Crescimento microbiano CINETICA

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CRESCIMENTO MICROBIANO
em suspensão em meio líquido
Fases da divisão celular – fissão binária (p.ex. E.coli)
Microscopia de 
contraste de fase
Microscopia de fluorescência 
(coloração do nucleóide
com DAPI)
Detecção das proteínas que 
formam o anel FtsZ)
- Anel proteico (~10000 moléculas FtsZ) no centro da célula, quando começa a 
segregação dos dois nucleóides (DNA). Fts – “Filamentous temperature sensitive”
- Proteinas Fts do anel proteico → divisoma (no centro da célula em divisão; orquestra síntese da 
membrana plasmática e da parede celular durante enlongamento da célula, seguindo-se constrição 
para formar o septo e separação das células).
(combinação de colorações –
nucleóide e anel FtsZ)
Fase C
Ciclo celular
(ex. Eschericia coli)
Fase D
E. coli
Tempo de geração médio, em condições óptimas 
~ 25 minutos
EXPERIÊNCIA DE CRESCIMENTO DE UMA 
POPULAÇÃO MICROBIANA EM SUSPENSÃO EM MEIO LIQUIDO
A 
B
1. INOCULAÇÃO
2. INCUBAÇÃO COM AGITAÇÃO 
ORBITAL CONSTANTE E 
TEMPERATURA CONTROLADA
3. DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE CÉLULAS, AO LONGO DO TEMPO
CRESCIMENTO EXPONENCIAL
Escherichia coli – tempo de duplicação ~ 25 minutos 
Imagine que arranja uma forma de manter uma população de células de E. coli em 
crescimento exponencial durante 24 horas. Se partir de uma única célula, estime
quantas células obteria após esse período de 24 horas.
24 horas ⇒ 57 duplicações
= 140.737.488.400.000.000 células
(~1,4 x 1017)
~ 144 Kg de biomassa
1 célula
(10-12 gramas)
(http://www.e-escola.utl.pt)
Evolução da concentração de células da população microbiana
[células] 1 21 22 2n (após n gerações) 
CRESCIMENTO 
EXPONENCIAL
[células] N0 N0. 21 N0.22 N0.2n (após n gerações) 
Concentração de células no início da 
fase de crescimento exponencial
Concentração de células após 
um periodo de tempo t de 
crescimento exponencial - Nt.
n
=
log Nt - log N0
log 2
n - nº de gerações ocorridas durante o 
período t de crescimento exponencial
Nt = N0.2n ⇒
g = t / n g é o tempo de duplicação (ou, de geração) (min ou h) 
Representação gráfica do crescimento exponencial 
Escala logaritmica
t0
N0
Fase 
exponencial
g
N
,
Cinética do crescimento exponencial
Crescimento exponencial equilibrado –
células completamente adaptadas às 
condições de crescimento
→→→→ N pode representar:
- Concentração de células, N;
- Densidade óptica da cultura, DO; 
- concentração de biomassa, X, 
- concentração de qualquer componente celular 
(p.ex. proteinas) 
dNt
= µ.Nt
dt
Representação matemática (fase exponencial)
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, th edition,Mc GrawHill, 2002
Nt = N0 e
µ (t-t0)lnNt = lnN0 + µ (t-t0) (1)
Equivalente a 
Ou 
µ -taxa específica 
de crescimento da 
população microbiana
(t-t0) = g quando Nt = 2.N0 
Substituindo na equação (1)
g = ln 2
µ
(h; min)
µ - taxa específica de crescimento da população 
microbiana (o valor de µ corresponde ao declive 
da recta lnNt vs. (t-t0))
Unidades : 
tempo-1
(h-1; min-1)
ln Nt = lnN0 + µ (t-t0) (1)
A equação que representa o crescimento exponencial de uma população microbiana 
corresponde à equação de uma recta ( onde y = lnNt , x = (t-t0))
y = b + ax
b – ordenada na origem (= ln N0)
a - declive (= µ)
���� Estimativa da taxa específica de crescimento da população, µ
� Estimativa do tempo de duplicação da população, g
� Contagem de células viáveis (N)
- Método das diluições sucessivas e espalhamento
em meio sólido
�Método espectrofotométrico (DO)
• Determinação da massa celular (biomassa, X)
� Contagem directa de células
– Câmaras de contagem (microscópio óptico)
– Contadores electrónicos
OBTENÇÃO DA CURVA DE CRESCIMENTO DA POPULAÇÃO MICROBIANA
MÉTODOS PARA AVALIAR A
CONCENTRAÇÃO DE CÉLULAS NUMA POPULAÇÃO MICROBIANA
CONTAGEM DE CÉLULAS VIÁVEIS 
[expresso em UFC (Unidades Formadoras de Colónias) por ml de suspensão]
N = 1.59 x 105 UFC / ml
Método das diluições sucessivas e 
espalhamento em meio sólido
As placas devem ter entre 
~ 20 e 300 colónias
DETERMINAÇÃO ESPECTROFOTOMÉTRICA DA DENSIDADE CELULAR
(Densidade Optica – DOλ - medida a um comprimento de onda, λ, particular)
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 
th edition,Mc GrawHill, 2002
DO = Abs 
= - log T/100
= log (I0/I) 
I0
I0
I
I
I0 – intensidade de luz incidente 
( λ particular)
I – intensidade de luz transmitida 
através da suspensão de células
Transmitância (T) = (I/Io) x 100 (%)
�
D
O
6
4
0
n
m
0
Concentração de células 
Teórico
Medido
Medições no 
espectrofotómetro
BIOMASSA - representado normalmente porX
Estimativa da biomassa seca (peso seco)
- Pesagem da massa de células presentes na cultura microbiana. 
- Peso seco ou húmido
- É usado em circunstâncias específicas, como, por exemplo 
quando se pretende obter o rendimento em biomassa do crescimento.
Em certas condições, o aumento da massa
pode não reflectir crescimento da população, mas 
aumento de compostos de reserva
Câmara de contagem
Figure 6.5
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, th edition,Mc GrawHill, 2002
Observação no
Microscópio
Óptico 
• Lâmina de vidro especial, onde
está marcado um reticulado com 
dimensões conhecidas; também é
conhecida a distância da lâmina à
lamela, sendo possível estimar o 
volume de suspensão de células
sobre o reticulado.
• Fácil, barato e rápido. 
• Útil para contar células de 
eucariotas e procariotas.
• Não distingue células viáveis de 
mortas.
CURVA DE CRESCIMENTO DUMA POPULAÇÃO MICROBIANA 
EM DESCONTÍNUO (“BATCH”)
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, th edition,Mc GrawHill, 2002
Fase de latência Fase exponencial
L
o
g
 
