Crescimento e Nutrição Microbiana

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
CRESCIMENTO E NUTRIÇÃO MICROBIANA
Profa. Dra. Maxelle Martins Teixeira
*
*
CRESCIMENTO MICROBIANO
O que é crescimento bacteriano?
*
*
CRESCIMENTO MICROBIANO
 Na Microbiologia:
Crescimento microbiano se refere ao NÚMERO e não ao tamanho. 
*
*
Divisão binária
Em geral, o tempo de geração é de cerca de 15 a 30 minutos
CRESCIMENTO MICROBIANO
*
*
CRESCIMENTO MICROBIANO
 Crescem em número e se acumula formando colônia de milhares de células. 
*
*
CRESCIMENTO MICROBIANO
 Entendendo as condições necessárias para o crescimento microbiano:
podemos determinar como controlar os microrganismos que causam doença ou deterioração dos alimentos. 
Aprendemos como estimular o crescimento dos microrganismos benéficos e os que queremos estudar.
*
*
Divididos em 2 categorias principais:
FATORES FÍSICOS: temperatura, pH e pressão osmótica.
FATORES QUÍMICOS: fonte de carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo, oxigênio, elementos traços e fatores orgânicos de crescimento. 
FATORES DE CRESCIMENTO
*
*
TEMPERATURA
Maioria dos microrganismos: crescimento nas temperaturas ideais para o organismo humano.
Certas bactérias são capazes de crescer em extremos de temperatura;
Classificação com base na sua faixa preferida de temperatura:
Psicrófilas: baixa temperatura 
Mesófilas : temperaturas moderadas 
Termófilas: Altas temperaturas
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
Cada espécie cresce a uma temperatura mínima, ótima e máxima específica:
Temperatura Mínima: é a menor temperatura que a espécie pode crescer, 
Temperatura ótima: é a temperatura que a espécie cresce melhor; 
Temperatura máxima: é a maior temperatura na qual o crescimento é possível.
Temperatura superior: desnaturação das enzimas celulares;
Temperatura inferior: desaceleração das reações metabólicas.
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
Inicialmente: Psicrófilos capazes de crescer a 0ºC. 
Dois grupos capazes de crescer a 0ºC: 
1. Psicrófilos: pode crescer a 0ºC, temperatura ótima a 4ºC e mínima de -10ºC. 
Muito sensível a temperaturas mais altas: não cresce a 25ºC.
Encontrados nas profundezas dos oceanos ou em regiões polares.
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
Dois grupos capazes de crescer a 0ºC: 
 2. Psicotrófilos: pode crescer a 0ºC, mas tem temperaturas ótimas mais elevadas (20-30ºC). 
Mais comuns que os psicrófilos;
Mais prováveis de ser encontrados na deterioração de alimentos em baixas temperaturas (crescem em temperaturas de refrigeradores). 
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
Refrigeração: método + comum de conservação dos alimentos (↓vel. de reprodução). 
Microrganismos sobrevivem em temp. próximas do congelamento, mas diminuem seu número. 
Psicotróficos crescem pouco em baixas temperaturas: deteriora lentamente os alimentos. 
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
Deterioração: micélio fúngico, limo ou alteração no sabor ou cor do alimento. 
FATORES FÍSICOS
Refrigeração retarda o crescimento dos microrganismos deteriorantes e impede o crescimento da maioria das bactérias patogênicas. 
*
*
TEMPERATURA
MESÓFILOS
Temperatura ótima de crescimento entre 25-40ºC, 
Microrganismos mais comuns;
Temperatura ótima para maioria das bactérias patogênicas ~37ºC (temperatura do hospedeiro). 
Temperatura usadas nas estufas para cultura clínica
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
TERMÓFILOS
Capazes de crescer em temperaturas altas (temp. ótima 50 - 60ºC).
Temperatura do solo exposto ao sol e em águas termais. 
Temperatura mínima abaixo de 45ºC.
Formam endósporos resistentes à temperatura e podem sobreviver ao tratamento térmico aplicados aos alimentos enlatados  deterioração. 
FATORES FÍSICOS
*
*
TEMPERATURA
HIPERTERMÓFILOS
Alguns microrganismos membros das Arquibactérias são chamados de HIPERTERMÓFILOS pois tem temperatura ótima de 70ºC e a maioria vive em fontes de águas quentes associadas à atividade vulcânica. 
