Aula Cultivo e crescimento microbiano

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Aula 3: NUTRIÇÃO E CRESCIMENTO 
MICROBIANO
Nutrição microbiana
- Todas as células são constituídas por água, sais minerais e
macromoléculas : Proteínas, Carboidratos, Lipídeos, Ácidos
nucléicos
Lipídeos, 
Proteínas
Carboidratos
Ácidos
nucléicos
Ácidos
nucléicos e 
Proteínas
Fonte: lookfordiagnosis.com
Nutrição microbiana
- Fornecimento de nutrientes  Síntese de seus
componentes
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-Água - Essencial para os microrganismo
- Macronutrientes – necessários em maior quantidade
C, N, H, O, P, S, K, Na. Necessários a síntese das macromoléculas
- Micronutrientes e cofatores - necessários em menor quantidade
Mg, Fe, K, Co, Cu, Mn, etc.
- Energia
Exigências Nutricionais
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Fontes de Energia
- Fototróficos - Luz
-Quimiotróficos - Degradação de compostos
orgânicos ou inorgânicos.
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MACRONUTRIENTES
Carbono
- Todos os organismos requerem alguma forma 
de carbono;
- Esqueleto das 3 maiores classes de nutrientes 
orgânicos: lipídeos, carboidratos e proteínas;
- Autotróficos utilizam o CO2 como fonte de 
carbono;
- Heterotróficos utilizam compostos orgânicos
como fonte de carbono
Ex: Açúcares, bases nitrogenadas, ácidos
graxos, compostos aromáticos.
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Preferência da fonte de Carbono por fungos filamentosos
1- Metano
2- Hidrocarboneto de cadeia longa
3- álcool
4- Glicerol
5- açúcar alcoólicos
6- dissacarídeos
7- monossacarídeos
8- amido
9- celulose e hemicelulose
10- lipídeos e proteínas
11- quitina
12- queratina
13- lignina
Complexidade química
Pr
op
or
çã
o 
d
e
 u
so
13
7
1
Lignina
Glicose
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Fonte de 
Carbono
Grupo 
nutricional
CO2 Autotróficos
Compostos 
Orgânicos
Heterotróficos
Classificação Nutricional dos Organismos
Fonte de Energia
Grupo 
nutricional
Compostos orgânicos/ 
inorgânicos
Quimiotróficos
Luz Fototróficos
Fonte de Energia Fonte de Carbono
C. orgânicos/ inorgânicos CO2
C. orgânicos/ inorgânicos Compostos Orgânicos
Luz CO2
Luz Compostos Orgânicos
Grupo nutricional
Quimioautotróficos
Fotoautotróficos
Quimioheterotróficos
Fotoheterotróficos
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MACRONUTRIENTES
Nitrogênio
•Depois do Carbono, é o elemento mais abuntante (12% do peso seco
células)
•Todos os organismos necessitam porque faz parte dos aminoácidos
(proteínas), ácidos nucléicos e vários outros compostos celulares
Inorgânico (Maior parte): sais de amônia e nitratos (N2, NO3
-, NH3)
Orgânico: aa, bases nitrogenadas ureia, farinha de soja, resíduos de 
frigoríficos e resíduos de fermentação
Bactérias - podem utilizar o N2 (fixação biológica), nitratos,
nitritos e sais de amônia.
Ex: Bactérias do solo (ex. bactérias dos gêneros Rhizobium e
Bradyrhizobium) utilizam N gasoso diretamente da atmosfera
para obtenção de N, tanto para elas como para as plantas que
convivem simbioticamente (algumas leguminosas – soja, feijão).
Hidrogênio (H)
- Juntamente com o C, encontrado todos compostos orgânicos e diversos
inorgânicos (água, sais e gases);
- Principal função: Manutenção do pH
Oxigênio (O)
- Elemento comum encontrado nas moléculas biológicas (aminoácidos,
nucleotídeos, glicerídeos ...)
- Obtido a partir - proteínas e gorduras.
- Na forma de oxigênio molecular (O2) - requerido - muitos para processos
geração de energia.