O
p
t
i
c
a
l
 
D
e
n
s
i
t
y
 
(
O
D
.
 
-
-
-
)
Fase de morte
Fase estacionária
Cultura “batch” – sistema fechado (excepto troca de gases)
Exemplo – cálculo da taxa específica de crescimento 
Variação da concentração de células duma população bacteriana
(incubação em meio de cultura líquido, a 37ºC)
Tempo (h) N (células / mL)
0 1.0 x 104
0.5 1.0 x 104
1 1.5 x 104
2 3.0 x 104
2.5 3.6 x 104
3 4.9 x 104
4 5.0 x 104
Estimativa da taxa específica de crescimento da população, µ
ln (3.0 x 104) - ln (1.5 x 104)ln N2 – ln N1
(2-1)
µ = = = 0.7 h-1
(Análise de regressão linear: ln Nt vs. t →→→→ declive = 0.7 →→→→ µ = 0.7 h-1 ) 
Latencia
Exponencial
Estacionária
Declive: 0,7 
0 1 2 3 4 
Tempo (h)
x
 
1
0
4
 
N
(
E
s
c
a
l
a
 
l
o
g
a
r
i
t
m
i
c
a
)
�
��
�
��
�
População duplica 
em 1h
Estimativa do tempo de duplicação, g 
g = ln2 / µ = ln2 / 0.7 = 1 h
1
2
3
4
5
Valores de g e de µ dependem de:
- potencial genético da estirpe microbiana.
- composição do meio de cultura;
- condições ambientais (Temperatura, pH, 
disponibilidade de água, nível de oxigénio, etc.)
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, th edition,Mc GrawHill, 2002
Crescimento 
diáuxico
Consumo de glucose
Consumo de lactose
Glucose 
esgotada
l
n
 
