Crescimento e Nutrição Microbiana

Prévia do material em texto

15/08/2017
1
CRESCIMENTO/ 
NUTRIÇÃO MICROBIANA
DISCIPLINA DE MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA
Aula 03
Profa. Cláudia Carreira
CONCEITOS BÁSICOS
CONCEITOS BÁSICOS
• TEMPO DE GERAÇÃO:
• intervalo para 1 célula se 
multiplicar
• Ex: 10 a 20 min
• 1 a 3 horas
• Dias...
Não é uma valor 
absoluto
NUTRIÇÃO
GENÉTICA
Fatores físicos e inorgânicos 
que alteram o CRESCIENTO
Temperatura
pH
Oxigênio
CO2
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
35 a 36º.C
Condições adequadas para o crescimento e 
metabolismo
Bolsa periodontal
 na saúde: 36,8º.C
 na doença: 39º.C
 P. gengivalis, Bacterioides forsythus, 
Campylobacter rectus
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
15/08/2017
2
Tipos de MOs - TEMPERATURA Tipos de MOs - TEMPERATURA
MESÓFILO:
- Mais comuns
- T ótima: 25ºC a 40ºC
- Maioria dos MOs
patogênicos e 
deteriorantes
Tipos de MOs - TEMPERATURA
TERMÓFILOS:
- T ótima: 50ºC a 60ºC
- Solo exposto ao sol
- Águas termais/ de 
torneiras quentes
HIPERTERMÓFILOS:
- T ótima: 80ºC a 121ºC
- Arquibactérias
- Vulcão
- Chaminés hidrotermais
Concentração hidrogênico-iônica (pH)
• pH ótimo em torno de 7 
• Microbiota normal humana
• MOs patogênicos
• pH 3 – Lactobacillus (acidófilos)
0
ácido
7
neutro
14
básico
Lactobacillus
p
H
ESSENCIAL –
SER HUMANO
VENNENO –
ALGUMAS 
BACTÉRIAS
Tipos de MOs - OXIGÊNIO
Aeróbios
obrigatórios
Anaeróbios
obrigatórios
Anaeróbios
facultativos
Microaerófilos Anaeróbios
aerotolerantes
Aeróbios obrigatórios:
- Utilizam átomos de 
hidrogênio + O2 = H2O + 
energia
- Reação = Neutralizam gás 
tóxico
O
X
I
G
Ê
N
I
O
15/08/2017
3
Tipos de MOs - OXIGÊNIO
Aeróbios
obrigatórios Anaeróbios
obrigatórios
Anaeróbios
facultativos
Microaerófilos Anaeróbios
aerotolerantes
Anaeróbios obrigatórios:
- Incapazes de utilizar O2 para 
obter energia
- Geram formas de oxigênio 
tóxicas e não tem enzimas ou 
neutralizantes deste produto
- Oxigênio Singleto (1O-2)
- Radicais superóxidos (O2
-)
- Peróxido de hidrogênio 
(H2O2)
- radical hidroxila (-OH)
- Ozônio (O3)
SAUDÁVEL X GENGIVITE
Doenças da Polpa e Periápice
NaOCl
+ Endo PTC
Tipos de MOs - OXIGÊNIO
Aeróbios
obrigatórios Anaeróbios
obrigatórios
Anaeróbios
facultativos
Microaerófilos Anaeróbios
aerotolerantes
Anaeróbios facultativos:
- Utilizam O2 quando 
presente
- Ausência do O2: 
produção de energia
- Fermentação
- Respiração anaeróbica
Tipos de MOs - OXIGÊNIO
Aeróbios
obrigatórios Anaeróbios
obrigatórios
Anaeróbios
facultativos
Microaerófilos Anaeróbios
aerotolerantes
Microaerófilos:
- Poucas espécies
- São aeróbias
- Concentração de O2  ar
Tipos de MOs - OXIGÊNIO
Aeróbios
obrigatórios Anaeróbios
obrigatórios
Anaeróbios
facultativos
Microaerófilos Anaeróbios
aerotolerantes
Anaeróbios aerotolerantes:
- Não utilizam O2 para 
crescimento
- Toleram bem o O2 – enzimas
- Fermentam carboidratos 
ácido lático = INAPROPRIADO 
PARA O CRESIMENTO DOS 
AERÓBIOS (lactobacilos)
15/08/2017
4
Disponibilidade de O2
• ANAERÓBIAS OBRIGATÓRIAS
• Não conseguem crescer na 
presença de O2
• AERÓBIOS OBRIGATÓRIOS
• Exigem O2 para o crescimento
• ANAERÓBIOS FACULTATIVOS
• Crescem na ausência ou presença 
de O2
• ANAERÓBIOS AEROTOLERANTES
• crescem melhor na ausência de 
O2
• MICROAERÓFILOS
• Precisam de  concentração de 
O2
Disponibilidade de CO2
• Todas bactérias necessitam de certa concentração de CO2
• Capnofílicas – necessitam de teor livre de CO2 superior a 
