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1 UFVJM – MICROBIOLOGIA – DCB063 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS BÁSICAS Profa. Cíntia L. Ramos APOSTILA: PRÁTICAS DE MICROBIOLOGIA Colônias de Rhodotorula sp; Colônias de Penicillium; células de Pichia sp; Agaricus sp; Colônia de Bacillus; Células de Bacillus ; Conidióforo de Penicillium; Basidio e basidiósporos. 2 REGRAS DO LABORATÓRIO 1- 2- 3 - 4- 5- 6- 3 INSTRUÇÕES DE COMPORTAMENTO NO LABORATÓRIO 1- No caso de acidentes, comunicar imediatamente ao professor. 2- Limpar e desinfetar as bancadas e capelas no início e no final das aulas. 3- Ser cuidadoso com materiais que possam causar ferimentos na pele, como seringas, pipetas Pasteur, lâminas de aço e vidros em geral. 4- Descartar o material utilizado nos locais apropriados. 5- Todo material utilizado deve ser devidamente identificado. 6- A alça de platina e agulha utilizadas na manipulação dos microrganismos devem ser esterilizadas no bico de Bunsen antes e depois de utilizadas. Colocá-las sempre na posição vertical no suporte e não sobre a bancada. 7- Nunca pipetar com a boca. 8- Não sair com nenhum material das aulas. 9- Não devolva o reagente ao frasco original. Nunca retire do frasco mais do que necessário. 10- Leia o roteiro de aula prática antes de iniciar qualquer prática. Anote os resultados experimentais, discussões e conclusões. Faça todos os exercícios da apostila pois está será conferida no final de cada aula. 11- Antes de deixar o laboratório em cada aula, ordenar todo o material usado, fechar a água, o gás e desligar o interruptor e a tomada do microscópio. Mantenha o laboratório organizado e limpo. Atenção especial com as bancadas, sua segurança pode estar em jogo; Estas normas têm como metas: · A segurança de cada um e de todos; · O bom funcionamento do laboratório; · A eficiência e eficácia na condução das práticas. 4 POR QUE ESTUDAR MICROBIOLOGIA? MICROBIOLOGIA MICROBIOLOGIA DE PESQUISA BÁSICA MICROBIOLOGIA APLICADA TAXONOMIA MICROBIANA *Metabolismo *Genética *Ecologia *Imunologia *Epidemiologia *Etiologia *Controle de Infecções *Quimioterapia Microbiologia Ambiental *Tecnologia de Alimentos E Bebidas *Microbiologia farmacêutica *Engenharia genética Bacteriologia Ficologia Micologia Parasitologia Virologia Fonte: Black, J.G. Microbiologia- Fundamentos e perspectivas. 4 ed. 2002 5 Índice Temas das aulas Página 1 Ubiquidade microbiana 9 2 Preparações Microscópicas: Preparações a fresco e Preparações fixadas e coradas 12 3 Observação de leveduras: Morfologia, viabilidade, reprodução 18 4 Fungos filamentosos: Morfologia macroscópica e microscópica 24 5 Cultivo de microrganismos: diluição e espalhamento (superfície e pour plate) 35 6 Obtenção de Cultura Pura: Técnicas de estrias simples e compostas 40 7 Metabolismo: respiração e fermentação 43 8 e 9 Identificação bacteriana: Enterobactérias 47 10 e 11 Controle do crescimento microbiano: Métodos físicos e químicos 52 6 Introdução ao Laboratório de Microbiologia Materiais e Equipamentos O laboratório de Microbiologia apresenta alguns equipamentos e vidrarias comuns a outros laboratórios como de química ou analise clínicas. No entanto, algumas vidrarias são exclusivas no uso da Área de Microbiologia. Basicamente um laboratório deve possuir autoclave, microscópio, Câmara de Segurança Biológica (Capela de Fluxo Laminar), estufas de secagem e bacteriológica, BOD, refrigeradores, balanças analíticas etc. Objetivo 1-Reconhecer materiais, equipamentos e normas do Laboratório de Microbiologia; Abaixo a descrição dos principais EQUIPAMENTOS: a. Autoclave - Câmara de vapor com parede dupla, equipada com dispositivos que permitem o enchimento da câmara com vapor saturado e sua manutenção em determinadas temperatura e pressão por quaisquer períodos de tempo. A autoclave é um equipamento indispensável ao laboratório de microbiologia na esterilização de meios de cultura, água, suspensões e descarte de material contaminado. b. Estufas de Esterilização (Fornos de Pasteur) - Esteriliza a seco toda vidraria convenientemente acondicionada, a temperatura de 170 a 200o C por 1-2 horas. c. Refrigerador - Utilizado na conservação de culturas de microrganismos sob baixa temperatura, diminuindo o tempo de geração d. Estufa bacteriológica - Favorece o crescimento de microrganismos pela incubação na temperatura adequada. e. Câmara de Segurança Biológica (Cabine de fluxo laminar) - Câmara asséptica, dotada de exaustor e lâmpada fluorescente, sendo utilizada em repiques de microrganismos assegurando a assepsia do material. f. Microscópio óptico: Utilizado em observação de imagem ampliada até mil vezes por meio de dois conjuntos de lentes: as objetivas, que ficam próximas do objeto, e ampliam a imagem real; e as oculares, próximas do olho do observador, que ampliam a imagem novamente. É constituído 7 por duas partes – uma parte mecânica e uma parte óptica. Cada parte engloba uma série de componentes constituintes do microscópio. A parte mecânica serve para dar estabilidade e suportar a parte óptica. É constituída por base ou pé, parafusos macro e micrométricos, haste ou braço, mesa ou platina, charriot, presilha, tambor ou revólver das objetivas canhão. A parte óptica é constituída por fonte de iluminação, lente condensadora ou condensador, botão do condensador, diafragma e pelas lentes oculares e objetivas – o conjunto de lentes que permitem a ampliação do objeto. A ampliação dada ao microscópio é igual ao produto da ampliação da objetiva pela ampliação da ocular. Devido a estes componentes serem de alta precisão e porque o microscópio é um instrumento caro, requer cuidados especiais de transporte, utilização e manutenção. g. Balança analítica – usada para se obter massas de sólidos e líquidos com alta exatidão. h. Bico de Bunsen – é um bico de gás, alimentado por um tubo de borracha, fixado em uma base metálica com entrada de ar, cuja chama é utilizada para técnicas de flambagem e esterilização de materiais contaminados. As principais VIDRARIAS são: 8 Erlenmeyer, proveta, béquer, pipetas automáticas, Placas de Petri, tubos de ensaio, lâminas e lamínulas, Alça de Drigaslky, Pipeta de Pasteur, Câmara de Neubauer, alça de inoculação (ou de platina), pissetas. 1)- 2)- 3)- 4)- 5)- 6)- 7)- 8)- 9)- 10)- 11)- 12)- Exercícios: 1)- Descreva as funções das vidrarias citadas em aula. 2)- Explique o funcionamento e o princípio do funcionamento do autoclave. 3)- Explique o funcionamento e o princípio do funcionamento da Câmara de Segurança Biológica. 9 Introdução O nosso meio ambiente está repleto de microrganismos. Podemos encontrá-los no ar, na água, no solo, nos vegetais, nos vários objetos e superfícies que nos circundam, etc. e é por isto que o trabalho em microbiologia deve ser executado em condições de assepsia que impeçam a contaminação dos meios usados com microrganismos adventícios. Objetivos 1- Observar a ubiquidade dos microrganismos; 2- Observar o crescimento de colônias microbianas em meios de culturas líquidos e sólidos. Materiais Placas contendo ágar Nutriente(AN) Placas contendo ágar Sabouraud (Sb) Tubos de ensaio contendo Caldo Nutriente Tubos de ensaio contendo Caldo Sabouraud Estufa à 37°C Procedimento: (Todo procedimento deverá ser realizado próximo à chama do bico de Bunsen). 1. Uma placa de Petri contendo AN e outra contendo Sb serão expostas ao ar por 20 minutos. 2. Um tubo de ensaio contendo Caldo Nutriente e outro contendo Caldo Sabouraud serão expostos ao ar por 20 minutos. 3. Cada grupo receberá uma placa com AN e outra com Sb e também um tubo contendo Caldo Nutriente e outro com Caldo Sabouraud que serão expostos à diferentes ambientes a critério de escolha de cada grupo. Ex. cabelo, dedo, jaleco, unha, água, solo, etc. 4. Todas placas e tubos deverão ser identificados com o nome do grupo, o ambiente pesquisado e data. 5. As placas e tubos de NA serão incubadas em estufa à 37°C por 48h e as placas e tubo de Sb à temperatura ambiente por 5 dias. Prática 1 Ubiquidade microbiana 10 Caldos possuem mesma composição do meio, porém sem ágar. Agar Nutriente • Peptona – 1,0 g • NaCl – 0,5 g • Extrato de carne – 0,3 g • Agar – 1,5 g • Água destilada – qsp 100 mL • pH 7,2 – 7,4 Agar Sabouraud • Peptona – 1,0 g • Extrato de levedura – 0,3 g • Glicose – 2,0 g • Agar – 1,5 g • Água destilada – qsp 100 mL • pH 6,5 11 Resultados 1. Descrever aspecto (filamentoso ou cremoso), coloração, brilho (brilhante ou opaca) das colônias crescidas em Placa de Petri em cada meio de cultura. Ambiente AN Sb Aspecto Coloração Brilho Aspecto Coloração Brilho Ar Verificar frente e verso das placas. 