[
 
C
é
l
u
l
a
s
 
v
i
á
v
e
i
s
]
Tempo
Glucose rapidamente metabolizada;
Repressão da expressão do operão da lactose 
(Fenómeno: Repressão Catabólica)
Exemplo: 
Crescimento de população de Escherichia coli
em meiode cultura com duas fontes de C e energia,
glucose e lactose.
lactose glucose + galactose β-galactosidade
INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO DE 
NUTRIENTE LIMITANTE 
NO CRESCIMENTO MICROBIANO
5
4
3
2
1
0 1 2 3 4 
Tempo (h)
[
B
i
o
m
a
s
s
a
]
X
(
m
g
/
L
)
 
 
�
��
�
�
�
�
[
N
u
t
r
i
e
n
t
e
]
,
 
S
 
(
-
-
-
)
30
15
0
A cheio (vermelho) - Curva de crescimento expressa em termos de evolução da concentração total 
de biomassa formada (escala logaritmica) em função do tempo.
A tracejado (azul) – Evolução da concentração do nutriente S ao longo do tempo de crescimento.
The relationship between concentration of limiting nutrient, 
growth rate (green curve) and growth yield (red curve) 
in a batch culture (closed system).
At low nutrient concentrations both growth rate and growth yield are affected.
A taxa específica de crescimento, µ, depende da 
concentração de nutriente limitante (S) fornecida no meio de cultura 
, S
µmax
µmax
2
Ks
Concentração 
saturante de S
EQUAÇÃO DE MONOD
µ = µmax
S
Ks + S
→ Situação raramente encontrada nos 
ambientes naturais, onde um ou mais nutrientes 
estão normalmente presentes em concentrações 
limitantes ( ⇒ µ < µmax )
µmax
- Taxa específica máxima de crescimento 
- quando concentração de S é saturante; 
– sistemas de transporte transmembranar 
para o nutriente S estão saturados
– Constante de semi-saturação
- numericamente igual à concentração de substrato
que permite uma taxa de crescimento igual a 
metade da µmax; 
– reflecte a afinidade dos sistemas de transporte 
transmembranar para a molécula do nutriente 
limitante (maior Ks⇒ menor afinidade ⇒ menor µ)
Os valores das constantes µmax e KS dependem:
- das caracteristicas intrínsecas do microrganismo;
- do substrato limitante; 
- das condições ambientais (ex. Temperatura, pH, etc.)
KS
Microrganismo Temperatura Nutriente limitante µmax (h-1) Ks (mg/L)
Escherichia coli 37ºC Glucose 0.8-1.4 2-4
Escherichia coli 37ºC Glicerol 0.9 2
Escherichia coli 37ºC Lactose 0.8 20
Saccharomyces cerevisiae 30ºC Glucose 0.5 25
Candida tropicalis 30ºC Glucose 0.5-0.6 50-75
- Competição entre diferentes microorganismos (p.ex. S. cerevisiae e C. tropicalis)
, S
- Y reflecte a eficiência do crescimento microbiano relativamente ao nutriente (substrato) limitante 
usado para crescimento 
(fins comerciais / custos de produção)
Rendimento 
do crescimento, Y =
Biomassa total formada (fase estacionária)
Massa de nutriente usada
= 
X
S
Inibição pelo substrato
FACTOR DE RENDIMENTO EM ATP (YATP) = 
Biomassa produzida (g)
ATP produzido (moles)
Medida da eficiência com que a célula utiliza para crescimento (i.e. biossíntese de novo 
de biomassa) a energia que produz. 
Conceito de ENERGIA DE MANUTENÇÃO
Exemplo: 
S – fonte de C e energia, fermentiscível (p.ex. glucose)
S
BIOSSÍNTESE DE MATERIAL CELULAR (CRESCIMENTO)
ENERGIA ( ATP)
Energia de MANUTENÇÃO (desvio)
(Ex. Gastos em renovação de macromoléculas (proteínas, RNA), 
expulsão activa de metabolitos tóxicos, manutenção de gradientes 
electroquímicos de iões e do pH intracelular em níveis óptimos, etc.
Para uma dada estirpe microbiana, o valor YATP depende das condições ambientais.
Quanto mais afastadas das condições óptimas, maiores são os gastos de energia para manutenção:
⇒ ↓ YATP
verifica-se que YATP real < YATP teórico(i.e., admitindo que 
todo o ATP sintetizado 
é usado para 
biossíntese) 
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 
th edition,Mc GrawHill, 2002
Esquema de bioreactor (ou fermentador)
industrial para microrganismo aeróbio
(Note os sistemas para medição e controlo de 
temperatura, pH, nivel de oxigénio e 
para análise de metabolitos – biosensor unit) 
“Scale-up” na produção industrial de microrganismos
(exemplo- produção de células da levedura Saccharomyces cerevisiae)
TIPOS E EXEMPLOS DE 
PRODUTOS DE ORIGEM 
MICROBIANA 
Metabolitos primários vs. secundários
Metabolito primário
associado ao metabolismo 
essencial do microrganismo 
(Ex. etanol, produzido em resultado 
da fermentação alcoólica)
Tempo
C
o
n
c
e
n
t
r
a
ç
ã
o
 