5%
• EX: técnica da vela
G
Á
S
C
A
R
B
Ô
N
I
C
O
Compostos orgânicos 
necessários para o CRESCIENTO
Carbono
Nitrogênio
Enxofre
Fósforo
Célula
CARBONO (50%)
NITROGÊNIO (14%)
FÓSFORO
ENXOFRE
(4%)
POTÁSSIO
MAGNÉSIO
CÁLCIO
Carbono
• Fator essencial para o crescimento
• Esqueleto estrutural da matéria viva
•Metade do peso seco da célula = Carbono
• Substrato – síntese dos componentes estruturais
• Fontes de obtenção – CO2 ou compostos orgânicos 
Fontes de Carbono
• AUTOTÓFICAS: utilizam CO2 como única fonte 
• FOTOSSÍNTESE – clorofila
• QUIMIOSSINTÉTICAS – reações químicas
• HETEROTRÓFICAS – utilizam compostos orgânicos
• Carboidrato, aminoácidos (proteínas), celulose
15/08/2017
5
Nitrogênio (14% peso)
• Essencial para produção dos Aminoácidos e Ácidos 
nucleicos (DNA/ RNA)
• Fonte: compostos da decomposição dos aminoácidos 
(carne, cérebro)  incorporam de volta para a célula
• Formas iônicas na natureza (nitritos e íons amônio)
• Gás Nitrogênio
• Essencial para produção dos acido nucleicos (DNA/ RNA) e 
fosfolipídios (membranas celulares).
• Importante para formação das moléculas de ATP (energia)
FÓSFORO
ENXOFRE
• Essencial para produção de vitaminas
• formar aminoácidos que contém enxofre
• Zinco, cobre, ferro cobalto
• Necessários em pequenas quantidades – podem ser tóxicos em 
concentração
• Co-fatores para atividades de algumas enzimas
Oligoelementos
Vitaminas
• B12, ácido fólico
• Substâncias orgânicas utilizadas como co-enzimas.
Curva de crescimento
•fases de desenvolvimento de uma cultura bacteriana
•adaptação, desenvolvimento (crescimento),extinção de 
nutrientes e morte
•fases: lag, exponencial (log), estacionária e morte
Curva de Crescimento
Fase lag (adaptação)
• Não há um aumento significativo da população - número de 
organismos permanece praticamente inalterado.
• A fase lag ocorre porque as células de fase estacionária encontram-se 
depletadas de várias coenzimas essenciais e/ou outros constituintes 
celulares necessários à absorção dos nutrientes presentes no meio.
15/08/2017
6
Fase lag (adaptação)
• Sintese de DNA, transcrição do RNA, produção de enzimas
• A fase lag também é observada quando as células sofrem 
traumas físicos (choque térmico, radiações) ou químicos 
(produtos tóxicos), ou quando são transferidas de um meio 
rico para outro de composição mais pobre, devido a 
necessidade de síntese de várias enzimas.
Fase log (fase exponencial)
• Nesta etapa, as células estão plenamente adaptadas, absorvendo os 
nutrientes, sintetizando seus constituintes, crescendo e se 
duplicando.
• Neste momento, a quantidade de produtos finais de metabolismo 
ainda é pequena.
• A taxa de crescimento exponencial é variável, de acordo com o 
tempo de geração do organismo em questão
Fase log (fase exponencial)
• Nesta fase são realizadas as medidas de tempo de geração.
◦ S. cerevisiae : g= 90 minutos
◦ E. coli : g= 20 minutos
MOs bucais – 20 a 90 min
Fase Estacionária
• Nutrientes estão escasseando 
• Produtos tóxicos estão mais abundantes.
• Não há um crescimento líquido da população
• Número de células que se divide = número de células que morrem.
• É na fase estacionária que são sintetizados vários metabólitos 
secundários, que incluem antibióticos e algumas enzimas. Nesta etapa 
ocorre também a esporulação das bactérias.
Fase de Declínio (fase de morte)
• A maioria das células está em processo de morte, embora 
outras ainda estejam se dividindo. 
• Em alguns casos há a lise celular.