MACRONUTRIENTES
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Enxofre (S)
Essenciais a todos os organismos;
S é necessário na biossíntese de cisteína, cistina, metionina
(aminoácidos) e de vitaminas (tiamina e biotina);
- Fontes inorgânicos  sulfatos (SO4
2-) e sulfetos (HS-)
- Fontes protéicas  (aminoácidos)
Cisteína Biotina
MACRONUTRIENTES
Fósforo (P)
Essenciais a todos os organismos;
P é essencial para a síntese de ácidos nucléicos, ATP,
fosfolipídeos
- Fosfatos Inorgânicos e Orgânicos
Fosfolipídeo
MACRONUTRIENTES
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Potássio (K), Magnésio (Mg), Cálcio (Ca)
K  cofator enzimático;
Mg  atua na estabilidade de ribossomos, membranas e
ácidos nucléicos, atua como cofator enzimático;
Ca estabilização parede celular e formação de endosporos;
MACRONUTRIENTES
15Fonte: Madigan et al., 2010
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MICRONUTRIENTES OU ELEMENTOS TRAÇO
- Exigidos em quantidades traço
- Atuam na manutenção das atividades celulares:
osmorregulação, co-fatores enzimáticos (Fe+2), facilitam
transporte de moléculas através da membrana celular
-
- Boro (B), Cromo (Cr), Cobalto (Co), Cobre (Cu), Manganês (Mn),
Níquel (Ni), Zinco (Zn)
- Fonte: Sais inorgânicos
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Geralmente não é preciso adicionar: presentes na água;
se água desmineralizada: adicionar solução elementos
traços.
Nem todos os nutrientes listados são requeridos por todas as células
Elemento Função Celular
Cobalto Vitamina B12; transcarboxilase (bactérias que metabolizam ácido propiônico)
Cobre Respiração; citocromo c oxidase; fotossíntese; plastocianina e algumas 
superóxido dismutases.
Manganês Ativador de muitas enzimas; presente em certa superóxido dismutases e na 
enzima que cliva a água em fototróficos oxigênicos (Fotossistema II)
Molibidênio Certas enzimas contendo flavina; nitrogenase, nitrato redutase
Niquel Maioria das hidrogenases; Coenzima F430 de metanogênicos, monóxido de 
carbono desidrogenase; urease
Selênio Formato desidrogenase; algumas hidrogenases; no aminoácido 
selenocisteína
Tungstênio Algumas formato desidrogenases; oxotransferases de hipertermófilo
Zinco Vanádio nitrogenase; bromoperoxidase
Ferro Citrocromos; catalases; peroxidases; proteínas contendo ferro e enxofre; 
todas as nitrogenases
MICRONUTRIENTES
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MICRONUTRIENTES
Fonte: Madigan et al., 2010
Nem todos os nutrientes listados são requeridos por todas as células
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Fatores de Crescimento
- São compostos orgânicos que alguns microrganismos necessitam
em pequenas quantidades.
- Vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas.
- A maioria dos microrganismos conseguem sintetizá-los
- Porém, alguns requerem um ou mais desses fatores, pré-
formados no meio
- Vitaminas – Mais comumente requerido
- Atuam como coenzimas
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Fonte: Madigan et al., 2010
Fatores do ambiente que afetam o crescimento 
microbiano
a) Atmosfera
b) Temperatura
c) pH
d) Disponibilidade de água
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Classificação quanto a exigência de oxigênio
(A) Aeróbios estritos
(B) Anaeróbios estritos
(C) Anaeróbios facultativos
(D) Microaerófilos
(E) Anaeróbios aerotolerantes
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Anaeróbios- uma grande variedade de procariotos, alguns fungos e alguns protozoários
Formas reativas do oxigênio
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Alguns procariotos anaeróbios
obrigatórios não possuem superoxido
dismutase, havendo uma enzima exclusiva
a superoxido redutase, que remove o
superoxido sem a produção de O2
Cultivo em anaerobiose
jarra de anaerobiose
câmara de anaerobiose
Teste de uma cultura microbiana para detecção de catalase 26
Temperatura
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Classificação dos microrganismos quanto à 
temperatura de crescimento
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Estratégias de adaptação dos organismos às altas
Temperaturas
- Membranas- Variação no conteúdo e tipos de lipídeos e
proteínas;
- Parede celular- Variação nas moléculas básicas (ex: tipo de
ligação, tipo de aa, etc) que compõem a parede;
– Velocidade de renovação das estruturas e moléculas;
- Proteínas termoresistentes:
✓ Taq polimerase (Thermus aquaticus)
✓ Pfu polimerase (Pyrococcus furiosus)
– Ácidos nucléicos por exemplo com maior concentração de
bases C≡G
Efeito do pH no crescimento microbiano
1 3,5 7 9 14
pH
Acidófilos
Ex:
Acidithiobacillus sp.
Neutrófilos
Ex: Escherichia coli
AlcalófilosEx: Bacillus sp.
