Aula 4 - nutrição e crescimento bacteriano

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Nutrição e crescimento 
microbiano 
Profa. Dra. Juliana Cogo 
UNICESUMAR - UNIVERSIDADE DE MARINGÁ 
Nutrição microbiana 
De todos os organismos vivos, os microrganismos são os mais versáteis e 
diversificados em suas exigências nutricionais. 
 
Alguns podem crescer com poucas substâncias inorgânicas. 
Alguns são tão exigentes quanto o homem e outros animais. 
 
 Todos os organismos vivos compartilham algumas necessidades nutricionais em comum: 
Carbono 
Nitrogênio 
Água 
Nutrição microbiana - macronutrientes 
Do grego heteros = “outro” e trophos = “alimentador” 
Não são capazes de sintetizar seu próprio alimento 
 
Dependem do consumo de matéria orgânica  
carboidratos, proteínas e lipídeos 
Grego autós = de si mesmo e trophos = alimentador 
São capazes de sintetizar seu próprio alimento, ou seja, são 
capazes de utilizar material inorgânico para sintetizar 
material orgânico. 
Forma-se um ciclo 
Autotrófico 
Heterotrófico 
Cianobactérias 
CONDIÇÕES QUÍMICAS PARA O 
DESENVOLVIMENTO DOS 
MICRORGANISMOS 
Nutrição microbiana 
Cultivo laboratorial (in vitro) 
Utiliza meios de cultura que simulam e até melhoram as condições 
naturais. 
 
Contendo macro e micronutrientes essenciais 
 Uma célula típica 
Matéria seca
Água
C
N
H
P, S, K, Na 
...
50% 
12% 
Nutrição microbiana - Macronutrientes 
MACROnutrientes: - Necessários em grande quantidade. 
 - Tem papel importante na estrutura e metabolismo. 
 C – síntese de moléculas orgânicas (carboidratos, lipídios e proteínas) 
 H – compõe moléculas orgânicas (proteínas, enzimas, ácidos nucléicos) 
 O – aceptor de elétrons na cadeia respiratória 
 N – compõe aminoácidos, nitritos, amônia, nitrogênio atmosférico 
 P – compõe ácidos nucleicos, ATP, ADP 
 S – compõe aminoácidos, pontes dissulfeto 
 Outros: P, S, K, Mg, Ca, Na, Fe 
Nutrição microbiana - Macronutrientes 
 Fontes de carbono 
 Carboidratos – concentração de 1-3% 
 Glicose (usada normal// a 1%), sacarose, lactose 
 Álcoois  Manitol, sorbitol 
 
 Fontes de nitrogênio 
 Peptonas (polipeptídios) 
 Soja, caseína, carne, 
 proteose-peptona, triptona e triptose 
 
 Aminoácidos 
 Nitratos, amônia 
Bactérias 
Fungos 
Nutrição microbiana - micronutrientes 
 Micronutrientes 
 Os MO requerem em quantidades muito pequenas (traços) 
 Exercem função estrutural em várias enzimas 
 Nem sempre sua adição é necessária ao meio de cultura 
 
 
 Zinco, Cobre, Manganês, Cobalto, Molibdênio e Boro 
 
 
 Meios sintéticos com compostos de alto grau de pureza e água ultra pura 
 podem apresentar deficiências desses elementos. 
Nutrição microbiana – Meios de cultura 
Não existe um meio de cultura universal, mas 
Existem vários tipos 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 de forma e proporção adequada. 
Soluções nutrientes para promover o crescimento de 
microrganismos 
Nutrição microbiana – Meios de cultura 
• Sintéticos – composição e quantidade conhecida dos componentes 
 
• Seletivos – Contém inibidores adicionados que tornam inviável o 
crescimento de certos microrganismos, sem inibir o crescimento do 
microrganismo que está sendo pesquisado. 
• Por exemplo, o ágar MacConkey inibe o crescimento de bactérias 
Gram-positivas, selecionando assim, as bactérias Gram-negativas 
Classificação quanto a composição química 
Nutrição microbiana – Meios de cultura 
• Indefinidos - Complexos - Aquele em que a exata constituição não é 
conhecida. 
• Fornecem os nutrientes, as vitaminas e os minerais necessários. 
• Os meios complexos contêm extratos moídos ou digeridos de órgãos 
animais (corações, fígados, cérebros), peixes, leveduras, e vegetais. 
 