FATORES FÍSICOS
*
*
 pH (CONCENTRAÇÃO HIDROGENIÔNICA)
Refere à acidez e alcalinidade de uma solução;
Bactérias neutrófilas (maioria): pH 6,5 a 7,5 (próximo da neutralidade);
 
Melhor absorção de nutrientes;
Fungos e leveduras: pH ótimo menor que o bacteriano, entre pH 5 e 6. 
FATORES FÍSICOS
*
*
 pH
Poucas bactérias crescem em pH < 4. Alimentos (chucrute, picles) são protegidos da deterioração pelos ácidos. 
BACTÉRIAS ACIDÓFILAS: resistentes à acidez (cresce em pH entre 0,1 e 5,4)
- Bactéria encontradas em água de drenagem das minas de carvão e que oxida enxofre para formar ácido sulfúrico (pH 1). 
- Helicobacter pylori sobrevive no estomago (pH ~2)
FATORES FÍSICOS
*
*
 pH 
Alcalinidade também inibe o crescimento microbiano, mas raramente é utilizada para preservar os alimentos.
 BACTÉRIAS ALCALINÓFILAS: pH entre 8,5 e 11,5. 
- Vibrio cholerae: crescimento ótimo em pH 9. 
FATORES FÍSICOS
*
*
FATORES FÍSICOS
*
*
 pH
Bactérias cultivadas no laboratório produzem ácidos que podem interferir com o seu próprio crescimento. 
Para neutralizar os ácidos e manter o pH apropriado: tampões químicos;
Peptonas, sais de potássio e aminoácidos atuam como tampões em alguns meios.
FATORES FÍSICOS
*
*
 PRESSÃO OSMÓTICA
Os microrganismos requerem água para seu crescimento (composição de 80 a 90% de água).
FATORES FÍSICOS
*
*
 PRESSÃO OSMÓTICA
O crescimento da célula é inibido assim que a membrana plasmática se separa da parede celular.
FATORES FÍSICOS
*
*
 PRESSÃO OSMÓTICA
A adição de sais (ou outros solutos) é utilizada para preservar alimentos (Ex. peixe salgado, mel e leite condensado)
Concentrações elevadas de sal ou açúcar removem a água da célula microbiana presente no alimento e, consequentemente, impedem seu crescimento. 
FATORES FÍSICOS
*
*
 PRESSÃO OSMÓTICA
HALÓFILOS: crescem em altas concentrações de sal; 
Facultativos: capazes de crescer em ↑concentrações (até 2%) de sal. 
		 Mais comuns;
Obrigatórios: requer a presença do sal para que ocorra seu crescimento.
- Ex. organismos de águas salinas como o Mar Morto (requer cerca de 30% de sal), 
FATORES FÍSICOS
*
*
 Formação da arquitetura bacteriana: macromoléculas (nutrientes) com predomínio de proteínas e ácidos nucléicos.
 Retirada dos precursores das macromoléculas:
 Meio ambiente; 
 Síntese a partir de compostos mais simples. 
*
*
 Nutrientes: substâncias ou elementos retirados do meio ambiente, necessários para obtenção de energia e ser utilizados na síntese de moléculas necessárias ao crescimento microbiano.
 Divididos em:
 Macronutriente: requeridos em grandes quantidade (carbono, nitrogênio, enxofre e sódio);
 Micronutrientes: apenas traços (minerais).
*
*
MACRONUTRIENTES
ELEMENTOS “TRAÇOS”
FATORES Físicos
METABOLISMO
SÍNTESE DO MATERIAL CELULAR
*
*
CARBONO
Um dos fatores mais importantes para o crescimento (depois da água);
É o esqueleto estrutural da matéria viva, necessário para todos os compostos orgânicos que constitui uma célula viva;
*
*
 Obtenção dos compostos orgânicos para o metabolismo:
Meio de crescimento, 
Sintetizada pela própria bactéria a partir de macronutrientes. 
CARBONO
*
*
CARBONO 
Bactérias Autótroficas: sintetiza componentes orgânicos a partir de carbono inorgânico (CO2).
Bactérias Heterotróficas: utilizam substância orgânica como única fonte de carbono; 
*
*
NITROGÊNIO, ENXOFRE E FÓSFORO
Microrganismos necessitam de outros elementos para síntese do material celular;
Síntese de proteínas: Nitrogênio, enxofre;
Síntese de DNA e RNA: Nitrogênio e Fósforo;
Síntese de ATP: Nitrogênio e Fósforo;
Potássio, Magnésio e Cálcio: usado como cofatores
para reações enzimáticas
*
*
O OXIGÊNIO REALMENTE É IMPORTANTE PARA A VIDA?
*
*
OXIGÊNIO
Aceptor final de hidrogênio na respiração aeróbica;
AERÓBIAS OBRIGATÓRIAS: exigem a presença de oxigênio livre para sobreviver;
*
*
OXIGÊNIO
Algumas bactérias aeróbicas têm desenvolvido a capacidade de continuar a crescer na ausência do oxigênio.
ANAERÓBIAS FACULTATIVAS: utiliza o oxigênio quando presente, mas são capazes de continuar a crescer na ausência de oxigênio.
Ex. é a Escherichia coli, encontrada no trato intestinal humano. Muitas leveduras também são anaeróbicos facultativos.
*
*
OXIGÊNIO
ANAERÓBICOS OBRIGATÓRIOS: incapazes de utilizar o oxigênio molecular para as reações produtoras de energia. 
Oxigênio é prejudicial para muitos deles. 
Ex. gênero Clostridium, que contém espécies que causam o tétano e o botulismo.
*
*
OXIGÊNIO
MICROAERÓFILAS: crescem em concentrações de oxigênio inferiores à do ar. 
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
 Nutriente preparado para o crescimento de microrganismos em laboratório;
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
- Algumas bactérias crescem bem em qualquer meio de cultura; 
- outras requerem meios especiais, 
- outras ainda não podem crescer em meios até agora desenvolvidos. 
Microrganismos que crescem e se multiplicam dentro ou sobre um meio são denominados CULTURA.
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Quais critérios um meio de cultura deve apresentar? 
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Nutrientes adequados para o microrganismo específico que queremos cultivar;
Quantidade de água suficiente,
pH apropriado;
Nível conveniente de oxigênio ou talvez nenhum; 
Deve ser estéril – isto é, deve inicialmente não conter microrganismos vivos;
A cultura em crescimento deve ser incubada em temperatura apropriada.
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Grande variedade de meios disponíveis. 
Componentes pré-misturados: requer adição de água e esterilização.
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
MEIO SÓLIDO: adiciona agente solidificante (ágar)  polissacarídeo derivado de uma alga marinha.
Agar:
Poucos microrganismos podem degradar (permanece sólido).
 
- Se liquefaz a cerca de 100°C (o ponto de ebulição da água) e permanece líquido até a temperatura diminuir a 40°C.
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Meios com ágar: tubos de ensaio ou placas de Petri. 
Tubos inclinados (uma grande área de superfície esteja disponível)
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Um meio deve fornecer: 
uma fonte de energia, 
fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo; 
outros fatores orgânicos que o organismo seja incapaz de sintetizar. 
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Meio quimicamente definido
É aquele cuja composição exata é conhecida. 
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Meio quimicamente definido
Organismos que requerem muitos fatores de crescimento  FASTIDIOSOS. 
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Meio complexo
A composição química exata varia um pouco de acordo com o lote. 
Energia, carbono, nitrogênio e enxofre são fornecidas pelas Peptonas. 
Ácidos ou enzimas reduz a proteína em cadeias de aminoácidos mais curtas chamadas de peptonas (podem ser digeridos pela maioria das bactérias).
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Meio complexo
Vitaminas e outros fatores orgânicos de crescimento são fornecidos pelos extratos de carne e de levedura. 
Esses extratos também fornecem nitrogênio orgânico e compostos de carbono. 
CALDO NUTRIENTE: se meio complexo apresenta forma líquida, 
ÁGAR NUTRIENTE: quando ágar é adicionado. 
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Meio complexo
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
MEIOS E MÉTODOS PARA O CRESCIMENTO ANAERÓBICO
Anaeróbicos  morre pela exposição ao oxigênio;
Meios especiais (meios redutores) devem ser utilizados:
- Tioglicolato de sódio : combinam-se quimicamente com o oxigênio dissolvido e o eliminam no meio de cultura. 
- Armazenados em tubos de ensaio firmemente tampados.
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Cultura em placas de Petri: jarras seladas hermeticamente  o oxigênio é removido quimicamente. 
Composto químico é adicionado antes da jarra ser fechada. 
Composto químico + O2 = H2 + CO2 (removem o oxigênio da jarra).
Indicador de anaerobiose
Meios e métodos para o crescimento anaeróbico
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
E se eu preciso detectar microrganismos específicos associados com uma doença? 
MEIOS SELETIVOS E DIFERENCIAIS
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
MEIOS SELETIVOS: impedir o crescimento de bactérias indesejadas e favorecer o crescimento dos microrganismos de interesse.
 Ex. ágar sulfeto de bismuto seletivo para Salmonella typhi (G-) das fezes. O Inibe as bactérias G+ e a maioria das bactérias intestinais G-. 
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
MEIOS SELETIVOS E DIFERENCIAIS
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
MEIOS DIFERENCIAIS: facilitam a diferenciação das colônias de um microrganismo desejado em relação a outras colônias na mesma placa. 
O ágar sangue é um meio utilizado para identificar espécies bacterianas que destroem hemácias. 
Streptococcus pyogenes, que causa infecção de garganta, mostram um anel claro ao redor de suas colônias (β-hemólise,)
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
MEIOS SELETIVOS E DIFERENCIAIS
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
Agar manitol (manitol, indicador de pH e NaCl)
Staphylococcus aureus é tolerante a altas concentrações de NaCl; 
Também pode fermentar o manitol para formar ácido (indicador de pH)
MEIOS SELETIVO E DIFERENCIAL
*
*
 MEIOS DE CULTURA BACTERIANOS
MEIOS DE ENRIQUECIMENTO
Bactérias em pequeno nº podem ser perdidas
É empregada em amostras de solo ou fezes. 
Meio de enriquecimento geralmente é líquido 
Fornece nutrientes e condições ambientais que favorecem o crescimento de um microrganismo específico e não de outros (também é seletivo). 
Deve-se passar por uma série de transferências
*
*
CRESCIMENTO DE CULTURAS BACTERIANAS
DIVISÃO BACTERIANA
O crescimento bacteriano se refere ao aumento do número de bactérias 
Reprodução por fissão binária.
*
*
CRESCIMENTO DE CULTURAS BACTERIANAS
TEMPO DE GERAÇÃO
O tempo necessário para uma célula se dividir (população duplicar);
Varia com as condições ambientais (temperatura, nutrientes...). 
Fissão binária não controlada: grande quantidade de células produzida. 
*
*
CRESCIMENTO DE CULTURAS BACTERIANAS
TEMPO DE GERAÇÃO
Se a divisão ocorrer a cada 20 minutos (E. coli): 
- Após 20 gerações (7h), uma célula  um milhão de células. 
- Após 30 gerações (10 h)  um bilhão de células, 
- Após 24 h  terá atingindo um número com 21 zeros.
Difícil de representar populações tão grandes com nº aritméticos. 
Escalas logarítmicas são utilizadas para representar graficamente o crescimento bacteriano. 
*
*
CRESCIMENTO DE CULTURAS BACTERIANAS
TEMPO DE GERAÇÃO. 
*
*
CRESCIMENTO DE CULTURAS BACTERIANAS
TEMPO DE GERAÇÃO. 
*
*
CRESCIMENTO DE CULTURAS BACTERIANAS
FASES DO CRESCIMENTO
Representação gráfica da curva de crescimento bacteriano quando inoculadas em um meio líquido e a população é contada em intervalos regulares,
Há 4 fases básicas de crescimento: 
1. a fase lag, 
2. a fase log, 
3. a fase estacionária
4. a fase de morte celular.
*
*
Curva de crescimento bacteriano
Fase lag
As bactérias não se reproduzem imediatamente em um novo meio. 
Período de pouca ou nenhuma divisão; 
Pode durar de 1h a vários dias. 
Período de intensa atividade metabólica: síntese de enzimas e várias moléculas (preparação para divisão)
*
*
Curva de crescimento bacteriano
Fase log (ou expenencial)
Divisão celular aumento logarítmico ou crescimento exponencial (nº de célula dobra
a cada geração);
O tempo entre as gerações é constante: representação logarítmica do crescimento gera uma linha reta. 
Fase de maior atividade metabólica: preferido para fins industriais, pois o produto precisa ser produzido de maneira eficiente.
*
*
CRESCIMENTO DE CULTURAS BACTERIANAS
TEMPO DE GERAÇÃO. 
*
*
Curva de crescimento bacteriano
Fase estacionária
Redução na velocidade de reprodução, 
O número de mortes = número de células novas, 
A população se estabiliza e a curva atinge um platô. 
Interrupção do crescimento exponencial: esgotamento dos nutrientes, o acúmulo de resíduos e mudanças no pH.
*
*
Curva de crescimento bacteriano
Fase de declínio (morte celular)
O número de mortes > número de células novas formadas,
Declínio logarítmico. 
Reduz a uma pequena fração ou morre totalmente. 
*
*
Curva de crescimento bacteriano
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*