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AULA PRÁTICA O Universo da Microbiologia Profa. Dra. Natália Franco Taketani UNIVERSO MICROSCÓPICO Devido ao seu tamanho microscópico, os microrganismos são normalmente invisíveis a olho nu (a excepção ocorre quando, ao crescerem em populações com milhões de indivíduos, se tornam macroscopicamente observáveis, como acontece por exemplo com as colónias de bactérias ou de leveduras, com os micélios dos fungos filamentosos ou com algumas das suas estruturas de reprodução, como os cogumelos). Mas cada célula microbiana é, por definição, microscópica e, por esse motivo, a microbiologia é fundamentalmente uma ciência laboratorial. A maioria dos estudos laboratoriais ocorre em culturas puras, podendo assim estudar- se várias características morfológicas ou bioquímicas da espécie em estudo. Mas na natureza, os microrganismos não se encontram isolados dos outros seres vivos; de facto, a maioria ocorre em comunidades diversas com outros microrganismos e com seres macroscópicos, quer plantas quer animais, em meio terrestre, em meio aquático e em meio aéreo. Como são microscópicas, as células microbianas encontram-se aderidas a superfícies vivas (células ou tecidos de seres macroscópicos), a superfícies orgânicas (por exemplo, matéria orgânica morta) ou a superfícies minerais. Assim, a sua observação em ambiente natural torna-se muito difícil, se não mesmo impossível na maioria dos casos. Porém para trabalharmos no laboratório com técnicas de microbiologia devemos ter o ambiente controlado para termos certeza que o que estamos manipulando seja o que realmente se pretende e que não ocorrerá contaminações por outros micro-organismos. MEIOS DE CULTIVO Os microrganismos estão presentes na natureza em comunidades mais ou menos complexas. No entanto, para o estudo de muitas características dos microrganismos é necessário o seu isolamento em culturas puras. A cultura e o isolamento de microrganismos são duas operações básicas em microbiologia. O crescimento de comunidades microbianas em meios de cultura no laboratório, permite a obtenção de culturas puras – culturas que contêm apenas um tipo de microrganismo – ou de culturas mistas – culturas que têm mais do que um tipo de microrganismo. 2 Os meios de cultura possibilitam a multiplicação de microrganismos em laboratório sob condições controladas, o que permite o seu isolamento e caracterização morfológica e bioquímica. As exigências metabólicas do mundo microbiano são muito diversificadas, pelo que os meios de cultura utilizados devem corresponder às exigências específicas do tipo de microrganismo que se quer cultivar. MÉTODOS ASSÉTICOS Quando se pretende cultivar uma cultura de um único microrganismo é importante que não existam contaminações provenientes dos meios e materiais utilizados na manipulação dessa cultura e do meio ambiente, isto é, que se trabalhe em condições de assepsia. Todos os cuidados de assepsia devem observar dois princípios fundamentais: - Não permitir que microrganismos existentes no laboratório contaminem as amostras. - Não permitir que as culturas em estudo contaminem o laboratório. Todos os objectos que entrem em contacto com as culturas (incluindo os meios de cultura) devem ser esterilizados. A transferência de culturas de um meio para outro deve ser realizada junto a uma chama de um bico de Bunsen ou dentro de uma câmara de fluxo laminar. Bico de Bunsen O bico de Bunsen é usado para a quase totalidade de aquecimentos efetuados em laboratório, desde os de misturas ou soluções de alguns graus acima da temperatura ambiente, incluindo procedimentos assépticos em Microbiologia (Figura 1C). O gás combustível é geralmente, o gás de rua ou o G.L.P. (gás liquefeito de petróleo). O comburente, via de regra, é o ar atmosférico. Como se vê na Figura 1A, com ó anel de ar primário parcialmente fechado, distinguimos três zonas de chama: a) Zona Externa: Violeta pálida, quase invisível, onde os gases francamente expostos ao ar sofrem combustão completa, resultando CO2 e H2O. Esta zona é chamada de zona oxidante. b) Zona Intermediária: Luminosa, caracterizada por combustão incompleta, por deficiência do suprimento de O2. O carbono forma CO (monóxido de carbono) o qual decompõe-se pelo calor, resultando diminutas partículas de C (carbono) que, incandescentes dão luminosidade à chama. Esta zona é chamada de zona redutora. c) Zona Interna: Limitada por uma "casca" azulada, contendo os gases que ainda não sofreram combustão mistura carburante. Dependendo do ponto da chama, a temperatura varia; podendo atingir 1560 oC (Figura 1B). 3 Abrindo-se o registro de ar, dá-se entrada de suficiente quantidade de O2 (do ar) dando- se na região intermediária combustão mais acentuada dos gases, formando, além do CO, uma maior quantidade de CO2 e H2O, tornando assim a chama quase invisível. Figura 1. Funcionamento do Bico de Bunsen. A – Componentes e tipos de chama do Bico de Bunsen; B – Temperaturas da chama do Bico de Bunsen; C – Esquema da área de trabalho asséptico dada pelo Bico de Bunsen. INOCULAÇÃO Inoculação é a contaminação proposital de um meio de cultura, ou seja, é a transferência de um determinado número de micro-organismos para um meio de cultura a fim de que estes se desenvolvam No processos biotecnológicos normalmente é usado um volume de inóculo de ~10%. COLORAÇÃO DE GRAM É chamado de coloração de Gram o método de coloração utilizado para diferenciar