d
e
 
c
é
l
u
l
a
s
 
o
u
m
a
s
s
a
 
c
e
l
u
l
a
r
 
C
o
n
c
e
n
t
r
a
ç
ã
o
 
d
e
 
p
r
o
d
u
t
o
 
f
o
r
m
a
d
o
Crescimento
Crescimento
Formação de
metabolito primário
Formação de 
metabolito secundário
(
 
 
 
 
 
 
 
)
(
 
 
 
 
 
 
 
)
Metabolito secundário
após a fase de produção das 
células (após o crescimento exponencial),
normalmente a partir de um metabolito
primário ou de substrato usado para 
crescimento que esteja em excesso
Ex. antibióticos produzidos
por fungos miceliais ou por 
bactérias)
CULTURA CONTÍNUA DE 
MICRORGANISMOS NO QUIMIOSTATO
QUIMIOSTATO – opera por fornecimento do nutriente limitante do crescimento a uma taxa constante
(relacionada com o caudal de entrada do meio de cultura fresco), de modo que a densidade celular 
(biomassa) e a taxa específica de crescimento do microrganismo se ajustam a este fornecimento.
X, S, F
Esquema de 
funcionamento
de um bioreactor para a
cultura contínua de
microrganismos
(exemplo - quimiostato)
S0, F
Caudal de alimentação do meio fresco = caudal de saída da cultura = F (Litros/hora)
Volume da cultura no quimiostato = V = constante (L)
F
D – taxa de diluição = (h-1) (inverso do tempo de retenção médio da célula
V no interior do quimiostato)
O quimiostato permite manter a população microbiana em crescimento 
equilibrado, isto é, na fase de crescimento exponencial, durante 
períodos de tempo longos – i.e. em ESTADO ESTACIONÁRIO.
TAXA DE DILUIÇÃO
ESTADO ESTACIONÁRIO
Equação do estado estacionário no quimiostato
� Balanço de massas à massa celular, X
(não há morte celular; 
não há entrada de células do exterior, X0=0))
S0, F
X, S, F
V = volume de cultura 
no quimiostato (L)
X – massa celular (g/L)
F – caudal (L/h)
S – concentração de nutriente
Limitante (g/L)
µ – taxa específica de crescimento (h-1)
T – tempo (h)
Massa celular 
produzida 
Variação da 
massa celular 
no quimiostato
= -
Massa celular
que sai no
efluente
dX
dt
= 0Estado
estacionário ⇒
-
F
V
.XdX
dt = 
µ.X
µ.X F
V
.X⇒ = ⇒ F
V
µ = = D
D – taxa de diluição (h-1)µ = D
Estado estacionário (“steady state”) no quimiostato
Dependência da concentração de biomassa (X), da concentração de nutriente limitante (S) 
e do tempo de duplicação da população microbiana no estado estacionário, em função da
taxa de diluição a que o quimiostato opera (D). 
(S0)
(X)
(S)
(D)
Nota: alteração de F → alteração da taxa de diluição, D
Exemplo: Volume cultura = 5000 mL; Caudal através do
quimiostato, F = 2500 mL/hora --- D = 0,5 h-1
“WASHOUT”
(quando D ≥≥≥≥ Dc 
Dc – taxa de diluição crítica)
� Desvio ao modelo estabelecido para o quimiostato (X em função de D):
Caso - limitação do crescimento pela fonte de C 
Microrganismos quimiorganotróficos hetrotróficos (p.ex., nutriente limitante S é fonte de Carbonoe 
de energia) → uma parte significativa da energia produzida a partir de S é desviada para gastos 
energéticos de manutenção (Energia de Manutenção). 
Mensurável quando a taxa de diluição a que o quimiostato opera é muito baixa
(S0)
(X)
(S)
(D)
Vantagens/aplicações do crescimento microbiano em contínuo no quimiostato
(versus crescimento descontínuo ou “batch”):
� Produto com características constantes durante períodos de tempo longos
� População microbiana na fase exponencial do crescimento durante períodos 
longos (semanas, meses)
� Culturas em crescimento exponencial com taxas específicas de crescimento diferentes
(através da (simples) modificação da taxa de diluição → útil para estudos fisiológicos) 
� Maiores produtividades, e eliminação de tempos mortos 
� Vantagens na selecção de microrganismos que sejam mais competitivos 
na utilização do nutriente limitante
� Vantagens no estabelecimento de culturas de enriquecimento para isolamento de
populações microbianas específicas a partir de populações mistas (por ex., amostras
ambientais)
A afirmação (ou não) de um dado microrganismo face a outro (p.ex., se a população for mista), depende da 