12 Introdução Microrganismos constituem um grupo de seres vivos de dimensões reduzidas e bastante variáveis de acordo com o grupo a que pertencem. Os procariotos (bactérias e arqueas) variam entre 200 nm e 2,0 µm de diâmetro e de 2 a 8 µm de comprimento. Os eucariotos (fungos, algas e protozoários) constituem o grupo mais heterogêneo variando de 10 µm a 100 µm (célula vegetal). Os vírus, cuja organização estrutural não corresponde a uma célula, variam de 27 nm (bacteriófago φX 174) até 300 nm (Pox vírus) de diâmetro. Levando-se em consideração que um ser humano seja capaz de perceber, a olho nu, estruturas com diâmetro de 0,2 mm, para observação dos microrganismos e seus detalhes, são necessários microscópios. Preparações microscópicas compreendem técnicas pelas quais espécimes microbianos são colocados sobre lâminas, para serem observados ao microscópio. Duas técnicas gerais permitem o exame microscópio. Uma é a suspensão de microrganismos em meio líquido, onde podem ser examinados vivos, com auxílio ou não de corantes vitais; na outra, as células microbianas são fixadas pelo calor e coradas com corantes químicos específicos. A visualização microscópica a fresco dos microrganismos é difícil, dado o reduzido tamanho destes e o índice de refração, que é próximo ao da água, o que os torna praticamente incolores quando em meio aquoso. Apesar da dificuldade de visualização, as preparações microscópicas a fresco são úteis para se observar o tamanho e a forma natural das células microbianas. As preparações fixadas provocam, distorções na morfologia das células, pela ação do calor e o efeito dos corantes sobre as células. Normalmente, para uma boa visualização da morfologia de uma célula bacteriana, são necessários aumentos de 1000 a 2000 vezes (objetiva de imersão – 100X). No entanto, para observação de motilidade, arranjo e morfologia de bactérias espiraladas, é necessária a observação a fresco. Preparações microscópicas compreendem técnicas de tratamento de espécimes microbianos em laminas a serem examinadas ao microscópio. Células microbianas podem ser examinadas vivas, a fresco, sobre lâminas, com auxílio ou não de corantes vitais (exemplo, azul de metileno) ou podem ser fixadas pelo calor sobre lâmina e coradas com corantes químicos Prática 2 Preparações Microscópicas Preparações a fresco e Preparações fixadas e coradas 13 específicos. A visualização microscópica a fresco é difícil devido ao tamanho reduzido e ao índice de refração dos microrganismos. Mas apesar disto é útil para observar a viabilidade e algumas atividades celulares, como motilidade e fissão binária, além de permitir observar o tamanho e a forma natural das células microbianas. Preparações microscópicas fixadas e coradas são úteis para visualizar os microrganismos e diferenciá-los em grupos, para fins de diagnostico ou de estudos de suas propriedades. Existem várias técnicas de preparação, desde as mais simples, como as preparações a fresco sem coloração, até as que exigem maiores cuidados na montagem, como é o caso das preparações fixadas e coradas. Nas preparações a fresco, em geral, são utilizados corantes que não comprometem a vitalidade das células (não tóxicos). O uso de compostos orgânicos coloridos ou corantes facilita a observação de células de microrganismos. Existem corantes que se ligam a elementos químicos específicos da célula microbiana, corantes que fluorescem, que mudam de cor na presença de reações químicas e corantes que facilitam a visualização. Em geral, os microbiologistas usam preparações coradas para mostrar as diferentes estruturas de microrganismos, para identificar suas estruturas internas e para ajudar a identificar microrganismos similares. Corante é geralmente um sal, em que um dos íons é um cromóforo. Se o cromóforo é positivo, o corante é básico ou catiônico, como por exemplo, o azul de metileno, o cristal violeta e a fucsina. Se o cromóforo é negativo, o corante é ácido ou aniônico, como por exemplo, o ácido pícrico. Corantes básicos são ideais para corar bactérias, porque os ácidos nucléicos e alguns componentes da parede celular apresentam carga negativa e atraem os cromóforos catiônicos. Nas técnicas de coloração simples, células microbianas são inicialmente espalhadas sobre a lâmina, formando um esfregaço; em seguida, são fixadas pelo calor e coradas com um único corante. Essa técnica é útil para visualizar a forma (cocos, bacilo ou espirilo) e o arranjo de células bacterianas. Algumas estruturas internas das células também podem ser visualizadas, como grânulos metacromáticos (polifosfato) e de glicogênio. Nesta aula prática, serão realizadas técnicas de coloração simples, para comparar forma e arranjo de diferentes células bacterianas. A técnica de coloração diferencial requer o uso de pelo menos três reagentes químicos, aplicados sequencialmente sobre o esfregaço fixado. O primeiro reagente é um corante que confere cor a todas as células; o segundo reagente é um descolorante, que pode ou não remover completamente o primeiro corante da célula ou de algumas de suas estruturas. As estruturas 14 descoloradas podem adquirir a cor de um segundo corante, corante de contraste. Assim, grupos de células ou suas estruturas podem ser diferenciados, com base no corante que é retido. Técnicas de coloração diferencial permitem não só a visualização de estruturas como flagelo, cápsula, esporo e núcleo, mas também a separação de microrganismos em grupos. A técnica diferencial mais importante em bacteriologia é a coloração de Gram, que separa as bactérias em dois grandes grupos, Gram-positivo e Gram-negativo, sendo importante para o diagnóstico e classificação das bactérias. A coloração de Gram envolve a aplicação de quatro soluções. Cristal violeta (CV), primeiro corante que colore as células de roxo escuro. Lugol ou solução de Iodo (I), é a segunda solução, um mordente que aumenta a interação entre a célula bacteriana e o primeiro corante, formando um complexo insolúvel, Cristal violeta-Iodo (CV-I). Álcool, a terceira solução, é um descolorante.As bactérias Gram positivas, quando lavadas com descolorante, retêm o complexo CV-I e as bactérias Gram negativas perdem o complexo CV-I, ficando incolores. A ação do álcool como removedor do complexo CV-I da célula depende da concentração de lipídeos e da espessura da parede celular bacteriana. O último reagente é o corante de contraste, Safranina ou Fucsina, diferente na cor do cristal-violeta, que colore as bactérias Gram-negativas de rosa- avermelhado, mas não altera a cor roxo-escura (azulada) das bactérias Gram-positivas. Objetivos 1- Realizar preparo de lâminas a fresco de leveduras e fixada com coloração diferencial de bactérias para o exame microscópico. 3- Diferenciar os grupos de bactérias corados por coloração de Gram 4- Observar células de leveduras. Materiais Culturas bacterianas e levedura Azul de metileno Água destilada Solução de cristal violeta Solução de lugol Solução de fucsina Álcool Lâminas e lamínulas para microscopia Cuba para coloração de Gram Bico de Bunsen Alça de platina Microscópio óptico 15 Procedimento Lâminas a fresco 1. Coloque uma gota de azul de metileno sobre a lâmina; 2. Transfira com a alça de repicagem, esterilizada em chama, uma pequena porção da cultura de levedura e misture ao corante fazendo movimentos circulares; 3. Cubra o material com lamínula (adicionar com cuidado para não formar bolhas); 4. Observar em microscópio óptico; Lâminas fixadas (Coloração de Gram) 1. Coloque uma gota de água destilada sobre a lâmina; 2. Transfira com a alça de repicagem, esterilizada em chama, uma pequena porção da cultura bacteriana e misture ao corante fazendo movimentos circulares (esfregaço); 3. Deixe o esfregaço secar ao ar e então fixar na chama (3X); 4. Cobrir o esfregaço com solução de cristal violeta por 3 minutos; 5. Lavar cuidadosamente com água; 6. Cobrir o esfregaço com lugol por 3 minutos; 7. Lavar cuidadosamente com água; 8. Descorar rapidamente o esfregaço com álcool; 9. Corar o esfregaço com fucsina por 3 minutos; 10. Lavar cuidadosamente com água, secar e observar ao microscópio óptico em objetiva de imersão (100X). 