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Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● MICROBIOLOGIA 1 www.medresumos.com.br FISIOLOGIA BACTERIANA – NUTRIÇÃO E METABOLISMO BACTERIANO A análise das estruturas bacterianas revela que sua arquitetura é formada por diferentes macromoléculas, constituídas por distintas unidades. Essa análise nos leva a crer que a constituição molecular das bactérias não é muito diferente quando comparada a células eucarióticas. Todos os tipos de células, incluindo a bacteriana, são constituídos por cerca de 70% de água, indicando que suas reações estão preparadas para ocorrer em meio aquoso. Os 30% restantes são compostos de matéria seca (macromoléculas) que compõem a parede celular, os ribossomos, a região nuclear ou a membrana bacteriana. 70% Água; 30% Matéria seca: proteínas, DNA, RNA, lipídeos, lipopolissacarídeos, metabólitos. REQUISITOS NUTRICIONAIS A maioria das bactérias são heterotróficas. As substâncias ou elementos retirados do ambiente para construir novos componentes celulares ou para obter energia são chamados de nutrientes. Os nutrientes podem ser divididos em duas classes: macronutrientes (compostos orgânicos celulares) e micronutrientes. Ambos os tipos são imprescindíveis, mas os primeiros são requeridos em grandes quantidades por serem os principais constituintes dos compostos orgânicos celulares e/ou por serem utilizados como combustível. MACRONUTRIENTES (COMPOSTOS ORGÂNICOS CELULARES) Em laboratório, esses nutrientes (90% da constituição molecular) são cedidos às bactérias nos meios de cultura, enquanto que no corpo humano, o próprio sangue os fornece. Fonte de carbono: as bactérias podem utilizar o carbono inorgânico existente no ambiente, na forma de carbonatos ou de CO2, como única fonte de carbono. São, nesse caso, chamadas de autotróficas. Os micro- organismos que obrigatoriamente requerem uma fonte orgânica de carbono são denominados heterotróficos. Fonte de nitrogênio: está disponível na natureza sob a forma de gás (N2) ou na forma combinada. Para um grupo de bactérias, além do nitrogênio compor as proteínas e ácidos nucleicos, ele serve para formar nitrato que é o aceptor final de elétrons da cadeia de transporte em anaerobiose. Fonte de oxigênio: é requerido na forma de molécula como aceptor final da cadeia de transporte de elétrons aeróbia. É, portanto, assimilado tanto na forma de molécula como na forma combinada. Fonte de hidrogênio: com exceção de um pequeno grupo de bactérias que necessita de H2 na forma molecular, é obtido pelas bactérias na forma combinada. MICRONUTRIENTES Correspondem a um percentual menor da constituição molecular bacteriana (10%) e são eles: potássio, cálcio, ferro, magnésio, manganês. Atuam como componentes de proteínas, enzimas e componentes de estruturas celulares. Os esporos (forma de resistência da bactéria), por exemplo, são formados por íons cálcio associados ao ácido acetilcolínico. CONDIÇÕES DE CULTIVO Os meios de cultura são representados por um conjunto de substâncias que tem como finalidade o crescimento microbiano. Para cultivar micro-organismos, deve-se obedecer a requisitos básicos obrigatórios, quais sejam: inoculá-los em meios de cultura adequados e incubá-los em condições ambientais igualmente adequadas. Um inóculo é uma amostra de material que contém geralmente uma pequena quantidade de micro-organismos; obedecidas as condições citadas, os micro-organismos contidos no inóculo multiplicam-se, aumentando em número e massa e, com isso, atingindo o objetivo desejado. Os meios de cultura devem ser ricos em fatores de crescimento: vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas. Algumas outras bactérias exigem a presença de sangue para o meio de cultura (Ágar base + sangue de carneiro = Ágar sangue). CLASSIFICAÇÃO DOS MEIOS DE CULTURA 1. Quanto à composição Meios sintéticos: são meios de cultura que apresenta uma constituição química definida. Ex: Ágar Mueller Hinton; Ágar sangue (Blood-Agar-Base, BAB). Complexos (naturais): não se tem uma ideia fixa de concentração de nutrientes no meio, ou seja, não tem uma composição química definida. Ex: leite, suco de frutas, caldo de carne. Arlindo Ugulino Netto. MICROBIOLOGIA 2016 Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● MICROBIOLOGIA 2 www.medresumos.com.br 2. Quanto ao estado físico Sólidos: meios com aspecto gelose devido à presença do Ágar, um polímero obtido de algas marinhas que tem como função única fornecer uma consistência sólida ao meio, sem estar relacionado à nutrição. Ex: Ágar sangue Semissólidos: apresentam uma pequena quantidade de Ágar. Líquidos: não apresentam Ágar em sua composição. Quando há presença de bactérias, o meio apresenta-se turvo. Ex: Caldo BHI (Brain Heart Infusion), um meio extremamente rico em nutrientes derivado do coração e cérebro bovino. 