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
NUTRIÇÃO MICROBIANA
MACROnutrientes: - Necessários em grande quantidade.
- Tem papel importante na estrutura e metabolismo.
MICROnutrientes: - Necessários em quantidades mínimas.
- Funções enzimáticas e estruturais das biomoléculasUma célula típica
Matéria seca
Água
C
N
H
P, S, K, Na ...
Para o cultivo laboratorial (in vitro) são utilizados meios de cultura que simulam e até melhoram as condições naturais.
São necessarios:
Componentes necessários às células - Macronutrientes
• 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
► 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 ... )
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)
Microbiologia Clínica – Meios de cultura
Sintéticos (sais, compostos orgânicos purificados, água)
Complexos (utilizam hidrolisados – caseína, carne, soja, levedura)
BHI (Brain Heart Infusion)
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
EMB McConkey
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;
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
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
0 50 100 150 200 250 300
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