espécies bacterianas em dois grupos, bactérias gram-positivas e gram-negativas. Entre os fatores que irão diferenciar gram-positivos de gram-negativos, está a coloração das bactérias, a composição e propriedades químicas e físicas das paredes celulares (Figura 2). O método de coloração de Gram é considerado um dos mais importantes dentro dos laboratórios de análises clínicas e microbiologia. Nas bactérias Gram-negativas, o álcool remove os lipídios da membrana externa da parede celular, aumentando a sua permeabilidade; o complexo violeta de cristal-iodo pode assim ser extraído, descorando as bactérias. Nas bactérias Gram-positivas, o tratamento com álcool resulta na sua desidratação, com redução da permeabilidade da parede e consequente retenção do complexo violeta de cristal-iodo A B C (Amarela) (Azul) Zona interna 4 Figura 2. Diferença entre as Bactérias Gram positivas e Gram negativas em microscópio ótico. Metodologia da Coloração de Gram Materiais - Lâminas - Culturas bacterianas em meio líquido e sólido - Swab - Papel de filtro - Óleo de cedro (óleo de imersão) - Microscópio - Bico de Bunsen Método - É necessário fazer um esfregaço na lâmina de vidro com o swab com a amostra desejada. - É importante fixar o esfregaço para que este não se perca durante as etapas de lavagem entre a utilização de um e outro corantes, para isso passar a lâmina com o esfregaço sobre a chama do Bico de Bunsen, até que este esteja completamente seco (Figura 3). Figura 3. Fixação do esfregaço. - Cobrir o esfregaço com solução de Cristal Violeta por cerca de 1 minuto para que o Cristal Violeta penetra a parede de ambos os tipos de células (Gram + e Gram -) (Figura 4). 5 Figura 4. Imerssão em Cristal Violeta. - A seguir, lavar em água corrente com o pissete. A lavagem com água é importante após cada etapa para que uma substância utilizada não interfira na ação da próxima. Nesse caso, a lavagem serve para retirar o excesso de corante (Figura 5). Figura 5. Processo de lavagem. - Cobrir o esfregaço com solução de Lugol fraco por cerca de 1 minuto. O Lugol é uma solução de Iodo e funciona como mordente nesta etapa da coloração, ou seja, ele fixa o corante Cristal Violeta na parede da célula, pois forma um complexo grande CV-I (Figura 6) Figura 6. Complexaçãodo Cristal Violeta com Logol 6 - Novamente lavar com água, e então lavar com álcool absoluto até que não saia mais corante da lâmina (10 – 15 segundos). O álcool absoluto, ou solução de álcool-acetona, funciona como diferenciador da coloração: nas Gram +, o álcool desidrata a matriz glicoproteica (peptidoglicano), reduzindo os poros da parede e impedindo a saída do complexo CV-I, corando a célula de roxo; nas Gram -, o álcool dissolve a membrana externa, de caráter lipídico (lipoproteínas, fosfolipídeos, LPS), fazendo com que o complexo CV-I saia da parede, deixando a célula descorada e com os poros da matriz glicoproteica abertos da matriz glicoproteica abertos (Figura 7). Figura 7. Desidratação da parede celular pelo álcool. - Lavar com água corrente em abundância, para que não reste álcool sobre a lâmina. É importante prestar com bastante atenção nesta etapa, pois se restar algum álcool na lâmina a coloração não prosseguirá, já que o próximo corante não se fixará na lâmina (Figura 5). - Cobrir o esfregaço com fucsina por cerca de 30 segundos. A fucsina age de diferentes formas nas diferentes células: nas Gram +, os poros estão reduzidos, impedindo que a fucsina penetre na parede celular, não alterando a cor roxa; nas Gram -, os poros da camada de peptidoglicano estão abertos, permitindo que a fucsina penetre na célula, corando-as de vermelho (Figura 8). 7 Figura 8. Coloração com a Fucsina. - Lavar com água e secar suavemente com papel. Após secar suavemente a lâmina, observar ao microscópio na objetiva de imersão (100x), com óleo de cedro/mineral e identificar a célula corada. MICROSCÓPIO Em primeiro lugar é essencial que você conheça as partes ópticas e mecânicas dos microscópios (Figura 4). 8 Figura 9. As partes do microscópio óptico. Na observação de uma preparação, inicie sempre pela objetiva de menor aumento; para focalizar com aquelas de 20 ou 40 vezes, proceda da seguinte forma: • Escolha uma estrutura na preparação, mova a lâmina até que o objeto fique exatamente no centro do campo, em seguida mude para a objetiva de maior aumento, olhando por fora para evitar o choque com a lamínula. • Olhar pela ocular e abaixar o tubo ou elevar a platina com o macrométrico muito lentamente; assim que a imagem aparecer, mesmo confusa, parar e completar a focalização com o micrométrico. • O uso da objetiva de imersão é mais delicado, pois a distância focal entre a face da objetiva e a parte superior da lamínula, diminui quando a ampliação é aumentada. • Em primeiro lugar, assegure-se da existência de algo no campo, posicionando a objetiva de menor aumento. • Certifique-se que a iluminação e o objeto estão bem centrados, suspenda o tubo e coloque uma gota de óleo no centro da operação; o óleo deve ter o mesmo índice de refração da objetiva; • Abaixe o tubo até colocar a lente frontal em contato com a gota de óleo ainda convexa, até a mudança de forma da mesma; suspenda levemente o tubo, mas sem perda de contato com a gota, coloque os olhos nas oculares e abaixe o tubo muito lentamente; assim que a imagem aparecer, complete a focalização com o micrométrico. 9
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