Classificação quanto a composição química 
Nutrição microbiana – Meios de cultura 
• Enriquecidos – Contém um grande suprimento de nutrientes que 
promove o crescimento dos microrganismos fastidiosos. 
• É geralmente preparado pela adição de nutrientes extras a um meio 
denominado ágar nutriente. 
 
• Exemplos de meios sólidos enriquecidos utilizados rotineiramente: 
 
• O ágar-sangue (ágar nutriente mais 5% de eritrócitos de carneiro) 
• O ágar-chocolate (ágar nutriente adicionado de hemoglobina em pó) 
Classificação quanto a composição química 
Nutrição microbiana – Meios de cultura 
• Diferenciais – Permite a distinção dos MO que crescem no referido meio. 
• Indicadores de pH, substratos cromogênicos 
• Por ex., o ágar MacConkey é utilizado para diferenciar vários BGN de amostras de 
fezes. 
• O ágar manitol salgado é utilizado para caracterizar o Staphylococcus aureus. Esta 
bactéria cresce, e também converte a cor do meio originalmente rosa em amarelo, 
em razão da sua capacidade de fermentar o manitol. 
• Os vários tipos de meios (enriquecido, seletivo, diferencial) não são mutuamente 
exclusivos. Por exemplo, como acabamos de ver, o ágar MacConkey é tanto 
seletivo como diferencial. 
Classificação quanto a composição química 
Nutrição microbiana – Meios de cultura 
Naturais – Aqueles que não sofrem alteração na sua composição 
 Ex. ágar batata, cenoura, leite, suco de laranja 
 
Artificiais – São preparados pela adição de diversas substâncias 
 Ex. ágar sangue, ágar chocolate, ágar Mueller Hinton 
Soluções nutrientes para promover o crescimento de microrganismos 
Classificação quanto a procedência 
Meios de cultura 
Classificação quanto a consistência 
 MEIO SÓLIDO: 1,5 a 2% de ágar 
 o crescimento de bactérias é visualizado pela formação de 
colônias. 
 
 MEIO SEMI-SÓLIDO: 0,3 a 0,5% de ágar 
 O crescimento de bactérias é visualizado pela turvação. 
 Meio muito utilizado para verificar a motilidade (movimento) 
da bactéria. 
 
 MEIO LÍQUIDO: não usa ágar 
 o crescimento de bactérias é visualizado pela turvação do 
meio. 
CONDIÇÕES FÍSICAS PARA O 
DESENVOLVIMENTO DOS 
MICRORGANISMOS 
Fatores físicos - Temperatura 
 Temperatura 
 Fator mais importante 
 
 Células mamíferas 
 Crescem  37 oC 
 
 microrganismos 
 Crescem em faixas de 
temperatura 
Fatores físicos - Temperatura 
 Psicrófilos 
 Crescem a baixas temperaturas 
 Ideal - 15 a 20ºC ou menos 
 Importância – microbiologia de alimentos 
 
 Mesófilos 
 Crescem em temp. moderadas 
 Ideal: 25 a 40ºC 
 
 Termófilos 
 Crescem em altas temperaturas 
 40 a 85ºC ou mais, principalmente entre 50 e 60°C 
Fatores físicos - Temperatura 
Fatores físicos - pH 
 Maioria das bactérias crescem 
melhor entre pH 4 – 9 
 
 Acidófilos 
 pH - 0 a 5 
 Neutrófilos 
 pH - próximo a 7 (6-8) 
 Alcalifílicos 
 pH - 9 a 14 
 Principais gases  oxigênio e gás carbônico 
 De acordo com a necessidade por oxigênio podem ser 
 