16 Cristal Violeta 1 minuto Lave cuidadosamente com água Lugol 1 minuto Lave cuidadosamente com água Lave cuidadosamente com etanol 95% e a seguir com água Fucsina ou safranina 3 minutos e lave com água Deixe a lamina secar a temperatura ambiente e e visualize com a objetiva de imersão Cristal Violeta 3 minutos Lave cuidadosamente com água Lugol 3 minutos Lave cuidadosamente com água Lave cuidadosamente com etanol 95% e a seguir com água Fucsina ou safranina 3 Deixe a lamina secar a temperatura ambiente e e visualize com a objetiva de imersão (100X) 17 Resultados Anotar as observações no quadro abaixo. Exercícios 1. Qual é a importância do Lugol (iodo) na coloração de Gram? 2. Qual a função do álcool na técnica de coloração de Gram? 3. Quais as características celulares que podem ser observadas quando preparo de laminas a fresco? Morfologia da colônia Tipo de Microrganismo (bactéria ou levedura) Forma celular Arranjo celular (se presente) Tipo de coloração (Gram ou a fresco) 1- 2- 3- 18 Introdução O termo levedura sempre foi associado à história do processo fermentativo. O significado da palavra levedura provém do latim “levere” e significa suspender, referindo- se a produção de gás carbônico durante a fermentação, levantando a superfície líquida como uma espuma. Existem cerca de 800 espécies, distribuídas em 107 gêneros, de leveduras já identificadas e caracterizadas no mundo. Essas espécies foram estudadas com base em pequeno número de ambientes conservados. Isso provavelmente subestima a população real e diversidade de leveduras presentes na biosfera e ainda não estudadas, bem como representa um vasto campo de pesquisas na área de microbiologia. Esses fungos desempenham importantes funções em muitos ecossistemas, contribuindo significativamente para a biodiversidade. As leveduras são fungos unicelulares, pertencentes ao Reino Fungi, classificadas como Ascomycota ou Basidiomycota, que se reproduzem vegetativamente por brotamento ou fissão, não produzindo corpo de frutificação. A classificação nas divisões Ascomycota ou Basidiomycota é baseada em aspectos da sexualidade (asco ou basídio) sendo as categorias taxonômicas baseadas na morfologia, fisiologia e características genéticas. As leveduras podem ser classificadas em anamórficas ou mitóticas (reproduzem-se assexuadamente por brotamento ou fissão) e teleomórficas ou meióticas (reproduzem-se sexuadamente). Representam grupo muito heterogêneo de fungos unicelulares, que diferem amplamente nas características morfológicas e fisiológicas. Em leveduras, a reprodução assexuada é a forma primária de aumento do número de indivíduos na população. Há dois modos básicos de reprodução assexuada em leveduras conforme a espécie: fissão ou brotamento. No primeiro caso (por exemplo, em Schizosaccharomyces pombe) ocorre mitose nuclear seguida de simples divisão celular eqüitativa. No segundo (por exemplo, em Saccharomyces cerevisiae), paralelamente à mitose nuclear, forma-se na superfície da célula-mãe uma pequena Prática 3 Observação de Leveduras: Morfologia, viabilidade e reprodução 19 projeção - o broto - que, à medida que cresce, engloba material citoplasmático e um dos núcleos resultantes da mitose. Posteriormente, o broto libera-se da célula-mãe da qual é geneticamente idêntico. Na reprodução sexuada duas células haplóides de tipos sexuais diferentes podem se fundir formando uma célula com dois núcleos que eventualmente se fundem formando um núcleo diplóide. Este sofre meiose originando quatro núcleos haplóides e então quatro novas células se formarão, cada uma com um dos quatro núcleos haplóides. Esses microrganismos crescem em uma grande variedade de substratos, estão presentes em habitats naturais, podem crescer associados ao homem e animais e também estão presentes em indústrias ou ambientes de aplicação biotecnológica. A biologia e a biodiversidade de leveduras são importantes para a caracterização e preservação de espécies, principalmente aquelas com potencial para aplicação biotecnológica. Provavelmente a mais difundida e conhecida aplicação biotecnológica de leveduras seja a capacidade metabólica de transformar substratos complexos em bebidas fermentadas (cerveja e vinho) e destiladas (uísque, rum e cachaça), bem como na fermentação de pães, em especial pela espécie. Durante a vinificação outros gêneros de leveduras podem ser observados, todavia em menor população que Saccharomyces ao final da fermentação, entre eles estão espécies de Aureobasidium, Metschnikowia, Hanseniaspora, Cryptococcus e Rhodotorula. Várias leveduras cujo hábitat natural é o solo têm potencial para utilização como biorremediadoras e na associação com esporos de fungos micorrízicos favorecendo a simbiose. Outras espécies produzem carotenoides, algumas são empregadas na produção de lipídeos e derivados, outras estão envolvidas na produção e qualidade de alimentos fermentados indígenas, como cauim, e bebidas como café, chocolate e cachaça. Objetivos 1- Observar morfologia de colônias de leveduras 2- Diferenciar leveduras de brotamento e fissão e conhecer as estruturas de formação de ascose pseudomicélio. 20 Materiais Isolados de leveduras que apresentem reprodução assexuada e sexuada. Azul de metileno Água destilada Microscópio ótico Lâminas e lamínulas Alça de platina Procedimento 1. Limpe bem uma lâmina com papel; 2. Esterilize a alça de repicagem, aquecendo-a ao rubro no bico de Bunsen; 3. Quando a levedura estiver em meio líquido, transfira assepticamente com a alça de repicagem uma gota da cultura de leveduras para o centro da lâmina. Se a cultura estiver em meio sólido, prepare uma suspensão de células da seguinte maneira: Coloque uma gota de água destilada ou azul de metileno sobre a lâmina e colete o material assepticamente, raspando, levemente a superfície do ágar com a alça de repicagem (com cuidado para não retirar pedaços do meio de cultura, pois o crescimento do microrganismo ocorre somente na superfície); 4. Manuseie corretamente o microscópio ótico (se você tem dúvida quanto à utilização do equipamento, pergunte ao professor como usá-lo). Focalize o material, seqüencialmente, com as objetivas de 4X, 10X e 40X; 5. Terminada a observação, desligue a luz; gire o revolver para encaixar a objetiva de menor aumento, passando pela objetiva de 10X; abaixe a platina e retire a lâmina; 6. Após a observação, descarte a lâmina e a lamínula nas bandejas com detergente e desinfetante, colocadas na bancada lateral. 21 Resultados Desenhe as estruturas vegetativas e reprodutivas das leveduras observadas no microscópio. Observações: Morfologia da Colônia Morfologia das células Tipo de reprodução MORFOLOGIA DE COLONIAS DE LEVEDURAS 22 CARACTERÍSTICAS MICROSCÓPICAS Reprodução Assexuada: Brotamento Reprodução assexuada: fissão Reprodução sexuada: ascósporos Colônias de leveduras em meio de cultura YEPG (extrato de levedura, peptona e glicose). Dias & Schwan, 2010 23 Morfologia celular das leveduras Dias & Schwan, 2010. Fotomicrografias de células de leveduras (parte inferior): a) células elipsóides de Kluyveromyces marxianus (microscopia eletrônica de varredura – MEV); b) Ascósporos de Saccharomyces cerevisiae (microscópio ótico, MO, 400x); c) células globosas de S. cerevisiae (MEV); d) células globosas de S. cerevisiae em brotamento unipolar (MO, 400x); e) células globosas de S. cerevisiae em brotamento multipolar (MO 400); f) células cilíndricas de Schizosaccharomyces pombe em fissão (contraste de fase, 100 x). Dias & Schwan, 2010. 