relação entre os coeficientes de Monod para os microrganismos em causa (depende em particular da constante de
semi-saturação para o substrato S, KS, que é inversamente proporcional à eficiência com que o microrganismo
utiliza o nutriente limitante).
Microrganismo A Microrganismo BEXEMPLO
Quimiostato a 
operar com D = µA µA = µmax A
S
KsA + S
D = 
���� Se KSB > KSA ⇒⇒⇒⇒
µB =
µmax B
S
KsB + S
µB < µA ⇒ µB < D ⇒
Só o microrganismo A permanece no quimiostato
B não permanece no quimiostato (i.e. sofre “washout”)
���� Se KSB < KSA ⇒⇒⇒⇒ µB > µA ⇒ µB > D ⇒ B permanece no quimiostato, juntamente com A
µmaxA ~ µmaxB 
Em cultura contínua, um microrganismo invasor (p.ex. contaminante ou mutante viável) 
pode acumular no quimiostato, se for competitivo, isto é, se utilizar o nutriente limitante 
eficientemente face à estirpe microbiana original ⇒ contaminação da cultura original.
Mas, se não for competitivo, é expulso do quimiostato.
NOTAS sobre crescimento microbiano
CRESCIMENTO MICROBIANO
O crescimento microbiano é definido como o aumento coordenado de todos os constituintes celulares
(por exemplo, ácidos nucleicos, proteínas, lípidos ). Este aumento está normalmente associado ao aumento 
do número de células em consequência da multiplicação celular.
É definido como o crescimento duma população de células dum microrganismo, ou seja, 
o aumento do número de células do microrganismo ao longo do tempo. 
É normalmente quantificado em termos do aumento no tempo de: 
(i) nº de células; (ii) densidade óptica da cultura; ou, (iii) massa celular (biomassa).
Em certas condições, o aumento da massa pode não reflectir crescimento da população, mas 
aumento de compostos de reserva (p.ex. glicogénio, poli-β-hidroxibutirato, etc.)
Grande parte dos microrganismos multiplica-se por fissão binária (p.ex. maior parte das bactérias) ou 
por gemulação (p.ex. maior parte das leveduras). Em consequência do processo de multiplicação
celular, uma célula dará origem a duas ao fim de um certo período de tempo que é designado por 
tempo de geração ou duplicação. 
O conhecimento dos valores de µ (taxa especifica de crescimento) e de g (tempo de duplicação) 
para um dado microrganismo permite:
- prever como evoluirá a concentração de células ao longo do tempo de incubação num determinado
meio de cultura e/ou em determinadas condições ambientais;
- testar o efeito de uma determinada alteração das condições ambientais sobre o 
crescimento do microrganismo (p.ex. modificação do meio de cultura, da Temperatura, etc.)
⇒⇒⇒⇒ OBJECTIVOS ESSENCIAIS:
� seleccionar as condições de cultura óptimas para um dado microrganismo.
���� estabelecer métodos que permitam controlar o crescimento de microrganismos.
O tempo de duplicação (ou geração) pode repetir-se várias vezes, enquanto estiverem disponíveis no 
meio de cultura nutrientes em quantidade suficiente para assegurarem os metabolismos 
catabólico (bioenergético) e anabólico (biossíntese) das células e enquanto as condições ambientais 
forem favoráveis.
A duração do crescimento exponencial de bactérias em meio de cultura laboratorial 
depende da bactéria em causa e pode ficar limitada por falta de nutrientes, privação de 
oxigénio, acumulação de produtos tóxicos, ou outros factores. 
Contadores electrónicos
(ex. Contador coulter, citómetro de fluxo)
• São instrumentos usados para contar partículas em suspensão.
• Possuem um pequeno orifício onde é estabelecida uma corrente eléctrica
por recurso a 2 eléctrodos.
• Suspensão de células é forçada a passar pelo orifício.
• A passagem de cada partícula (célula, esporo, etc.) causa uma diminuição
momentânea da condutividade eléctrica entre os eléctrodos.
• Os períodos de interrupção da corrente eléctrica são contados,
sendo essa contagem uma medida do número de partículas presentes na
suspensão.
• Fácil e rápido
• Não permite distinguir células viáveis de mortas
• Útil para microrganismos grandes, mas não para a maior parte das 