MEDIDAS DE CRESCIENTO
Direto
Contagem em cultura viáveis
Turbidez
15/08/2017
7
Contagem direta CONTAGEM DIRETA
VANTAGENS
• Rápido
• Barato
• Material: Câmara de contagem
•  Confiável
DESVANTAGENS
• Não consegue distinguir as 
células vivas e mortas
• Contagens errôneas 
• Aglomerados
• Tamanho
ESTIMATIVA: comparação com suspensões padrões 
EX: Escala de MacFarland
C
o
n
ta
ge
m
 d
e 
cu
lt
u
ras 
vi
áv
ei
s
24h
CONTAGEM CULTURAS VIÁVEIS
VANTAGENS
• + utilizada em laboratório
• Barato
• Material: tubos e placas
• No. de MOS = estimativa
• Vivos
• Permite contar MOs diferentes
DESVANTAGENS
• Contagens errôneas 
• estimativa
ESTIMATIVA: realizar o 
teste em triplicata
 Confiável
CONTAGEM DA MASSA DE 
CÉLULAS
• Pesagem
• Conteúdo úmido
• Conteúdo seco
CONTAGEM POR 
TURBIDIMETRIA
• Máquina especializada
• espectrofotômetro
• Rápida
• Confiável
Turbidimetria - Espectrofotômetro
Leitura positiva:
Há mais de 1 
milhão de céls
por ml 
15/08/2017
8
ESCALA DE MacFarland DUPLICAÇÃO CELULAR
• PROCARIOTICOS – fissão binária
• Duas células filhas idênticas
• Processo complexo
• Ciclo de DNA
• Ciclo de divisão
• * Conjugação
• * Brotamento
Célula cresce até o dobro
Duplicação e segregação do DNA
SIMULTANEAMENTE
Mesossomo
Replicação mat. genético
Enlongamento
2 mesossomos  guiam 
deslocamento para polos 
opostos da célula
Enlongamento máximo
Formação do septo
Células idênticas
Conjugação 
Plasmídeo F  produzir Pilis F
Plasmídeo R  produzir Resistência
Plasmídeo T  produzir Toxinas
Bactéria Maxo
Bactéria Fêmea
Crescimento Microbiano
• aumento na quantidade de constituintes celulares
• célula nova => cromossomo completo + nutrientes suficientes para 
iniciar ciclo 
• tempo para ciclo completo de crescimento -
• Ex. E. coli => 20 minutos
• Micobactérias => 13 – 15 hs
Crescimento Microbiano
• CONTROLE DA DIVISÃO CELULAR
• Diversas proteínas identificadas
• Proteínas Fts (filamentous sensitive proteins) FtsZ => mais bem 
estudada (E. coli)
• Função: interação e formação do anel de divisão (divisome)
15/08/2017
9
CICLO VEGETATIVO/ESPORO
Bacillus subtilis
CRESCIMENTO
Carbono
Hidro
gênio
Água
Vários 
íons
FATORES 
ESSENCIAIS
FATORES 
ESSENCIAIS –
matéria prima 
para construção 
de proteínas, 
estruturas e 
membranas
carboidratos
aminoác
idos
Energia
ATP
Lipídios
MATÉRIA PRIMA
(ex: PAREDE CELULAR)
energia
ATP - energia
carboidrato
proteína
lipídio
energia
energia
energia
CATABOLISMO
Quebra do substrato 
e conversão de 
energia
MATÉRIA PRIMA
(ex: PAREDE CELULAR)
energia
ANABOLISMO
Utilizar a energia 
para a síntese
15/08/2017
10
METABOLISMO 
ANABOLISMO
Utilizar a energia 
para a síntese
CATABOLISMO
Quebra do substrato 
e conversão de 
energia
PROCESSO INTERLIGADO
INTERRRELACIONADO
nutrientes
• substâncias encontradas no ambiente
• participam do anabolismo e catabolismo celular
• divididos em dois grandes grupos: 
•Macronutrientes – necessário em grandes quantidades
•Micronutrientes - necessários em pequenas quantidades
 COMPOSIÇÃO:
 90% água
 9% macromoléculas
 Ácidos nucleicos
 Proteínas
 Polipeptídeos
 Lipídios
 1% pequenas moléculas
 Ínos
 Outros compostos
NUTRIÇÃO - ADSORÇÃO
M
EI
O
 IN
TE
R
N
O
M
EI
O
 E
X
T
ER
N
O
MACROMELÉCULAS
ENZIMAS
SISTEMA DE 
TRANSPORTE
NUTRIÇÃO - ADSORÇÃO
M
EI
O
 IN
TE
R
N
O
M
EI
O
 E
X
T
ER
N
O
MOLÉCULAS MENORES
ENZIMAS
SISTEMA DE 
TRANSPORTE
NUTRIÇÃO - ADSORÇÃO
M
EI
O
 IN
TE
R
N
O
M
EI
O
 E
X
T
ER
N
O
MOLÉCULAS MENORES
ENZIMAS
SISTEMA DE 
TRANSPORTE
CARBONO :
 PRODUZIR ENERGIA
 SINTETIZAR CARBOIDRATO