T
a
x
a
 d
e 
cr
es
ci
m
en
to
pH = Acidez ou alcalinidade de uma solução.
A maioria dos microrganismos cresce melhor perto da neutralidade.
Poucas bactérias são capazes de crescer em pH ácido (como pH 4,0).
Bactérias: faixa entre pH 7,0. Exceções:Thiobacillus de 0,5 a 6,0 com ótimo
entre 2 e 3,5), Bactérias alcalifílicas: (Bacillus e Archaea) (pH 10 – 11)
Fungos tendem a ser mais acidófilos que as bactérias (pH <5).
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Disponibilidade de água/Concentração do íon sódio
Atividade de água (aw): quantidade de água livre, disponível para o uso por parte
dos microrganismos. Pode variar de 0 a 1.
Microrganismos marinhos tem necessidades especificas de íon sódio sendo
denominados halófilos.
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Não halófilos – 0 a 1,5%
Halófilos discreto-1 a 6% de NaCl
Halófilos moderado -6 a 15% de NaCl,
Halófilos extremos -15 a 30% de NaCl.
Halotolerantes – crescem em maiores
concentrações de sais mas preferem
concentrações inferiores a 9%
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Cultivo de microrganismos
em laboratório
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Meios de cultura ou Meios de cultivo
Meios de cultura:
- Soluções nutrientes utilizadas para promover o crescimento de
microrganismos em laboratório
- Fornece os nutrientes indispensáveis ao crescimento do microrganismo
fora do seu habitat natural.
- São preparados em laboratório
com água destilada ou deionizada,
- Podem também ser adquiridos
prontos para uso.
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Meio líquido: nutrientes são dissolvidos em água e esterilizados.
- Usados em estudos de crescimento, cultivo em fermentação e na
produção de biomassa
Consistência ou estado físico dos meios de cultivo
Meio sólido: são preparados a partir da adição de um agente solidificante,
antes da esterilização do meio.
- Usados para contagem e isolamento de microrganismos (1,5% Agar)
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Consistência ou estado físico dos meios de cultivo
Meio semi-sólido: são preparados pela adição de uma quantidade menor
do agente solidificante (0,7% Agar).
- Usados para a detecção de placas de lise em culturas
bacterianas infectadas por vírus e microrganismos microaerofílicos ou
móveis
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Meios sólidos e semi-sólidos
Ágar: polissacarídeo complexo extraído de algas marinhas com
propriedade de fundir a 96oC e solidificar a 45oC. Não é usado
como fonte de nutrientes pela maioria dos microorganismos
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Meio Mínimo (MM): é sintético e fornece somente nutrientes essenciais
ao desenvolvimento da célula.
Meio Completo (MC): é sintético e fornece todos nutrientes para o
desenvolvimento da célula.
Definidos: são preparados pela adição de quantidades precisas de
compostos químicos inorgânicos ou orgânicos altamente purificados a uma
determinada quantidade de água destilada.
- A composição química exata é conhecida
Indefinidos ou Complexos: A composição exata de cada nutriente não é
conhecida.
-Ex: peptona, extrato de levedura, soja, carne, entre outros
Quanto à composição os meios podem ser classificados em:
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Meios definidos
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BDA (batata-dextrose-ágar- fungos)
Batata (caldo) 200g
Dextrose 20g
Ágar 15g
Água dest. 1000mL
Caldo Nutriente (bactérias)
Extrato de carne 3,0g
Peptona 5,0g
Água dest. 1000mL
Meios complexos são altamente nutritivos, geralmente mais fáceis de preparar,
são os mais usados ( composição exata não é necessária), mais adequados para
fastidiosos (microrganismos nutricionalmente exigentes).
Meios indefinidos ou complexos
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Substratos para meios complexos
- Extrato de Carne: extrato aquoso de tecido muscular, concentrado
sob a forma de pasta, contém carboidratos, N orgânico, vitaminas
hidrossolúveis e sais.
- Peptona: produto da digestão da carne (enzimática ou ácida), fonte de
nitrogenio orgânico e vitaminas.
- Triptona: hidrolisado pancreático de carne , rica em nitrogênio-
amínico; destinado ao isolamento de organismos de difícil crescimento.
- Extrato de Levedura: extrato aquoso de células de leveduras lisadas,
fonte excelente de substâncias estimulantes do crescimento como
vitamina complexo B; contém compostos orgânicos de N e C.
- Extrato de malte: extrato aquoso de cevada malteada. Rica em
carboidratos, contém material nitrogenado, vitaminas e sais minerais.