 Aeróbios (estritos ou obrigatórios) 
 Atmosfera padrão - 21% de O2 
 Ex: Pseudomonas spp 
 Aeróbios facultativos 
 Crescem na presença ou ausência de O2 
 Ex: Streptococcus mutans, Lactobacilos, E. coli 
 
 Anaeróbios estritos 
 Morrem ou não crescem na presença de O2 
 Ex: Clostridium botulinum e C. tetani 
 Microaerófilos 
 Necessitam de concentrações inferiores de O2  1 a 15% 
 Ex: Campylobacter jejuni 
Fatores físicos – Atmosfera gasosa 
Enzimas protetoras 
Superóxido dismutase (SOD) 
Peroxidase 
Não produzem 
Fatores físicos – Atmosfera gasosa 
 Do metabolismo bacteriano aeróbio resultam espécies reativas 
de O2, por ex: 
 Peróxido de hidrogênio (H2O2); radicais hidroxila (OH
-); ânions 
superóxido (O2-) 
 
 
 Estas espécies reativas de O2 tornam-se tóxicas, pois: 
 Causam danos ao DNA; destroem componentes lipídicos das 
células; inativam enzimas essenciais para atividades metabólicas 
 
 
 Bactérias que possuem parte ou maioria das enzimas que 
convertem espécies reativas em moléculas não nocivas 
 Aeróbiasestritas e facultativas 
Fatores físicos – Atmosfera gasosa 
Diferenciação microbiana frente a 
presença/ausência de oxigênio 
 Aeróbio Anaeróbio Facultativo Microaerófilo 
 estrito 
Sistema para cultivo 
de anaeróbios 
 O sal provoca estresse na membrana celular do microrganismo, 
provocando um extravazamento dos aminoácidos intracelulares 
 
 Não halófilo (até 0,9% de NaCl) 
 Halotolerante (até 1% de NaCl) 
 Halófilo (2% a 15% de NaCl) 
 Halófilo extremo (até 30% de NaCl) 
 
Fatores físicos – Pressão osmótica 
Morfologia 
 Cocos Gram + 
-Arranjo 
-Estreptococos 
-Temperatura 
-Mesófilos 
-Atmosfera gasosa 
 - Anaeróbio facultativo 
 porém alguns crescem melhor na presença de 5% de CO2 ou em anaerobiose. 
-pH 
-Acidófilo 
-Nutrição 
- Fermenta carboidratos (sacarose), formando ácido lático (acidogênico) 
 
Classificação do Streptococcus mutans 
Morfologia 
 Bacilos Gram + 
-Arranjo 
-Estreptobacilos 
-Temperatura 
-Mesófilos 
-Atmosfera gasosa 
 - Anaeróbio facultativo 
 porém alguns crescem melhor em anaerobiose. 
-pH 
-Acidófilo 
-Nutrição 
-Converte a lactose e outros açúcares em ácido lático (acidogênico) 
Classificação dos Lactobacillus 
CRESCIMENTO MICROBIANO 
Crescimento microbiano 
 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 dias 
Depende muito das condições ambientais 
 
Escherichia coli - 20 minutos 
 
20 gerações  1 milhão de células 
 
Pisolithus microcarpus – 2,5 dias 
 
 
 
Crescimento microbiano 
 
 
1- duplicação dos componentes 
celulares 
2- da célula, membrana se estende 
3- material nuclear se separa 
4- membrana invagina-se para o centro 
5- formação de parede entre as células 
6- separação das células ou 
permanecem juntas 
Crescimento microbiano 
Crescimento é exponencial 
 
Crescimento microbiano 
Representação logarítmica 
 
Ciclo do crescimento em cultura 
 
Síntese de proteínas e outras moléculas 
Ciclo do crescimento em cultura 
 Fase Lag 
Período de adaptação 
 Mudança de meio, preparação do 
complexo enzimático, síntese de 
proteínas, de ATP e outras moléculas. 
 