24 Introdução Os fungos filamentosos encontram-se amplamente distribuídos na natureza, proliferando como saprófitas, parasitas ou como simbiontes. São heterotróficos, multicelulares, geralmente aeróbios e apresentam reprodução assexuada e sexuada. Como saprófitas, degradam a matéria orgânica transformando-a em formas químicas simples que retornam ao solo. Se por um lado, os fungos saprófitas são úteis na reciclagem da matéria orgânica, por outro, podem causar a deterioração de alimentos, tecidos vegetais e ambientes. Como parasitas, causam doenças em vegetais e animais, inclusive no homem. Os fungos podem atuar ainda em associações simbióticas de grande importância, como as associações com outros organismos, tais como as algas, formando os liquens, ou com raízes das plantas, formando as micorrizas. Os fungos são caracterizados por uma distinta estrutura filamentosa, multinucleada, conhecida como micélio (podendo apresentar-se com aspectos de algodão). O micélio é formado por um conjunto de filamentos ramificados que se irradiam sobre ou dentro do substrato utilizado como alimento. Cada um desses filamentos recebe o nome de hifa. A hifa é constituída por uma parede tubular delgada e transparente, contendo no seu interior o protoplasma. As hifas podem ser cenocíticas, ou seja, o protoplasma é contínuo, ou podem ser septadas, quando o protoplasma é interrompido por paredes transversais denominadas septos. Os fungos de maior importância para o homem são aqueles classificados no reino Fungi, chamados de fungos verdadeiros, e alguns do reino Straminipila ou Chromista, principalmente do Filo Oomycota. A reprodução sexuada em fungos pode ocorrer de varias maneiras. Os esporos sexuados são formados pela fusão de duas células (gametas), pelo processo denominado plasmogamia, que reúne dois núcleos em um único citoplasma. A etapa seguinte é a fusão desses dois núcleos, no processo denominado cariogamia, com a formação de um núcleo diplóide. A terceira etapa, meiose ou divisão redutora separa o núcleo diplóide em núcleos haplóides, que são posteriormente delimitados por uma membrana e parede celular, dando origem aos esporos haplóides. Como regra geral, os Prática 4 Fungos filamentosos: Morfologia macroscópica e microscópica 25 esporos sexuados são produzidos menos freqüentemente e em menor número do que os esporos assexuados. Há quatro tipos de esporos sexuados de fungos: Zigósporos, Oósporos, Ascósporos e Basidiósporos. Quando estes são formados dentro de estruturas em forma de saco, conhecidas como ascos, os esporos recebem a denominação de ascósporos, e os fungos são incluídos na divisão Ascomycota. Tais esporos são freqüentemente encerrados em um corpo de frutificação, denominado ascocarpo. Os tipos básicos de ascocarpo são: Cleistotécio, Peritécio, Apotécio, Ascostroma. Os esporos sexuados dos fungos pertencentes a divisão Basidiomycota se desenvolvem em estruturas em forma de clava, os basídios. Esses esporos são denominados basidiósposros e geralmente ocorrem em número de quatro por basídio. Quando maduros, os basidiósporos localizam-se na parte externa dos basídios sobre os esterigmas. Em muitas espécies, os basídios e seus basidiósporos se organizam em corpos de frutificação altamente complexos, denominados basidiocarpos, conhecidos popularmente por cogumelos, orelhas-de-pau, bufos, etc. As preparações microscópicas para observação de fungos são de extrema importância, uma vez que a sua identificação depende, em grande parte, da observação de características morfológicas, como o tipo de micélio e de esporos sexuados e assexuados. A classificação dos fungos filamentosos baseia-se, principalmente, no tipo de micélio vegetativo que o fungo apresenta, isto é, cenocítico ou apocítico, e na presença de estruturas de reprodução sexuada e assexuada. Objetivos Observar as estruturas importantes para a identificação de alguns fungos, com ênfase nas estruturas que caracterizam cada filo, como tipo de hifa, tipo de esporo e estrutura onde os esporos são formados. Materiais Placas com culturas fúngicas Lâminas com estruturas de fungos para observação microscópica Procedimento: 26 1. Observação de estruturas fúngicas em microscópio 2. Observação das características macroscópicas das colônias fúngicas Resultados: Desenhar e identificar as estruturas observadas no microscópio. Anotar o aumento do microscópio. Descrever características macroscópicas das colônias: 1. 2. 3. 4. 5. 27 REINO FUNGI CARACTERÍSTICAS GERAIS DE FUNGOS Micélio: conjunto ou emaranhado de hifas Crescimento radial: formação de colônia fúngica Hifas: filamento tubular microscópico Tipos de hifas: -Hifas septadas -Hifas não septadasEsporo: unidade reprodutiva. Tamanho, forma e cores variadas 28 REINO Straminipila/Chromista- FILO Oomycota Características gerais → Hifas não septadas → Reprodução assexuada: Zoósporos → Reprodução sexuada: Oósporos 29 REINO FUNGI REINO Fungi: FILO Zigomycota Características gerais → Hifas não septadas → Reprodução assexuada: esporangiósporos ou aplanósporos → Reprodução sexuada: zigósporo Ex: Rhizopus stolonifer Zigósporo 30 FILO Glomeromycota Fungos endomicorrízicos Estruturas: arbúsculos, vesículas e esporos Micorriza: associação simbiótica entre fungos filamentosos e raízes de plantas Segmento de raiz colonizado por Glomus mosseae. Raiz clarificada com KOH e corada com azul de trípano para destacar o tecido fúngico. Esporos : Gigaspora margarita (esporos claros), Scutellospora heterogama (esporos marrons) e Gigaspora gigantea (esporos amarelos). Azigósporo de Scutellospora gregaria Hifa de sustentação Azigósporo de Acaulospora morrowae 31 FILO Ascomycota Cacterísticas gerais – Ascomycota filamentoso: → Hifas septadas → Reprodução sexuada: ascósporos → Reprodução assexuada: conídios Filo Ascomycota-Esporos assexuados Alternaria Conidióforos pigmentados, normalmente curtos ou alongados, produzindo em cadeia simples ou ramificada de conídios. A forma do conídio é variável, grosseiramente elíptica a ovalada. Causa a pinta preta do tomateiro e da batata. Aspergillus Conidióforos longos terminando em projeção tipo clava, lembrando baquetas. Da projeção irradiam-se fiálides, dispostas em camada simples ou dupla, das quais se projetam cadeias de conídios esféricos. Massa de conídios pode apresentar coloração variada. São saprófitas comuns em produtos armazenados. Alguns podem produzir toxinas 32 Curvularia Conidios escuros geralmente com três septos transversais, curvos em ângulo. Os segmentos internos são normalmente maiores e mais pigmentados que os dois extremos. Causa mancha de folha de milho. Fusarium Conidióforos hialinos de forma variável simples ou ramificados, neste caso curtos e irregulares ou terminando em tufos de fiálides. Conidióforos isolados ou reunidos em esporodóquio. Macroconídio com vários septos transversais, levemente curvos, lembrando uma canoa. Microconídios sem septos e hialinos. As diferentes espécies causam diferenças doenças em plantas. Nigrospora Conidióforos curtos, com septos e inter-septos mais ou menos dilatados, normalmente pigmentados.Conídio esférico e negro localizando-se em uma vesícula situada no ápice do conidióforo. 33 Penicillium Conidióforos longos, ramificando-se na parte terminal. Conídios esféricos e catenulados produzidos em fiálides dispostas em número variável na ramificação terminal do conidióforo (conjunto lembra vassoura). Massa de conídios com coloração esverdeada. Algumas espécies podem causar podridão em frutos cítricos. Pestalotia Conídios com 4 septos transversais, apresentando três secções intermediárias pigmentadas e as duas das extremidades, hialinas 34 FILO Basidiomycota Características gerais → Hifas septadas → Reprodução sexuada: basidiósporo → Reprodução assexuada: conídios Basidiósporos 35 Introdução Nos ambientes naturais os microrganismos se encontram, quase sempre, sob forma de populações mistas. Assim sendo, para que seja possível estudar as características das espécies que compõem estas misturas, é necessário fazer seu isolamento em cultura pura. Uma porção representativa da amostra é transferida, com assepsia, para meio de cultura sólido (ágar) em placas de Petri. Células microbianas contidas na amostra, suficientemente separadas, são imobilizadas no gel de ágar contendo nutrientes e se multiplicam, formando um agregado de células idênticas denominadas colônia. Cultura pura aquela em que todos os indivíduos originaram-se a partir de uma única célula e são mantidas geneticamente idênticas. Quando uma cultura é formada por células de uma mesma espécie, porém, não necessariamente geneticamente