bactérias
FASES DO CRESCIMENTO MICROBIANO EM DESCONTÍNUO
Fase de latencia
Não ocorre aumento mensurável do número de células. Fase de adaptação ao novo meio 
(p.ex. síntese de novas enzimas) e a condições ambientais novas.
Duração da fase de latência – pode ser longa (várias horas), quando estão presentes 
compostos tóxicos, substratos dificeis de metabolizar ou o inóculo é insuficiente (nº de 
células viáveis ou vitalidade das células insuficientes). 
Fase exponencial
Crescimento da população com taxa (velocidade) constante. Durante esta fase, em que 
todos os nutrientes estão presentes em excesso, os microrganismo dividem-se e a 
população cresce com uma taxa específica de crescimento máxima. O valor desta taxa 
de crescimento depende do potencial genético do microrganismo, da composição do 
meio de cultura e das condições de crescimento (temperatura, pH, disponibilidade de 
água, etc.). 
Fase estacionária
O crescimento da população pára, devido a esgotamento de nutriente essencial
ou acumulação de metabolito tóxico. Parte das células podem permanecer viáveis durante
algumas horas à custa do consumo de materiais de reserva endógenos.
Algumas espécies bacterianas exibem, nesta fase de crescimento, a produção de endósporos.
Fase de morte
Perda irreversível da capacidade de divisão celular; ocorre o decréscimo progressivo 
no nº de células viáveis da população. 
Cultura “batch” – sistema fechado (excepto troca de gases)
QUIMIOSTATO – opera por fornecimento do nutriente limitante do crescimento a uma taxa constante
(relacionada com o caudal de entrada do meio de cultura fresco), de modo que a densidade celular 
(biomassa) e a taxa específica de crescimento do microrganismo se ajustam a este fornecimento.
Meio de cultura fresco (esterilizado) é fornecido contínuamente (caudal F), o qual contém, entre outros 
nutrientes, o nutriente limitante (concentração S0). Simultâneamente, parte da cultura é removida, com 
o mesmo caudal F a que meio de cultura fresco entra. O efluente removido contém células do 
microrganismo (biomassa, X), assim como produto(s) sintetizado(s) pelas células. A concentração de 
nutriente limitante à saída (S) é, em condições operacionais adequadas, muito baixa ou 
aproximadamente nula.
NOTAS SOBRE CULTURA CONTÍNUA
No estado estacionário (no quimiostato):
� a taxa específica de crescimento do microrganismo (µ) é controlada pela taxa 
de diluição a que o quimiostato opera (D) (i.e. é válida a equação µ = D) 
e, consequentemente, pela razão entre o caudal (F) e o volume de cultura no 
recipiente (V)
⇒ é possível obter populações microbianas em crescimentocom taxas específicas 
de crescimento diferentes através da alteração da taxa de diluição aplicada no 
quimiostato
���� a densidade celular (biomassa, X) obtida no quimiostato é controlada pela 
concentração do nutriente limitante, sendo válida a equação
X = Y (S0-S) 
onde Y é o rendimento do crescimento para o substrato limitante e S representa a
concentração residual do nutriente limitante no quimiostato.
� Modelo para o crescimento no quimiostato – equação de Monod
i.e., o valor da taxa de diluição, D, relaciona-se com a concentração de nutriente 
limitante do crescimento com base na equação de Monod
µmax
S
Ks + S
D = D = µ →
D. KS
µmax - D
→ S = 
Notas sobre as representações gráficas da concentração de biomassa (X), da
concentração de nutriente limitante (S) e do tempo de duplicação da população
microbiana no estado estacionário, em função da taxa de diluição a que o 
quimiostato opera (D). 
� A densidade celular (biomassa, X) é igual, para uma gama larga de taxas de diluição a que o 
quimiostato pode operar (consequentemente, a concentração residual de nutriente limitante, S, no 
quimiostato é mantida com um valor baixo, uma vez que este nutriente está a ser consumido pelas 
células da cultura em crescimento) ;
