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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA MICROBIOLOGIA GERAL PROF. DRA. VÂNIA MARIA MACIEL MELO CAROLINY SOARES SILVA GABRIELA ALVES VALENTIM LAÍS BELMINO RÉGIS NATANAEL COSTA REBOUÇAS TÉCNICA DE CONTAGEM DE CÉLULAS VIÁVEIS ATRAVÉS DE PLAQUEAMENTO POR SPREAD PLATE Fortaleza 2016 INTRODUÇÃO Um fator fundamental para compreender um microrganismo, é o crescimento. O crescimento é medido através da análise de variações no número de células, ou seja, com base na alteração da população de uma espécie e não em relação a um indivíduo isolado. O crescimento pode ser analisado de diversas formas, como, por exemplo, por contagem de células totais, contagem de células viáveis, turbidimetria, determinação da massa celular ou por determinação do peso seco. A contagem de células totais é um método que visa a contagem de células vivas e mortas por área em uma câmara de contagem com auxílio de um microscópio de luz. O método da contagem de células viáveis trata da contagem de colônias em uma placa de Petri com o auxílio de uma lupa. A turbidimetria é uma técnica que permite a medição da turbidez da massa total de células com o auxílio de um espectrofotômetro. A determinação da massa celular é uma técnica de avaliação do conteúdo de nitrogênio presente na célula. Por fim, a determinação do peso seco é uma técnica de determinação do peso seco de células após desidratação por liofilização. A técnica de contagem de células viáveis em placa pode ser executada por meio de diferentes métodos de plaqueamento, um dos métodos mais utilizados é o spread plate, também conhecido como método de semeadura por espalhamento, que consiste no espalhamento de forma homogênea de uma amostra líquida na superfície de uma placa de meio sólido com o auxílio de um instrumento conhecido como alça de Drigalski. Após a incubação é possível visualizar o crescimento de colônias na superfície do meio. Esse método é recomendado para o cultivo de microrganismos aeróbios restritos ou anaeróbios facultativos, já que a amostra permanece exposta ao ar na superfície do meio (MADINGAN et al., 2010). Outro método comumente utilizado é o pour plate, também conhecido como método de semeadura em profundidade. Diferente do spread plate, no pour plate a amostra é depositada em uma placa estéril antes do meio de cultura ser adicionado e somente após a inoculação da amostra que o meio estéril e com temperatura próxima de 50°C é vertido e misturado ao inóculo. A mistura da amostra no meio de cultura é realizada a partir de movimentos circulares da placa sobre a bancada. Após a solidificação e a incubação é possível visualizar o crescimento de colônias em diferentes profundidades, informação que pode auxiliar a classificar os micro- organismos de acordo com a presença de oxigênio. Contudo, o método é inadequado à microrganismos sensíveis ao calor, devido o contato do meio estéril ainda quente com o inóculo (MADINGAN et al., 2010). Nos métodos de contagem de células viáveis em placa é importante que o número de colônias desenvolvidas na placa não seja muito elevado, nem muito baixo. O intervalo comumente recomendado é o de 30 a 300 colônias por placa. Essa recomendação deve-se ao fato de que os métodos de contagem não expressam número exatos. A contagem é, na realidade, uma mensuração e para que essa estimativa seja válida, o valor numérico necessita está dentro de um intervalo padrão para que tenha significância estatística (MADINGAN et al., 2016; TORO, 2005). Para obter o número apropriado de colônias, a amostra a ser analisada deve, quase sempre, ser diluída. Considerando que dificilmente é possível prever o número aproximado de células viáveis, normalmente é necessário realizar mais de uma diluição, sendo empregadas frequentemente várias diluições decimais da amostra, como, por exemplo, as diluições 10−1 ,10−2 ,10−3 ,10−4 ,10−5 e 10−6 (MADINGAN et al., 2010). Levando em consideração que todos os métodos de contagem são valores estimados, para aumentar a significância estatística é vantajoso o uso da metodologia científica das replicatas, pois duplicando ou triplicando o espaço amostral, é possível fazer uma média dos valores obtidos e assim garantir que o valor estimado está próximo ao valor real. Outro motivo relevante para utilizar a metodologia de replicatas é o fato de que apesar das vantagens, a técnica de contagem de células viáveis é suscetível ao erro, colônias sobrepostas podem ser contabilizadas como uma única colônia, um espalhamento ou uma pipetagem que contenham erros em sua realização podem comprometer a homogeneidade da colônia e outras fontes de erros, que fazem necessário o uso de réplicas para validar estatisticamente a contagem (MADINGAN et al., 2010). A técnica de contagem de células viáveis em placa é considerada de alta sensibilidade, pois diferente da contagem de células totais, apenas as células que possuem metabolismo ativo serão contabilizadas. Essa técnica se baseia na premissa de que uma célula isolada, quando em condições favoráveis, se replica e dá origem a uma colônia macroscópica, sendo a contagem expressa em unidades formadoras de colônias (UFC), inferindo que cada colônia foi formada por uma célula bacteriana (SOARES et al., 1987). Contudo, as contagens em placa podem ser pouco confiáveis quando utilizadas na avaliação do número total de células em amostras naturais, como solo ou água, devido ao fato de que diferentes organismos podem necessitar de diferentes recursos e condições de crescimento em culturas laboratoriais. Por exemplo, se as populações microbianas existentes em uma mesma amostra necessitarem de tempos diferentes de incubação, mas o tempo de incubação em que a amostra foi exposta só for satisfatório para uma parcela dessas populações, o valor estimado de células da amostra não será fiel ao valor em condições naturais (MADINGAN et al., 2010). Um meio muito utilizado para a técnica de contagem de células viáveis em placa quando o objetivo é detectar a presença de coliformes em água, lácticos e alimentos é o Lauryl Tryptose Broth, também conhecido como Caldo Lauril Triptose que é um meio seletivo que funciona de acordo com os padrões da Associação Americana de Saúde Pública (APHA). Esse meio de cultura fornece lactose como fonte de carbono (SPLABOR, 2011). O Caldo Lauril Triptose é usado principalmente para detecção e cultivo de coliformes (NEOGEN, 2011). Diante disso, os objetivos da realização dessa pratica foram discutir sobre as diferentes técnicas de contagem de placa e estimar o número de células contido em colônias de diferentes microrganismos através do método de contagem de células viáveis através de plaqueamento por spread plate, exercitando a técnica de diluição e a contagem de colônias. Além disso, a prática buscou estimular os alunos a pensar sobre as aplicações da determinação da concentração de células bacterianas por mililitro. Os objetivos serão alcançados através do contato dos alunos com os instrumentos utilizados na semeadura de microrganismos, análise das placas incubadas e realização dos cálculos de estimativa, além da fundamentação teórica fornecida em sala e discussão realizada sobre as possíveis aplicações do conhecimento obtido. METODOLOGIA Nos dias 4 e 6 de maio de 2016, a prática aqui descrita foi realizada no Laboratório Didático de Microbiologia (LADMI), localizado no bloco 906, Departamento de Biologia, na Universidade Federal do Ceará (UFC), durante as aulas da disciplina de Microbiologia Geral, lecionadas pela Prof. Dra. Vânia Maria Maciel Melo, com oauxílio dos monitores Paulo Ricardo Santos de Sousa e Fernando César Araújo Moreira. Durante a aula prática, para realizar o método de contagem de células viáveis, foram usadas bactérias Gram-negativas: Escherichia coli e Serratia marcescens, e bactérias Gram-positivas: Staphylococcus epidermitis e Bacillus subtilis, todas tidas como culturas puras. Os materiais necessários para a realização da prática foram a cultura de Escherichia coli; placas de Petri contendo meio de cultura Lauryl Tryptose Broth, composto por ágar, triptose, lactose, cloreto de sódio, fosfato dipotássico, e dodecil- sulfato de sódio; alça de Drigalski, utilizada para espalhar amostras líquidas sobre meios de cultura sólidos; alça de inoculação descartável estéril, utilizada para coletar amostra de microrganismos e inocular meios de cultura; tubos contendo 9mL de solução salina fisiológica 0,9% estéril; estufa bacteriológica, para incubação das culturas; agitador de tubos ou vórtex, para agitar a amostra, dispersando as unidades celulares das bactérias na solução líquida; canetas de tinta permanente, para identificação dos tubos; bico de Bunsen e pipetas, como observado na figura 1. Figura 1 - Materiais utilizados para realização da técnica de contagem de células viáveis. Fotografia por: Caroliny Soares. Figura 2 - Placa contendo colônia destacada que será escolhida para dar origem a solução mãe. Fotografia por: Caroliny Soares Na prática realizada pelos alunos Caroliny Soares Silva, Gabriela Alves Valentim, Laís Belmino Régis e Natanael Costa Rebouças, a bactéria utilizada para estudo foi Escherichia coli. Antes de iniciar os processos de diluição e plaqueamento do microrganismo, todos os tubos e placas de Petri, foram devidamente identificados com o nome, data, turma, número da diluição e o microrganismo utilizado. A partir desse ponto iniciaram-se as diluições. Durante a realização das diluições e plaqueamento, todos os utensílios e vidrarias foram manipulados em acordo com as técnicas assépticas recomendadas. Para criar uma amostra líquida, chamada de solução mãe, contendo uma colônia de células foi utilizada uma alça de inoculação descartável e devidamente estéril, foi coletada de uma placa de Petri uma colônia isolada de Escherichia coli, de uma cultura pura, como observado na figura 2. A colônia foi transferida para em 1mL de solução salina, contida em um tubo de Falcon, onde a alça foi agitada para que todas as células presas à alça fossem dispersas na solução. Depois da inoculação, o tudo foi levado ao agitador de tubos, para garantir que as células se mantiveram dispersas de forma homogênea na solução. O tubo foi colocado na estante, e a alça utilizada foi descartada. Em seguida, foram realizadas diluições de 10-1 a 10-6 da solução mãe. Para a preparação da diluição 10-1, 9mL de solução salina foram tornados no tubo de Falcon contendo a solução mãe, respeitando todas as técnicas assépticas. O tubo com a diluição 10-1 foi levado ao agitador, para garantir a homogeneidade das células dentro da solução. Para a preparação da diluição 10-2, foi utilizada uma pipeta para retirar 1mL da diluição 10–1 e foi depositado em outro tubo contendo 9mL de solução salina, sendo também levada ao agitador, originando uma solução com diluição de 10-2. Seguindo a mesma metodologia para preparar as outras diluições, a diluição 10-3 foi preparada a partir da deposição de 1mL da diluição 10-2 em outro tubo de Falcon contendo 9mL de solução salina, respeitando todas as técnicas assépticas. No preparo da diluição 10-4, foi coletada uma quantidade de 1mL da diluição de 10-3 e colocada em um tubo com 9 ml de solução salina, sendo levada ao agitador, formando, assim, a solução de diluição 10-4. Na preparação da diluição de 10-5, foi utilizado 1mL da solução de diluição 10-4 e para misturar-se a 9mL de solução salina. Posteriormente, o tubo foi levado ao agitador, dando origem a solução de diluição 10-5. Assim como nas outras diluições, todas as recomendações das técnicas foram respeitadas, minimizando o risco de contaminação. As diluições 10-3, 10-4 e 10-5, foram escolhidas para realizar a análise e estimativa do número de colônias viáveis presentes na colônia original. As diluições foram plaqueadas em Agar Count Plate, em duplicata, com o auxílio de uma pipeta de 100µL (microlitros) em placas de Petri, previamente identificadas. Durante todo o procedimento as técnicas assépticas foram cuidadosamente seguidas. O primeiro plaqueamento realizado foi o da diluição 10-3, onde foram colhidos 100µL da solução diluída para serem inoculados sobre o meio de cultura sólido contido na primeira placa. O mesmo volume foi inoculado sobre a segunda placa de Petri. As placas foram colocadas sobre a bancada enquanto aguardavam o espalhamento. O mesmo procedimento foi realizado com a diluição de 10-4. Seguindo o mesmo método, foram colhidos do tubo de Falcon contendo a diluição desejada dois volumes de 100µL da solução, inoculando o conteúdo no meio de cultura. As placas aguardaram sobre a bancada. Da solução de diluição 10-5 foram coletados dois volumes de 100 µL. Estes foram inoculados sobre o meio de cultura contido nas placas de Petri, com cuidado para que o líquido não respingasse sobre o manipulador dos materiais. As duas placas aguardaram o plaqueamento sobre a bancada. Após a deposição das soluções sobre o meio de cultura contido em placa de Petri, com auxílio de uma alça de Drigalski descartável, o volume depositado foi espalhado por toda a área da placa de Petri. O espalhamento foi realizado da maior diluição para a menor, ou seja, primeiramente foi espalhada a solução da diluição de 10-5, passando pelas placas contendo a amostra de 10-4 e, por último, as amostras de diluição de 10-3. Durante o espalhamento dos volumes em todas as placas as técnicas assépticas foram respeitadas. Após incubação na estufa bacteriológica, a uma temperatura de aproximadamente 36°C, durante 48 horas, as placas foram analisadas. Buscou-se placas que possuíssem um número de colônias entre 30 e 300. As placas que respondiam aos requisitos para a contagem de colônias foram analisadas com o auxílio de uma lupa, para facilitar a visualização de colônias menores, instrumento observado nas figuras 5 e 6. Após a contabilização de uma determinada colônia ela era marcada utilizando uma caneta de tinta permanente, como observado na figura 7. Os valores contabilizados foram anotados. Para realizar a estimativa entre os números de colônias a média dos números obtidos foi realizada. Para estimar o número de unidades formadoras de colônias por mililitro (mL) foi realizada uma regra de três para obter o valor desejado em função do número de colônias encontrado a partir da inoculação de 100µL da solução. Figura 3 - Preparo das diluições com amostra de cultura da bactéria Escherichia coli. Fotografia por: Caroliny Soares. : Figura 4 - Processo de semeadura dos volumes das diluições de cultura da Bactéria Escherichia coli. Fotografia por: Caroliny Soares. Figura 5 - Contador de colônias manual. Fotografia por: Caroliny Soares. Figura 6 - Contagem manual de colônias. Fotografia por: Caroliny Soares. Figura 7 - Placa com marcações após contagem das colônias. Fotografia por: Caroliny Soares. RESULTADOS E DISCUSSÃO A placa onde foi inoculada a amostra de diluição 10-3, como observado na figura 08, apresentou número de colônias superior a 300, inviabilizando a estimativa do número de células viáveis da colônia analisada. A diluição permitiu a visualização da maior parte das colônias da placa de forma individualizada.No entanto, a quantidade de colônias que cresceram mostra-se visivelmente superior ao número máximo recomendado para estimativa de 300 colônias por placa. A placa inoculada com a diluição 10-4, como observado na figura 09, apresentou um número elevado de colônias e regiões onde estas colônias se uniam em grandes massas, impedindo a individualização das colônias e por consequência sua contagem. As colônias apresentaram tamanho pouco maior que a diluição anterior. O número de colônias observado por unidade de área pareceu menor. Ainda assim, em regiões próximas ao centro da placa as células cresceram de forma desorganizada e muito próximas umas das outras, gerando um amontoado de células que impediu a contagem. A placa inoculada com a diluição 10-5, como observado na figura 10, apresentou colônias individualizadas na periferia. No entanto, no centro da placa, as colônias se uniram em uma massa de células que impedia sua individualização e impedia a contagem do número de colônias. Apesar de se esperar que a diluição não oferecesse possibilidade de estimativa, devido ao alto número de colônias e pequenas regiões onde pudesse haver união delas, o centro da placa apresentou uma região consideravelmente extensa onde não era possível observar as colônias Figura 8 - Placas inoculadas com amostra de cultura da bactéria Escherichia coli diluída a 10- 3, plaqueadas a partir do método Spread Plate. Fotografia por: Caroliny Soares. Figura 9 - Placas inoculadas com amostra de cultura da bactéria Escherichia coli diluída a 10- 4, plaqueadas a partir do método Spread Plate. Fotografia por: Caroliny Soares individualmente. Este problema pode ter sido motivado por erro no espalhamento da amostra, que ficou concentrada no centro da placa, gerando o crescimento desordenado de colônias nesta região. Devido à impossibilidade de contagem das colônias originadas a partir do método spread plate, a professora Dra. Vânia Maria Maciel Melo forneceu a bancada duas placas preparadas a partir do plaqueamento de uma diluição 10-5 de cultura do mesmo organismo analisado inicialmente, Escherichia coli, por meio do mesmo método, como observado na figura 11. A estimativa do número de células viáveis foi realizada utilizando estas duas placas. Na primeira placa analisada foram encontradas 512 colônias, enquanto na segunda foi observado um número de 139. A média entre as duas quantidades é, então, de 325,5 colônias. O cálculo da estimativa foi realizado como descrito abaixo: 325,5 × 105 → 3,25 × 107 3,25 × 107 − 100𝜇𝐿 𝑜𝑢 102 𝑥 − 1000𝜇𝐿 𝑜𝑢 103 𝑥 = 3,25 × 107 × 103 102 = 𝟑, 𝟐𝟓 × 𝟏𝟎𝟖 𝑼𝑭𝑪/𝒎𝑳 Figura 10 - Placas inoculadas com amostra de cultura da bactéria Escherichia coli diluída a 10-5, plaqueadas a partir do método Spread Plate. Fotografia por: Caroliny Soares. Figura 11 - Placas inoculadas com amostra de cultura da bactéria Escherichia coli diluída a 10-5, plaqueadas a partir do método Spread Plate. Fotografia por: Caroliny Soares O número de unidades formadora de colônias estimados por mililitro (ml) torna-se pouco preciso devido a contagem de uma placa que possuía um número de colônias superior ao máximo de 300 colônias sugerido usualmente na literatura (MADIGAN et al., 2016). A discrepância entre o número de células contabilizadas nas duas placas analisadas pode ter origem em falhas ocorridas durante o plaqueamento, onde a amostra pode não ter sido bem homogeneizada ou distribuída uniformemente sobre o meio (MADIGAN et al., 2016). Uma cultura do mesmo microrganismo foi analisada por outra equipe de alunos durante a realização da prática. A equipe realizou diluições de 10-4, 10-5 e 10-6 da amostra bruta, relatando que a contagem das colônias pode ser realizada apenas nesta última diluição, onde o número de colônias permaneceu entre 30 e 300. Esta equipe estimou o número de 4,3 x 108 UFC/mL. Torna-se interessante observar que, apesar do comprometimento da precisão do método, quando comparados os resultados, as duas equipes que trabalharam com culturas de uma mesma linhagem de Escherichia coli conseguiram chegar a estimativas semelhantes. Não foi identificada a presença de contaminantes em nenhuma das placas analisadas. Visualmente, todas as colônias possuam as mesmas características morfológicas, como cor e textura, podendo-se inferir que não houve contaminação. Contudo, seria necessária a realização de outras análises bioquímicas, como, por exemplo, teste de fermentação de lactose, para confirmação da pureza da cultura. CONCLUSÃO Com a realização da prática de contagem de células viáveis em placa, foi possível discutir sobre as várias técnicas de contagem e estimativa de células e suas aplicações. A prática também possibilitou a aprendizagem do método para realizar a contagem de colônias utilizando o método de plaqueamento por spread plate, podendo estimar o número de células bacterianas existente em uma colônia originalmente estudada. Além disso, foi perceptível a importância do processo de diluição para que as colônias fossem vista de forma individualizada, permitindo, assim, a contagem das células viáveis presentes na placa. A técnica estudada torna-se relevante no cotidiano de um microbiologista, pois permite a ele a possibilidade estimar a densidade de células bacterianas por mililitro (mL) existente em uma amostra analisada. Esse método pode ser utilizado para realizar análises de água, alimentos e análises clínicas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MADIGAN, M. T., MARTINKO, J. M., DUNLAP, P. V., CLARK, D. P. Microbiologia de Brock. 14. ed. Porto Alegre: Artmed, 2016. MADIGAN, M. T., MARTINKO, J. M., DUNLAP, P. V., CLARK, D. P. Microbiologia de Brock. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. NEOGEN. Acumedia Products. Lauryl Tryptose Broth (7324). 2011. Disponível em: <http://www.neogen.com/Acumedia/pdf/ProdInfo/7324_PI.pdf>. Acesso em: 12 abr. 2016. SOARES, J. B., CASIMIRO, A. R. S., ALBUQUERQUE, L. M. B. de. Microbiologia Básica. Fortaleza: Edições UFC, 1987. SPLABOR. Meios de Cultura. Meios para Análise de Água. Caldo Lauril Triptose - Modelo M080. 2011. Disponível em: <http://www.splabor.com.br/meios-de- cultura/meios-para-analise-de-gua/caldo-lauril-triptose-modelo-m080.html>. Acesso em: 12 abr. 2016. TORO C., D. R. Manual de introducción al laboratorio de microbiología. Manizales: Universidad de Caldas, 2005.
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