idênticas, diz que essa cultura é axênica. Na prática, é muito difícil manter uma cultura pura, por causa das mutações que ocorrem numa população muito elevada de bactérias. Por isso, normalmente uma cultura inicialmente pura será, ao final do tempo de crescimento, uma cultura axênica. Apesar disso, é comum nos referirmos a essas culturas como sendo puras, pelo fato de terem sido obtidas a partir de uma única célula. Os estudos microbiológicos e suas aplicações são efetuados com a população dos microrganismos e não com uma única célula, sendo somente válidos se realizados com culturas puras. Dentre as técnicas conhecidas para isolamento de microrganismos em cultura pura, as mais comumente utilizadas são a técnica do esgotamento e a técnica das diluições em placas. O isolamento em meio de cultura com ágar baseia-se no princípio de que quando se espalha uma quantidade suficientemente pequena de material, pode-se obter células individuais que crescem em colônias completamente separadas umas das outras. As técnicas utilizadas são a de esgotamento do inóculo (estrias) e a técnica ‘de mistura’ por espalhamento (alça de Drigalsky) e derramamento (“pour-plate” ou profundidade). Normalmente numa população microbiana mista, a concentração de microrganismos é Prática 5 Cultivo de microrganismos: diluição e espalhamento (superfície e pour plate) 36 bastante elevada, sendo necessário fazer diluições sucessivas quando se deseja fazer a contagem em placas e determinar a população viável na amostra. Para isso, realizam-se quantas diluições forem necessárias para que cresça na placa de Petri um número final de colônias entre 30 e 300, o que facilitará a contagem e a estimativa da população microbiana presente. Nesse caso, também, o espalhamento não deve ser feito por meio de estrias, mas aplicando-se uma pequena alíquota conhecida (normalmente 0,1 mL) sobre a superfície do meio sólido e espalhando-se com alça de Drigalsky. Outra opção é a utilização da técnica “Pour Plate”, na qual aplica-se primeiro a alíquota (1 mL) e depois se verte o meio liquefeito e resfriado a 50oC, fazendo-se movimentos rotatórios até que a suspensão de células fique bem distribuída no meio de cultura. O resultado será expresso como UFC (Unidades Formadoras de Colônias) por mililitro da amostra. Nesta aula prática, será realizado o procedimento para obtenção de cultura pura pelo método do esgotamento do inoculo em superfície de Agar e os procedimentos para contagem de bactérias pela diluição em placas. Objetivos 1- Realizar diluições seriadas de amostras microbianas para plaqueamento e contagem de colônias determinando Unidades Formadoras de Colônias por mL da amostra original (UFC/mL ou g) 3- Executar rotina de plaqueamento;Materiais Amostras de solo ou leite Erlenmeyer com 90 mL de solução salina estéril Erlenmeyer com meios de cultura Ágar Nutriente fundido (~45°C); Placas com meios de cultura Ágar Nutriente Placas de Petri estéreis Alças de Drigalsky Pipetas (1 mL e 0,1 mL) Tubos de ensaio com 9 mL de solução salina estéril Estufa à 37°C 37 Diluição seriada IMPORTANTE: Usar no máximo 100µL (0,1mL) de inoculo nas placas de Petri quando usado a técnica de espalhamento em superfície. Métodos de plaqueamento após realizada a diluição seriada 38 Procedimento Contagem de bactérias pelo método das diluições em placas 1. A partir da amostra original: solo (10g em 90 mL de solução salina) ou leite (1 mL em 9 mL de solução salina), realizar as diluições sucessivas, de 10-1 até 10-6 conforme figura acima; 2. Transferir 1 mL da amostra para tubo contendo 9 mL de solução salina estéril; 3. Homogeneizar; 4. A partir da diluição 10-4, proceder a inoculação de 0,1 mL em meio contendo ágar nutriente; 5. Espalhar o inoculo pelo método de espalhamento em superfície utilizando o auxílio de uma alça de Drigalsky; Cuidado: Somente passe a alça no fogo (vidro muito quente pode estourar!) 6. Incubar as placas a 37°C durante 24-48 horas. Resultados Faça a contagem das colônias obtidas nas placas que obtiverem entre 30 e 300 colônias e calcule a população total da amostra expressando a contagem em UFC/ mL (ou g) e preencha o quadro abaixo. Amostra/método de plaqueamento Diluição do tubo plaqueada Número de colônias obtidas (UFC) População total na amostra 1 2 3 4 A ESTIMATIVA DA POPULAÇÃO É DADA PELA FÓRMULA: População da amostra (UFC/mL ou g) = Número de colônias obtidas x fator de diluição do tubo x fator de diluição da alíquota. 39 Exercícios 1- Por que os meios sólidos são preferidos para o isolamento dos microrganismos? 2- Por que ao realizarmos contagem em placas consideramos somente aquelas onde tenham sido formadas entre 30 e 300 colônias? 3- Quais são as diferenças entre culturas mistas, puras e axênicas? 4- Qual é a finalidade das diluições seriadas, efetuadas durante o procedimento de enumeração de microrganismos? 5- Uma amostra de água tem 108 cels/ml, qual a diluição necessária de modo que a estimativa de contagem na placa final seja de 100 UFC/ml? 6- Com base no esquema abaixo, responda: a). Qual a diluição em cada etapa (A-F)? b). Qual a diluição total em cada uma das etapas (A-F)? 40 Introdução Dentre as técnicas conhecidas para isolamento de microrganismos em cultura pura, as mais comumente utilizadas são a técnica do esgotamento e a técnica das diluições em placas. O isolamento em meio de cultura com ágar baseia-se no princípio de que quando se espalha uma quantidade suficientemente pequena de material, pode-se obter células individuais que crescem em colônias completamente separadas umas das outras. As técnicas utilizadas são a de esgotamento do inóculo (estrias) e a técnica ‘de mistura’ por espalhamento (alça de Drigalsky) e derramamento (“pour-plate” ou profundidade). Nesta aula prática, será realizado o procedimento para obtenção de cultura pura pelo método do esgotamento do inoculo em superfície de ágar, utilizando estrias simples ou compostas e os procedimentos para contagem de bactérias pela diluição em placas. Objetivo: Realizar a técnica de isolamento/purificação por estrias simples e composta de isolados obtidos na aula anterior. Materiais Placas com microrganismos da aula anterior Placas com Ágar Nutriente Alças de platina Estufa à 37°C Procedimento: 1. Esterilize a alça de repicagem e espere esfriar atrás da chama; 2. Transfira assepticamente uma colônia bacteriana utilizando alça de repicagem para a superfície do meio de cultura; 3. Espalhe conforme uma das técnicas: estria simples ou estria composta; Prática 6 Obtenção de Cultura Pura: Técnicas de estrias simples e compostas 41 Fazer estrias no meio de cultivo Flambar a alça Estria composta Estria composta Estria composta Estria simples Fazer estrias no meio de cultivo Flambar a alça Estria composta Estria composta Estria composta Estria simples 4. Flambe novamente a alça, deixe-a esfriar no suporte; 5. Incube as placas em posição invertida, a 30oC, por 24 horas. Observe o crescimento de colônias isoladas. 42 Resultado Esquematize o crescimento obtido na superfície da placa estriada. Exercício: Indique uma colônia que você selecionaria para o isolamento. Se você não obteve uma colônia isolada, sugira as possíveis razões para essa falha e o que faria para corrigi-la. 43 Introdução Metabolismo é a soma de todas as reações químicas realizadas pela célula para se manter viva e replicar. Estas reações podem liberar energia (CATABOLISMO) ou consumir energia (ANABOLISMO). A forma mais importante de armazenar energia é o ATP. As reações catabólicas “quebram” moléculas (preferencialmente carboidratos), gerando ATP para a “construção” de novas macromoléculas no anabolismo. Os dois principais tipos de catabolismo de carboidratos são a respiração, em que a glicose é completamente quebrada, e a fermentação, em que ela é parcialmente quebrada. A glicólise é a via mais comum para a oxidação da glicose e comum para os dois processos (fermentação e respiração). O ácido pirúvico é o produto final. Nesta via, dois ATPs e duas moléculas de NADH são produzidas a partir de uma molécula de glicose. Respiração celular Durante a respiração, moléculas orgânicas são oxidadas através da glicólise, ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons. Na