� Apesar da concentração de biomassa permanecer constante, a taxa específica de crescimento pode 
variar com a variação da taxa de diluição que é aplicada no quimiostato (porque µ = D); quanto maior 
a taxa de diluição, maior a taxa de crescimento da população (e, inversamente, menor é o 
tempo de duplicação ou geração).
� A gama de valores de taxa de diluição, D, a que o quimiostato pode operar é limitada. O valor limite 
é a taxa de diluição crítica (Dc). Para valores muito altos da taxa de diluição (D ≥ Dc), o crescimento
celular não consegue compensar a diluição da cultura, e a população de células sai do quimiostato
(“Wash-out” – “lavagem” do quimiostato) ; consequentemente, nessas condições, a concentração de 
nutriente limitante aumenta, porque não é consumido ; quando D ≥ Dc ⇒ S=S0)
� A taxa de diluição torna-se crítica e ocorre o “Wash-out” quando a taxa de diluição a que o 
quimiostato opera ultrapassa a taxa específica máxima de crescimento da população microbiana (µmáx)
� Cultura contínua permite estabelecer condições selectivas para o enriquecimento de 
amostras ambientais (populações mistas) em microrganismos específicos
Por exemplo:
� microganismos capazes de metabolizar eficientemente nutrientes tóxicos ou 
dificilmente metabolizáveis (comparativamente a outros microrganismos presentes 
numa amostra ambiental, p.ex. solo, água, esgoto, etc.)
P.ex. Útil para o isolamento de microrganismos capazes de biodegradar 
hidrocarbonetos do petróleo, benzeno, fenol, ácido benzóico, pesticidas ou 
outros compostos orgânicos, a partir de solo (população mista).
(nestes casos, o quimiostato é inoculado com a amostra ambiental; o meio de cultura fresco contém o composto em causa 
como substrato limitante para crescimento e é fornecido contínuamente com taxa de diluição adequada; nestas condições, 
prolifera(m) preferencialmente o(s) microrganismo(s) que seja(m) capaz(es) de metabolizar eficientemente o composto em 
causa; outros microrganismos que não tenham essa capacidade (p.ex, com µ < D) eventualmente presentes na amostra 
ambiental, sofrerão “washout”, sendo expulsos do quimiostato)
Em cultura contínua, mediante a selecção de taxa(s) de diluição adequada(s), é possível 
seleccionar uma população de células dum microrganismo único, que seja muito competitivo 
e metabolize muito eficientemente um composto orgânico face a outros microrganismos 
menos competitivos eventualmente presentes numa população mista inicial.
Pelo contrário, em cultura descontínua/“batch”, todos os microrganismos, mais ou menos competitivos
na utilização do composto orgânico, permanecem no meio de cultura 
⇒ cultura “batch” é menos eficiente quando se pretende seleccionar microrganismos muito eficientes 
na utilização do composto em causa como substrato para crescimento. 
1 ���� Contaminação da cultura
Em cultura contínua, é necessário manter condições de esterilidade durante períodos longos.
A adição contínua de meio fresco e o arejamento aumentam a probabilidade de ocorrer contaminação
da cultura. Contudo, condições especiais, tais como temperaturas elevadas, valores de pH extremos
e substratos pouco usuais podem reduzir a probabilidade de ocorrer contaminação da cultura.
2 ���� Degenerescência da cultura
Durante a multiplicação celular dum certo microrganismo pode ocorrer uma mutação expontânea, e 
surgir um mutante viável na cultura.
Em cultura contínua, um microrganismo invasor (contaminante ou mutante viável) acumula 
no quimiostato se for competitivo, isto é, se utilizar o nutriente limitante eficientemente face 
à estirpe microbiana original ⇒ contaminação da cultura original.
Mas, se não for competitivo, é expulso do quimiostato.
Na cultura “bacth”, todo o contaminante (ou, mutante viável) capaz de utilizar o 
nutriente limitante acumula no meio de cultura, juntamente com o microrganismo 
que se pretende cultivar ⇒ contaminação da cultura original.
Consequências
Se ocorrer: