para CO2)

Nutrição - Características Básicas dos Meios de Cultura

NUTRIÇÃO MICROBIANA

MACROnutrientes: - Necessários em grande quantidade.

- Tem papel importante na estrutura e metabolismo.

MICROnutrientes: - Necessários em quantidades mínimas.

- Funções enzimáticas e estruturais das biomoléculas

Uma célula típica

Matéria seca

Água

C

N

H

P, S, K, Na ...

Componentes necessários às células

• Fonte de Carbono

Compostos orgânicos (microrganismos heterotróficos):- Carboidratos

- Lipídeos - Proteínas

Deles se obtém energia e unidades básicas para o crescimento celular.

Utilização de CO2 (microrganismos autotróficos)

É a forma mais oxidada do carbono, assim a fonte de energia provém da luz.

• Fonte de Nitrogênio

- É elemento mais abundante depois do C, cerca de 12%

(constituinte das proteínas, ácidos nucléicos, etc.)

► Moléculas orgânicas (aminoácidos, proteínas, etc.)

► Moléculas inorgânicas (NH3, NO3-, N2)

Componentes necessários às células

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

• Função do H:

– Manutenção do pH– Formação de ligações de H entre moléculas – Serve como uma fonte de energia nas reações de oxi-redução da respiração

Componentes necessários às células

• Oxigênio

- Elemento comum encontrado nas moléculas biológicas (aminoácidos, nucleotídeos, glicerídeos ...)

- É obtido a partir das proteínas e gorduras.

► Na forma de oxigênio molecular (O2), é requerido por muitos para os processos de geração

de energia.

• P – Sínese de ácidos nucléicos, ATP;

• S – Estabilidade de aminoácidos, componente de vitaminas;

• K – Atividade de enzimas;

• Mg – Estabilidade dos ribossomos;

• Ca – Estabilidade da parede celular

• Na – Requerido em maior quantidade por microrganismos marinhos;

• Fe – Papel-chave na respiração, componente dos citocromos e das

proteínas envolvidas no transporte de elétrons.

Componentes necessários às células

Outros macronutrientes:

• Metais são em quantidades muito pequenas (traço) necessários na composição

de um meio de cultura:

Zn, Cu, Mn, Co, Mo e B

► Exercem função estrutural em várias enzimas

- Nem sempre sua adição é necessária

- Meios sintéticos com compostos de alto grau de pureza e água ultra

pura podem apresentar deficiências desses elementos.

Requisitos nutricionais - Micronutrientes

• Água

- Componente absolutamente indispensável

(com exceção dos protozoários que englobam partículas sólidas)

► Laboratório: destilada, filtrada, deionizada

• Outros aditivos Funções: evitar precipitação de íons, controlar a espuma, provocar inibição,

estabilizar o pH.

►Quelantes: na autoclavagem ocorre a precipitação dos fosfatos metálicosEx.: EDTA, ácido cítrico, polifosfatos

Água e outros aditivos

► Tampões

- Carbonato de cálcio- Fosfatos- Proteínas (peptona)

►Inibidores

Ex: produção de ácido cítrico por Aspergillus nigerUtiliza-se Fosfato e pH < 2 para reprimir o ácido oxálico

Outros aditivos

►Indutores

- A maioria das enzimas de interesse comercial precisa de indutores.

Ex: celulose induz a celulase pectina induz a pectinase amido induz a amilase

►Antiespumantes

- Cultivos com aeração ocorre a produção de espuma

• Remoção de células, perda do produto, contaminação;• Redução do volume do meio

• Um antiespumante reduz a tensão superficial das bolhas

(álcoois, ácidos graxos, silicones, poliglicóis, ... )

Outros aditivos

Meios de Cultura

Conjunto de substâncias, formuladas de maneira adequada, capazes de promover o cresc. bacteriano, em condições de laboratório.

- A maioria das bact. pode ser cultivada em laboratório, utilizando-se meios nutrientes;

- Diferentes espécies de bactérias, variam extensivamente quanto as exigências mínimas de substâncias nutrientes;

Microbiologia Clínica

Introdução

Classificação dos Meios de Cultura:De acordo com seu conteúdo químico, os meios de cultura podem ser sintéticos ou complexos.

1. Meio de Enriquecimento:

Geralmente líquido, de composição química rica em nutrientes, com a

finalidade de permitir que as bactérias contidas em uma amostra clínica

aumentem em número.

Ex.: Caldo Brain Heart Infusion (BHI) e Caldo Tetrationato.

Microbiologia Clínica – Meios de cultura

Sintéticos (sais, compostos orgânicos purificados, água)

Complexos (utilizam hidrolisados – caseína, carne, soja, levedura)

Introdução

2. Meio de Transporte:

Consiste em um meio isento de nutrientes, contendo um agente redutor

(Tioglicolato ou cisteína). Geralmente mantém o pH favorável, previne a

desidratação de secreções durante o transp. e evita a oxidação e auto-destruição

enzimática dos patógenos presentes.

Ex.: Meio de Stuart, Meio de Cary-Blair e Caldo Tioglicolato.

Microbiologia Clínica

Introdução

3. Meio Seletivo

A finalidade deste tipo de meio é selecionar as espécies que se deseja isolar e

impedir o desenvolvimento de outros germes (adição de corantes, antibióticos e

outras substâncias com capacidade inibitória para alguns germes. Ex.: Agar

Manitol Salgado e Agar SS

Microbiologia Clínica

Introdução

4. Meio Diferencial

Possibilita a distinção entre vários gêneros e espécies de microrganismos, por

possuir substâncias que permitem uma diferenciação presuntiva, evidenciada na

mudança de coloração ou na morfologia das colônias.

Ex.: Agar Eosin Methilene Blue (EMB), Agar McConkey e Agar Hektoen.

Microbiologia Clínica – Meios de cultura

Introdução

5. Meio Indicador

É utilizado no estudo das propriedades bioquímicas das bactérias, auxiliando,

assim, sua identificação. O mais simples é aquele usado no estudo das reações de

fermentação.

Ex.: Agar Triple Sugar Iron (TSI) e Agar Citrato de Simmons

Microbiologia Clínica – Meios de cultura

Introdução

Seleção dos Meios de Cultura:

A escolha dos meios de cultura, para o processamento inicial das amostras é muito

importante e está condicionada à flora patogênica desse local;

Em geral é usado mais de um tipo de meio, no sentido de fornecer condições de

crescimento a todos os patógenos possíveis de estarem presentes

Para cada caso em particular, existem os meios utilizados rotineiramente na

semeadura primária;

Atualmente, o procedimento mais utilizado é a aquisição de meios pré-fabricados e

fornecidos de forma desidratada, onde é necessário apenas a pesagem criteriosa da

quantidade necessária ao volume desejado, seguido de dissolução e esterilização.

Microbiologia Clínica

Introdução

Líquidos ou caldos: crescimento indiscriminado com turvação do meio

Sólidos: crescimento de colônias isoladas, muito utilizado para culturas puras

Semi-sólido: adição de menor quantidade de ágar, mobilidade bacteriana

Microbiologia Clínica Classificação quanto ao estado físico

Temperatura, oxigênio, pH e Pressão osmótica__________________________________________________

Condições ambientais relacionadas ao crescimento bacteriano

Efeito da temperatura no crescimento microbiano

Psicrófilos: Temperatura ótima: 15°C;Encontrados em oceanos e regiões da Ártica;

Psicrotróficos:Temperatura ótima: 20 a 30°C;crescem em temperatura de refrigeradores (4°C);

Mesófilos: Temperatura ótima: 25 a 40°C (mais encontrados); Corpo de animais (temperatura da pele);Bactérias patogênicas: temp. ótima 37°C;Degradam alimentos e são patogênicos;

Termófilos: Temperatura ótima: 50 a 60 °CAmbiente de águas termais (não crescem em temp.<45°C) Material estocado (altas temp.)=

compostagem.

Efeito da temperatura no crescimento microbiano

Aeróbio Anaeróbio Facultativo Microaerófilo Anaeróbio aerotolerante

Efeito do oxigênio no crescimento microbiano

Microrganismos aeróbios 21% de oxigênio fungos filamentosos e bactérias do gênero Mycobacterium e Legionella;

Jarra microaerófila: para microrganismos que apresentam necessidade de CO2.

Microrganismos facultativos presença do ar ou anaerobiose Enterobacteriaceae e leveduras.

Microrganismos anaeróbios podem ser mortos pelo oxigênio, não crescem em presença do ar e não utilizam oxigênio para reações de produção de energia;

Câmara de anaerobiose ou jarra de anaerobiose.

Microrganismos microaerófilos não resistem a níveis normais de oxigênio (1 a 15%).

Efeito do oxigênio no crescimento microbiano

Acidez ou Alcalinidade (pH):

Diferentes gêneros de microrganismos têm tolerâncias diferentes de pH:

- Bactérias: 4 a 9;

- Bolores e leveduras: ótimo de 5 a 6;

- Protozoários: 6,7 a 7,7;

- Algas: 4 a 8,5.

Pressão Osmótica

[A] Células em meio isotônico. [B] Células em meio hipertônico.

[C] Células em meio hipotônico.

• Em microbiologia crescimento geralmente é o aumento do número de células • Na maioria dos procariotos ocorre a fissão binária: crescimento e divisão

Varia de minutos até diasDepende muito das condições ambientais

Escherichia Coli - 20 minutosPisolithus microcarpus – 2,5 dias

CRESCIMENTO MICROBIANO

O padrão de crescimento é o exponencial

0

1000

2000

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4000

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6000

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minutos

célu

las

O 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.

1) Fase Lag

Período de adaptação da cultura

• Mudança de meio, preparação do complexo enzimático

• Reparação das células com danos.

2) 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

3) Fase estacionária:

Num sistema fechado (tubo) o crescimento exponencial não pode ocorrer indefinidamente.

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

Divisão = morte → crescimento líquido nulo

4) 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