respiração aeróbica, O2 funciona como o aceptor final de elétrons. Na respiração anaeróbica, o aceptor final d e elétrons é uma molécula inorgânica que não o O2. O clico de Krebs consiste na descarboxilação do ácido pirúvico produzindo uma molécula CO2 e um grupo acetil. Os grupos acetil de dois carbonos são oxidados e os elétrons são capturados pelo NAD+ e FAD para a cadeia de transporte de elétrons. A partir de uma molécula de glicose, a oxidação produz seis moléculas de NADH, duas moléculas de FADH2 e duas moléculas de ATP. A descarboxilação produz seis moléculas de CO2. Os elétrons são conduzidos á cadeia de transporte de elétrons pelo NADH. A cadeia de transporte de elétrons consiste de transportadores, incluindo flavo-proteínas, citocromos e ubiquinas. Para geração de ATP, prótons são bombeados através da membrana gerando uma força próton-motiva enquanto os elétrons se movem por meio de uma série de aceptores ou transportadores. A energia produzida a partir do movimento dos prótons pela membrana é utilizada pela ATPsintase para fazer ATP a partir de ADP e P. Em eucariotos, transportadores de elétrons estão Prática 7 Metabolismo: respiração e fermentação 44 localizados na membrana mitocondrial interna; em procariotos, transportadores de elétrons estão na membrana plasmática. Em procariotos aeróbicos, 38 moléculas de ATP podem ser produzidas pela oxidação completa de uma molécula de glicose na glicólise, no ciclo de Krebs e na cadeia de transporte de elétrons. Em eucariotos, 36 moléculas de ATP são produzidas da oxidação completa de uma molécula de glicose. Na pratica de hoje, utilizaremos o azul de metileno como indicador de reações de oxidação e redução,que ocorre no processo respiratório. O azul de metileno apresenta coloração azul na sua forma oxidada, e quando reduzido, torna-se translúcido. Fermentação A fermentação libera energia de açúcares ou outras moléculas orgânicas através da oxidação parcial, produzindo menos energia que a respiração. O O2 não é necessário, mas pode ocorrer na presença deste. Na fermentação, duas moléculas de ATP são produzidas pela fosforilação em nível de substrato. Não existe cadeia de transporte de elétrons. Os elétrons removidos do substrato reduzem NAD+ e o aceptor final de elétrons é uma molécula orgânica. Na fermentação do ácido lático, ácido pirúvico é reduzido pelo NADH a ácido lático. Na fermentação alcoólica, acetaldeído é reduzido pelo NADH para produzir etanol. Fermentadores heteroláticos podem utilizar a via pentose fosfato para produzir ácido lático e etanol. Para ser “fermentável”, um composto precisa ser capaz de produzir intermediários tanto oxidáveis quanto redutíveis, por isso, não pode ser nem muito oxidado e nem muito reduzido. Os açúcares preenchem estas exigências admiravelmente e estão entre os compostos mais fácil e amplamente utilizados pelos microrganismos fermentadores. Outras substâncias, incluindo vários ácidos orgânicos, aminoácidos, purinas e pirimidinas podem ser fermentadas por algumas bactérias. Os produtos finais de uma dada fermentação variam com o tipo de organismo, natureza do substrato fermentável e, em alguns casos, com os fatores ambientais temperatura e acidez do meio. Contudo, a utilização de microrganismos fermentadores se presta devido principalmente à transformação de um alimento para outro com características mais peculiares no sabor, textura, aparência e digestibilidade, agregando-se assim valor a um produto primário, ou até 45 produzindo um novo alimento sem perda ou utilização de grandes quantidades de energia, visto que se trata de um dos mecanismos de biossíntese de menor gasto energético. As fermentações são controladas pelo homem através da escolha dos microrganismos, dos substratos, da temperatura e pH adequados. Objetivo Observar a atividade metabólica microbiana (respiração e fermentação) nos diferentes substratos/meios utilizados. Respiração celular Materiais Tubos com culturas bacterianas E. coli e Staphylococcus Solução de azul de metileno 1:10.000 Pipetas de 1 mL Procedimento: 1. Adicionar 0,5 mL da solução de azul de metileno no tubo com a cultura bacteriana; 2. Incubar em estufa a 37°C por 15 a 30 minutos; 3. Anotar o resultado antes e após incubação. Resultados: Coloração antes incubação: Coloração após incubação: Exercício 1. Explique o que aconteceu com o azul de metileno após a incubação do tubo. Por que isso ocorreu? 46 Fermentação Material Água destilada morna Farinha de trigo Açúcar Fermento biológico Erlenmeyer balões Procedimento: 1. Adicionar aproximadamente 150 mL de água morna nos 3 Erlenmeyer 2. No primeiro adicionar 2 colheres de fermento biológico 3. No segundo adicionar 2 colheres de fermento biológico e 2 colheres de farinha de trigo 4. No terceiro acionar 2 colheres de fermento biológico e 2 colheres de açúcar 5. Homogeneizar os 3 Erlenmeyer e colocar o balão na boca 6. Observar formação de gás Resultados Anotar os resultados obtidos na tabela abaixo: Amostra (Erlenmeyer) Produção de gás Positivo Negativo 1. Água morna + fermento 2. Agua morna + fermento + farinha 3. Água morna + fermento + açúcar Exercício 1. Explique o que aconteceu no Erlenmeyer 3. Por que o mesmo não ocorreu nos outros Erlenmeyer? 47 Introdução Identificar um dado organismo como espécie baseia-se no preenchimento das características atribuídas àquela espécie. O reconhecimento da fonte ou origem do espécime (ambiente, espécie animal, tipo de patologia e localização) do organismo é às vezes fundamental para identificação. A execução inadequada de um teste preliminar pode confundir e prejudicar todo processo de identificação. Na rotina laboratorial são utilizados certos testes chaves para reduzir o trabalho, o custo e abreviar o tempo requerido para diagnóstico. O processo de identificação dos microrganismos é efetuado através da determinação de um número mínimo de propriedades (PROVAS BIOQUÍMICAS). Portanto, quanto menor o número de observações efetuadas, maior o risco de erros de identificação. Usualmente é necessário utilizar organismos como controles positivos e negativos para a execução de cada teste. Provas bioquímicas A investigação das atividades metabólicas das bactérias “in vitro” é chamada de Provas Bioquímicas e servem para auxiliar o microbiologista a identificar grupos ou espécies de bactérias ou leveduras através da verificação das transformações químicas, que ocorrem num determinado substrato, pela ação das enzimas de um dado microrganismo. Como muitas vezes um determinado microrganismo possui um sistema enzimático específico, promovendo transformação bioquímica específica, as provas bioquímicas podem ser utilizadas na prática para a sua caracterização. Para a realização das provas bioquímicas é necessário utilizar meios de cultivo especiais contendo o substrato a ser analisado e fornecer ao microrganismo as condições nutritivas e ambientais necessárias ao seu desenvolvimento. Na prática de hoje, serão realizados uma série de provas bioquímicas para identificação de bactérias da família Enterobacteriaceae. Práticas 8 e 9 Identificação bacteriana: enterobactérias 48 Objetivo 1. Inocular bactérias em diferentes meios-teste; 2. Observar modificações nos meios-teste após cultivo microbiano e/ou adição de reagentes; 3. Comparar resultados obtidos com chaves de identificação descrita na literatura. Material Placas com culturas de bactérias E. coli, Proteus sp., Serratia sp. Meios de cultivo para testes de identificação bacteriana: Nitrito, Fenilalanina, Uréia, Fermentação (lactose, glicose e manitol), Lisina Descarboxilase, Malonato, Indol, H2S e Citrato. Procedimento: 1. Inocular cada cultura bacteriana em todos os meio-testes. 2. Incubar à 37 °C por 24-48h. 3. Observar resultado e buscar espécie na chave de Identificação Bioquímica. Meios-teste: NITRITO 100 mL Caldo Simples; 0,1 g Nitrato de Potássio: 0,1 g; pH 7,6 Reativo de Griess-Ilosvay: 1- 5 g Ácido Sulfanílico; 1000 mL Ácido Acético 5N 2- 5 g Naftilamina; 1000 mL Ácido Acético 5N Colocar algumas gotas de cada solução de Griess-Ilosvay no tubo de ensaio com bactéria crescida. O aparecimento da coloração róseo-avermelhada indica reação positiva. FENILALANINA 3 g Extrato de levedura; 2 g DL- fenilalanina; 1 g Na2HPO4; 5 g NaCl; 12 g Ágar; 1000 mL Água Destilada; pH 6,9 Após incubação, gotejar 4 a 6 gotas de uma solução de cloreto férrico 10 % sobre o crescimento. O aparecimento de cor verde indica reação positiva. 