 Reparação das células com danos. 
 Reparo de danos físicos ou químicos 
 Choque térmico, radiação, etc 
 Produtos tóxicos e meio de cultura 
 fase Lag é determinada pelas características das espécies bacterianas e das condições do meio. Alguns se adaptam 
ao meio em horas, outros em alguns dias 
Ciclo do crescimento em cultura 
Fase exponencial ou Log 
 Fase onde todas as células 
estão se dividindo. 
 
 Intensa atividade metabólica 
 Velocidade de crescimento elevada 
 Consumo elevado de substrato 
 
Procarióticos – crescem mais rapidamente que 
os eucarióticos 
- Eucarióticos menores crescem mais 
rapidamente que os maiores 
Ciclo do crescimento em cultura 
Fase estacionária: 
 Concentração celular constante 
No morte = No de novas células 
 
Em um sistema fechado o crescimento 
exponencial não pode ocorrer 
indefinidamente. 
 
Ocorre a limitação por depleção de 
nutrientes, acúmulo de metabólitos tóxicos 
e alteração do pH. 
Ciclo do crescimento em cultura 
Fase de morte (declínio): 
 
 A manutenção de uma cultura no 
estado estacionário por longo tempo 
conduz as células ao processo de 
morte. 
 
 Redução do crescimento 
 Algumas formam ESPOROS 
 
No morte ↑  ↓No novas células 
 - A morte celular é acompanhada da 
lise celular. 
Morte total ou parcial 
da população 
 
Crescimento de colônias 
 Em meio sólido, a partir de uma célula bacteriana que de divide 
exponencialmente, forma-se uma colônia (todos descendentes de uma 
única célula original) 
 
 UFC  “Unidade Formadora de Colônia” 
 (cada bactéria dará origem a uma colônia), que permite a contagem 
representada por “UFC/mL” 
 
Medidas de crescimento bacteriano 
 O crescimento bacteriano é expresso como o número de organismos 
viáveis por mililitro de cultura. 
 
 Existem vários métodos de medição: 
 Diluição de série e contagem-padrão em placas 
 Contagem microscópica direta (Câmara Petroff) 
 Método no Número Mais Provável (NMP) 
 Filtração 
 Turbidez 
 
Diluição de série e contagem-padrão em 
placas 
 Cada tubo da diluição em série 
será transferido para placas que 
permitirão a contagem do número 
de bactérias: 
 
 Método de espalhamento em 
Placa 
 
 Método de semeadura em 
profundidade - Pour Plate 
 
 O número de colônias 
deve ser contado e 
multiplicado pelo fator 
de diluição 
 
 As colônias devem ser 
contadas em placas cujo 
crescimento estiver entre 
30 e 300 
colônias/placa 
 
Contagem microscópica direta 
 Contagem em câmara de Petroff-Hausser ou em lâmina após coloração 
 O número de bactérias por mL pode ser obtido com precisão razoável 
 Vantagem: rápido e simples 
 Desvantagem: não distingue células vivas das células mortas (só com o uso de 
corantes). Células móveis devem ser mortas ou imobilizadas. 
 
Número mais provável (NMP) 
 Utilizado quando as amostras contêm poucos organismos para 
propiciar a contagem, 
 por exemplo, análise bacteriológica de água/alimentos. 
 
 Utiliza-se uma série de tubos com meio de cultura, cujo NMP será 
baseado em probabilidades estatísticas, que especificam que o 
número de organismos na cultura original possui 95% de chances de 
cair dentro de uma faixa específica 
 
 
 
Filtração 
 Utilizado para amostras com pequenas populações bacterianas 
 Um volume conhecido de água, meio ou ar é passado por um 
filtro/membrana dotado de poros que impedem a passagem das 
bactérias, mas permitem a passagem do líquido 
 Os micro-organismos ficam retidos na membrana e este é depositado 
sobre um meio sólido 
 Obtém-se o número de organismos por litro de água/ar 
Filtração 
 
Turbidez 
 A turbidez em um tubo de cultura indica a presença de organismos, 
cujo crescimento pode ser determinado por métodos colorimétricos 
ou espectrofotométrico 
 
 Útil para monitorar crescimento sem a interrupção da cultura