-Tripticase: peptona derivada da caseína por digestão
pancreática,fonte rica em nitrogênio de aminoácidos
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- Meios formulados para objetivos específicos, utilizados principalmente nos
trabalhos de identificação de microrganismos. Podem ser:
- Enriquecimento: Favorece o crescimento de determinada população.
- Multiplicação dos microrganismos de interesse quando estes estão
em pequeno número.
Ex: Meio contendo celulose como fonte de carbono ou meio com fenol
para microrganismos que degradam essa fonte.
Meios Especiais
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Meios Especiais
Ágar sangue - diferencial
Diferencial: contém substâncias químicas mais complexas e permite
diferenciar os microrganismos quanto ao seu crescimento e morfologia.
Ex: EMB – Colônia de E. coli verde escuro e Salmonela incolor.
- Meio agar-sangue, identificação de bactérias patogênicas produtoras de
hemolisinas.
- Ex: Streptococcus e Staphylococcus (anel claro em torno da colônia).
E.coli em EMB
Seletivo: Favorece um microrganismo e inibe o crescimento de outros.
- Ex: Adição de um antibiótico específico
- pH específico para determinados microrganismo
- Ágar Sabouraud: pH 5,6 e alta concentração de glicose (seletivo para
fungos)
- Ágar verde brilhante: seletivo para
enterobactérias Gram - (Salmonella)
 o corante verde brilhante
adicionado ao meio inibe as bactérias
Gram (+)
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Ágar MacConkey
Ágar MacConkey
- Contém sais biliares e corante cristal
violeta, que inibem o crescimento de
Gram + e permitem o desenvolvimento
de Gram –
- E lactose (diferenciar bactérias que
utilizem este carboidrato).
- Colónias bacterianas que fermentam
lactose tornam o meio rosa choque
- As bactérias que não são
fermentadoras de lactose tornam o meio
amarelo claro.
Seletivo/diferencial: diagnóstico de patogênicos (coliformes fecais). :
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Cultivo de Microrganismos
-Isolamento - Contagem - Identificação
-Segurança de águas potáveis públicas
-Diagnóstico, tratamento e prevenção de doenças
-Selecionar linhagens de interesse industrial
Importância da Caracterização dos Microrganismos
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Isolamento dos Microrganismos
• Para se caracterizar um microrganismo ele deve estar em cultura
pura, ou seja, ele precisa ser isolado dos demais microrganismos do
meio onde se encontra
• Cultura pura: quando uma colônia ou cultura é originada de uma única
célula.
• Cultura mista: se a colônia ou cultura é originada de mais de uma
célula.
Técnica de esgotamento por estrias
Estria compostaEstria simples 
Isolamento do Microrganismos
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Métodos Contagem
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Contagem de colônias em placas diluição seriada
Contagem de colônias em placas 
diluição seriada de fungos 
filamentosos
UFC/mL= nº colônias x fator 
diluição / aliquota plaqueada
UFC=Unidades Formadoras de 
Colônias
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Contagem microscópica direta
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Turbidez medida em um espectrofotômetro ou em um fotômetro
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Curva de crescimento típica de uma população bacteriana
Crescimento bacteriano-Aumento do número de células
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Formas de multiplicação
•Exosporulação (assexuada): Ex: 
Streptomyces
•Fragmentação de filamentos: Ex: 
Nocardia
•Brotamento: Ex: 
Rhodopseudomonas
•Fissão binária: Ex: Escherichia coli
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Cultura contínua- Quimiostato
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Tempo de geração: é o intervalo de
tempo necessário para que uma célula
se duplique.
- É variável para os diferentes
organismos, podendo ser de 10, 20minutos até dias.
- O tempo de geração não
corresponde a um parâmetro
absoluto, uma vez que é dependente
de fatores genéticos e nutricionais,
indicando o estado fisiológico da
cultura.
Taxa de crescimento (velocidade
específica de crescimento): é a
variação no número ou massa de
microrganismos por unidade de tempo.
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• O tempo de geração pode ser calculado quando uma cultura encontra-se em fase
exponencial, pela fórmula:
• g = t/n
• g = tempo de geração
• t = tempo de crescimento
• n = número de gerações dentro
de um tempo de crescimento dado pela equação:
• N=No.2n
• N= número final de células
• No= número inicial de células
• n= número de gerações
• Como o crescimento é exponencial
então:
• n= log(N) - log(No)/0,301
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Metabolismo microbiano
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