49 URÉIA 1 g Peptona; 5 g NaCl; 2 g KH2PO4; 1 g Glicose; 6 mL solução vermelho de fenol 0,2%; 10 g Uréia; 1000 mL água destilada; pH 6,9 Após incubação e crescimento, o aparecimento de coloração róseo-avermelhada indica reação positiva. FERMENTAÇÃO LACTOSE, GLICOSE E MANITOL 100 mL água peptonada; 0,0025 g vermelho de fenol; 1 g carboidrato (lactose ou glicose ou manitol) Após incubação, o aparecimento de coloração amarelada indica reação positiva. No tubo teste para glicose, observar formação de bolhas de gás no tubo de Durhan. LISINA DESCARBOXILASE Meio básico: 5 g Peptona; 3 g Extrato de levedura; 1 g Glicose; 1 mL vermelho de bromocresol (1,6 % em água); 1000 mL água destilada; pH 6,8 Lisina controle: meio básico sem aminoácidoLisina teste: meio básico acrescido de 0,5 % de Lisina Leitura: tubo controle: amarelo; tubo teste: vermelho-púrpura indica reação positiva. MALONATO 1 g Extrato de levedura; 2 g (NH4)2SO4; 0,6 g K2HPO4; 0,4 g KH2PO4; 2 g NaCl; 3 g Malonato de Sódio; 0,25 g glicose; 0,025 g azul de bromotimol; 1000 mL água destilada Alteração da coloração do indicador de verde para azul (pH 7,6) indica reação positiva; MEIO SIM (para testes H2S, INDOL e MOTILIDADE) 20 g Peptona de caseína; 6,1 g Peptona de carne; 0,2 g Tiossulfato de Sódio; 3,5 g ágar; 100 mL água destilada; pH 7,3 H2S Escurecimento do meio indica reação positiva INDOL Pesquisa de indol utilizando reativo de Ehrlich-Bohme: Solução 1: 1 g p-dimetilaminobenzaldeído; 95 mL álcool etílico (95%); 20 mL HCl concentrado Solução 2: Solução aquosa de Persulfato de Potássio 50 Após crescimento, adicionar partes iguais das soluções 1 e 2. O aparecimento de um anel róseo na superfície indica reação positiva. MOTILIDADE Inocular bactérias utilizando agulha, fazendo uma picada central até ¾ da profundidade do tubo. Crescimento difuso indica motilidade positiva, as imóveis ficam confinadas à linha da picada. CITRATO 5 g NaCl; 0,2 g Sulfato de Magnésio; 1 g Fosfato de amônio; 1 g Fosfato de Sódio; 5 g Citrato de Sódio; 0,08 g Azul de bromotimol; 20 g ágar; 1000 mL água destilada; pH 7,0 Alteração da cor verde do indicador azul de bromotimol para azul indica reação positiva. Resultado Completar tabela na próxima página. Exercícios 1. De um modo geral, como são identificadas bactérias causadoras de doenças em amostras clínicas? 2. Pesquise e descreva as reações metabólicas ocorridas em cada teste realizado na aula prática para identificação da bactéria. 51 IDENTIFICAÇÃO BIOQUÍMICA DE ENTEROBACTERIACEAE (MANUAL BERGEY, 1984) Citrobacter Enterobacter Escherichia Klebsiela Proteus Salmonella Serratia Shigella Yersinia Resultado da amostra Nitrito + + + + + + + + + Fenilalanina - - - - + - - - - Uréia +/- +/- - +/- + - +/- - + Lactose +/- - +/- + - - - - +/- Glicose + + + + + +/+ +/+ + +/+ Manitol + + +/- + - + + +/- + Lisina - +/- +/- +/- - + +/- - - Malonato +/- +/- +/- + - - - - - Indol +/- - +/- +/- +/- - - +/- +/- H2S - - - - +/- + - - - Motilidade + + +/- - + +/- + - - Citrato + + - + +/- +/- + - - - = 0 a 10 % das amostras são positivas; +/- = 26 a 75 % das amostras são positivas; + = 90 a 100 % das amostras são positivas. 52 Introdução Os microrganismos podem ter seu crescimento controlado por agentes químicos e físicos, os quais podem atuar eliminando ou impedindo o seu crescimento, criando condições nas quais eles não podem se reproduzir. Uma grande variedade de métodos pode ser utilizada, como, por exemplo, calor, radiações ionizantes, etc. A esterilização e desinfecção ou desinfestação de materiais são etapas básicas quando se trabalha num Laboratório de Microbiologia. Conceitos importantes referentes aos diferentes métodos de inibição do crescimento microbiano: ⇒ Esterilização- é o processo pelo qual eliminam-se todas as formas vivas presentes em um material ou ambiente. A esterilização pode ser realizada pelo calor, pela radiação pela filtração e por agentes químicos. Esses processos destroem células microbianas numa progressão geométrica; portanto, quanto menor à população inicial, mais rápida é a esterilização. É fundamental em todos os procedimentos microbiológicos. Os materiais, a água, os vasilhames utilizados na preparação de meios de cultura e soluções nutritivas para o crescimento de microrganismos devem ser isentos de qualquer forma de vida. As relações tempo/temperatura e volume/área do material ou meio a ser esterilizado, bem como a eficiência de penetração ou difusão do agente letal, devem ser considerados na definição do processo de esterilização. ⇒ Desinfecção- é a eliminação parcial (ou redução) do número de microrganismos (principalmente patogênicos) presentes em um material inanimado (utensílios, equipamentos, paredes, chão, mesas, etc). A desinfecção é feita por agentes químicos-que são os desinfetantes. ⇒ Assepsia- conjunto de processos (técnicas) utilizados para impedir a entrada de microrganismos em local que não os contenha ⇒ Sanitização- é o tratamento que leva a diminuição da vida microbiana nos utensílios alimentares e equipamentos de manipulação de alimentos até os níveis seguros de saúde publica. Processo realizado com agentes químicos que podem ser sabão ou detergente e desinfetantes do tipo sanitizantes. Prática 10 e 11 Controle do crescimento microbiano: Métodos físicos e químicos 53 ⇒ Antissepsia- Semelhante a desinfecção, porém relacionada a tecidos vivos. É feita, também, por meio de agentes químicos, denominados antissépticos, em concentrações adequadas para estes tecidos. MÉTODOS DE ESTERILIZAÇÃO/DESINFECÇÃO/ASSEPSIA Agentes Físicos: Calor, radiações, filtração. Calor: é um dos mais importantes métodos usados para o controle do crescimento de microrganismos. Acima da temperatura ideal de crescimento o calor vai promover a desnaturação de proteínas estruturais e enzimas, levando a perda da integridade celular e morte. Calor úmido na forma de vapor tem maior poder de penetração e elimina formas vegetativas dos microrganismos. A morte pelo calor é uma função exponencial que ocorre à medida que a temperatura se eleva. O tempo de redução decimal (valor D) é o tempo de exposição necessário a uma determinada temperatura para reduzir a um décimo o numero original de microrganismos viáveis (matar 90%). Quanto maior a temperatura menor será o valor D. É utilizado principalmente para esterilização de meios de cultura onde os microrganismos são eliminados pela combinação de temperatura, umidade e pressão em autoclave. A autoclave pode ser cilíndrica ou cúbica, horizontal ou vertical, dotada com um dispositivo elétrico ou a gás, que permite o aumento simultâneo da temperatura e pressão. O calor úmido, inativa os microrganismos pela coagulação das proteínas e é um processo muito mais eficiente que o calor seco, porque a água tem maior condutibilidade térmica que o ar. Tipos de tratamento por calor úmido Autoclave - 121oC/15 min Fervura - 100oC Vapor Fluente - 100oC - Contínuo - Fracionado (Tindalização): 30 min/ 3 dias Pausterização –Método muito usado na indústria de alimentos. Ocorre uma redução no numero dos microrganismos pela exposição breve a uma temperatura relativamente alta. Não esteriliza. Existem basicamente três tipos: Ultra-alta temperatura (ultra-high temperature, UHT) (141oC/2 s) Alta temperatura (higt temperature, short time, HTST (72oC/15 s) 54 Baixa temperatura (low temperature, LTH) (63oC/30 min) Esquema de funcionamento de uma autoclave, utilizada para esterilização de materiais por calor úmido. Calor seco: é o processo de esterilização por elevação da temperatura em ambiente com umidade extremamente baixa. É utilizada para vidraria e utensílios resistentes a altas temperaturas 1700C (Tabela). O equipamento utilizado é a estufa esterilizadora. Neste processo, os microrganismos são inativados pela oxidação dos componentes celulares, sendo as células vegetativas mais sensíveis ao calor do que as formas esporuladas. Para evitar contaminação das placas e pipetas após a esterilização, estas são previamente embaladas em papel jornal. As pipetas podem, ainda, ser esterilizadas dentro de suportes metálicos próprios para esta finalidade e podem ser armazenadas por vários meses em ambiente seco. Tempo e temperatura para esterilização de artigos e substancias segundo recomendações do Ministério da Saúde. ManômetroVálvula de exaustão de vapor Porta Saída de vapor sob pressão Jaqueta Câmara Saída de ar Entrada de vapor Válvula de saída de ar 55 Materiais Temperatura (oC) Tempo (minutos) Vidrarias 170 120 Aço inoxidável e outros metais 160 170 120 60 Vaselina líquida e outros óleos 160 120 Pós (100 gramas) 160 120 Baixas temperaturas: Métodos de controle dos microrganismos porque causa diminuição na taxa de crescimento e na atividade enzimática. Métodos que empregam baixa temperatura pode ser: refrigeração, congelamento. Radiações: constituem num método eficaz para reduzir ou eliminar os microrganismos. O material a ser esterilizado é submetido à ação de radiação ionizante (Raios X, γ) e ultravioleta (UV). Possuem energia para retirada dos elétrons das moléculas, ionizando-as (formando íons). A principal molécula ionizada é a água, com a formação de radicais tóxicos que levam a perda de elétrons por varias moléculas e formação de radicais livres. A ação mais prejudicial é no DNA, mas atinge outras moléculas como proteínas. Leva a morte celular. As principais fontes de radiação, γ-ionizante comercial são o cobalto 60 e o césio 137. A radiação gama é mais usada para esterilização de materiais plásticos, suprimentos médicos, materiais descartáveis e alimentos termolábeis (não permanecem resíduos de radiação) como hambúrguer e frangos. A radiação ionizante é extremamente perigosa, com alto poder de penetração, exigindo normas técnicas que regulamentam seu uso, o qual requer supervisão da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEM). Por ser um método de alto custo, no Brasil prevalece nos hospitais a esterilização por óxido de etileno. A radiação UV não é ionizante compreende comprimentos de onda entre 240-280nm sendo utilizada para desinfetar ambientes e superfícies, por causa do seu baixo poder de penetração. A radiação UV é absorvida por muitas substâncias celulares, mas de modo mais significativo pelos ácidos nucléicos. Tem ação mutagênica levando a formação de dímeros de timina, que impedem a ação da DNA polimerase. Muito usada em laboratórios nos fluxos laminares ou superfícies em geral, laboratórios clínicos e salas de cirurgia. 56 Filtração: normalmente utilizada para esterilização de meios líquidos e gases que são sensíveis ao calor (proteínas, aminoácidos, antibióticos, vitaminas). Os filtros mais usados são: acetato, policarbonato, porcelana, cerâmica, papel-celulose e filtros de membrana (éster de celulose) com poros de diâmetro conhecidos. Outros métodos físicos de controle do crescimento microbiano: Dessecação, Liofilização, Defumação, Remoção de Oxigênio, Vibração Ultra-Sônica. Agentes Químicos: são substâncias químicas de origem natural ou sintética usadas para eliminar ou inibir o crescimento dos microrganismos. Visam esterilização, descontaminação, desinfecção, anti-sepsia de materiais ou ambientes (salas cirúrgicas, câmaras assépticas, bancadas de laboratório). Sua ação depende de vários fatores como concentração, tempo de contato, pH, temperatura, tipo de microrganismos, etc. Apresentam efeitos: Efeito estático - inibição do crescimento. Em condições normais os microrganismos voltam a crescer. Efeito microbicida - morte dos microrganismos. Exemplos de agente químicos: Desinfetantes, agentes alquilantes, oxido de etileno, fenol, clorofórmio, álcool, metais pesados, compostos halogenados, etc. Objetivo: Verificar a eficácia de métodos físico-químicos no controle do crescimento microbiano. 57 Aula 10: Métodos Físicos: radiação UV Material tubos de ensaio com suspensão bacteriana placas de Petri estéreis (sem meio) Swabs Placas de Petri com NA Procedimento Você terá disponível 5 tubos de ensaio com suspensão bacteriana a ser testada. 1. Colocar 10 ml da suspensão bacteriana (Tubo 1) em uma placa de Petri (sem meio de cultura e previamente esterilizada) em capela de fluxo laminar. 2. Expor a placa com a suspensão bacteriana a luz UV por 5 minutos (usar a luz UV da capela). Desligar a UV. 3. Retirar uma amostra (swab) e plaquear por superfície em AN. 4. Proceder o mesmo que os itens 1 e 2 porém o tempo de exposição será de 10 minutos (Tubo 2). Repetir o procedimento 3. 5. Suceder de igual forma até o tempo de exposição de 20 minutos (Tubo 3 – 15 min; Tubo 4 – 20 min). 6. Plaquear um tubo (Tubo 5) diretamente em placa AN, sem exposição à luz UV (controle). Resultados Ensaios Tempo de exposição (minutos) Número de colônias formadas 1 5 2 10 3 15 4 20 Controle 0 58 Aula 11: Métodos químicos: detergente e iodo Material Placas de Agar Nutriente Swab Detergente Álcool iodado a 2% Procedimento: 1. Dividir a placa com AN em três partes (controle, detergente e iodo); 2. Carimbar o dedo sem lavar (controle), lavado com detergente e tratado com solução de álcool iodado a 2 % nos locais apropriados da placa; 3. Incubar em estufa a 37°C por 24-48 h. 4. Anotar resultados de crescimento/ausência de crescimento dos diferentes tratamentos. Resultados Anotar os resultados na tabela abaixo. Tratamento Crescimento Ausência de crescimento Controle Iodo Detergente Aula 11: Métodos químicos: antibiograma Material Tubos de ensaio com culturas bacterianas Staphylococcus sp. e Proteus sp. Placas de Petri com Ágar Muller-Hinton Swabs estéril Pinça Discos com antibióticos: cefoxitina, clindamicina e ciprofloxacina 59 Procedimento 1) Inocular assepticamente as suspensões bacterianas nas placas com Ágar Muller-Hinton com auxílio do swab, tomando cuidado para que toda placa fique coberta; 2) Com auxílio de uma pinça previamente flambada, transfira assepticamente os discos de papel contendo os antibióticos para a superfície do meio de cultura inoculado. (OBS: cada placa deve conter um disco de cada antibiótico); 3) Incubar as placas em estufa à 37oC, por 24 horas. 4) Observar o crescimento bacteriano e as zonas de inibição em torno dos discos de papel. Medir o diâmetro (mm) da zona de inibição com régua e anotar os resultados na tabela abaixo. Resultado Anote o tamanho (mm) dos halos de inibição obtidos para cada bactéria nos diferentes antibióticos. Halo de inibição (mm) Bactéria Cefoxitina Clindamicina Ciprofloxacina Staphylococcus sp. Proteus sp. Cefoxitina: inibe síntese da parede celular Clindamicina: inibe síntese de proteínas Ciprofloxacina: inibe síntese de DNA Resultados de Referência - sensível Bactéria Cefoxitina Clindamicina Ciprofloxacina Staphylococcus sp. ≥ 22 mm ≥ 17 mm ≥ 17 mm Proteus sp. ≥ 22 mm ≥ 17 mm ≥ 17 mm 60 QUESTÕES 1). Existem diferenças do modo de ação dos antibióticos contra bactérias Gram positivas e Gram negativas? 2). Quais os principais mecanismos de ação dos antibióticos sobre as células microbianas? 3) Antibióticos que agem sobre o peptideoglicano são ativos contra fungos e vírus? Explique. 4)- Explique como agem o iodo, calor e a radiação UV para ser efetivos no controle do crescimento microbiano. 5). Conceitue assepsia, desinfecção e esterilização. 6). Construa um gráfico de concentração de células x tempo de exposição sob luz UV. 61 Referências ALEXOPOULOS, C.J. & MIMS, C.W. Introductory Mycology. Singapore: John Wiley & Sons, 1979. 632 p. BERGEY, D. H., BUCHANAN, R. E., & GIBBONS, N. E. (1974). Bergey's manual of determinative bacteriology. Baltimore, Williams &Wilkins. BROCK, T.D. & MADIGAN, M.T. Biology of microorganisms. New Jersey: Prentice Hall International, 2012. 835 p. BUCHANAN, R.F.; GIBBONS, N.E. Bergy’s Manual of Determinative Bacteriology. 8 th. Ed. Baltimore, Wllians & Wilkins Co. 1974. CAPPUCINO, J.G., SHERMAN, N. Microbiology: a laboratory manual. 6th Edição.491 p. 2001. LARPENT, J. P. & LARPENT-GOURGAUD, M. Microbiologia Prática. São Paulo: Edgard Blucher Ltda-USP, 1975. 162p. LOURES, E. G. & GUIMARÃES, W. V. Microbiologia. Técnicas de laboratório. Principais provas Empregadas para Identificação de Bactérias. Viçosa, Imprensa Universitária, U. F. V. 1981. NEDER, R.N. Microbiologia: Manual de Laboratório. 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