3. Quanto à finalidade Meio seletivo: seleciona o crescimento de espécies específicas de bactérias. Ex: Ágar manitol salgado faz crescer o Staphylococos. Meios de enriquecimento: contém substâncias acrescentadas ao meio de cultura com a finalidade de obter crescimento da bactéria. Ex: sangue, soro, vitaminas, BHI, etc. INFLUÊNCIA DOS FATORES AMBIENTAIS A tomada de nutrientes e posterior metabolismo são influenciados por fatores físicos e químicos do meio ambiente. Os principais fatores são: temperatura, pH, presença de O2, pressão osmótica e luz. Temperatura: cada tipo de bactéria apresenta uma temperatura ótima de crescimento. A temperatura ideal para o crescimento bacteriano é de 37º. Porém, existem bactérias que apresentam variações segundo a temperatura ótima para o seu crescimento, sendo classificadas em: o Psicrófilas: entre 12 e 17ºC; o Mesófilas: entre 28 e 37ºC; o Termófilas: 57 e 87ºC. pH: os valores de pH em torno da neutralidade (6,5 a 6,8) são os mais adequados para a absorção de alimentos para a grande maioria das bactérias. Existem, no entanto, grupos adaptados a viver em ambientes ácidos e alcalinos. Oxigênio: o oxigênio pode ser indispensável, letal ou inócuo para as bactérias, o que permite classificá-las em: o Aeróbias estritas: exigem a presença de oxigênio. Ex: Acninotobacter o Aeróbias Microaerófilas: necessitam de baixos teores de oxigênio. Ex: Campylobacter jejuni o Aeróbias Facultativas: apresentam mecanismos que as capacitam a utilizar o oxigênio quando disponível, mas desenvolver-se também na sua ausência. Ex: Escherichia coli o Aeróbias aerotolerantes: suportam a presença de oxigênio, apesar de não utilizarem. Ex: Streptococcus e Lactobacillus. o Anaeróbias estritras: não toleram oxigênio. Ex: Clostridium tetani e Clostridium botulinum, bactérias produtoras de potentes neurotoxinas (botulínica) que inibem a ação da acetilcolina, impedindo a contração da musculatura da respiração. METABOLISMO BACTERIANO Uma vez garantidos pelo ambiente os nutrientes e as condições adequadas para assimilá-los, as bactérias vão absorvê-los e transformá-los para que cumpram suas funções básicas, quais sejam o suprimento de energia e de matéria prima. OBTENÇÃO DE ENERGIA As substâncias energéticas (com elevado grau de redução) preferencialmente oxidadas por micro-organismos são os açúcares, seguidos pelas proteínas e, mais raramente, as gorduras. As bactérias utilizam energia para transporte de nutrientes, o movimento dos flagelos, mas sobretudo para as biossínteses. Os processos de obtenção, armazenamento e utilização de energia são organizados na célula através de uma rede complexa de reações químicas que constituem o metabolismo. 1. Oxidação Aeróbia: se dá por meio da oxidação dos carboidratos, através da glicólise, conversão de piruvato a acetil-CoA, Ciclo de Krebs, Cadeia de transporte de elétrons. 2. Oxidação anaeróbia: ao contrário da maioria dos seres vivos que apresentam metabolismo estritamente aeróbio, muitas bactérias têm a capacidade de viver em ambientes onde há baixas tensões ou carênciatotal de oxigênio. Para viver nestas condições, os micro-organismos são capazes de levar a cabo os processos de fermentação ou respiração anaeróbia (na qual não há ciclo de Krebs, pois na ausência do O2, haverá carência de NAD oxidado), fazendo uso de compostos orgânicos, obtendo os seguintes produtos finais: lactato, etanol, acetato. A fermentação láctica, por exemplo, é um processo utilizado na indústria de alimentos. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● MICROBIOLOGIA 3 www.medresumos.com.br CRESCIMENTO BACTERIANO Quando se fala em crescimento bacteriano, relaciona-se ao número de bactérias existentes em um determinado meio. Para avaliar essa variável, faz a curva de crescimento bacteriano, que está dividida nas seguintes fases: Fase LAG (latência): fase de adaptação da bactéria ao meio. Fase logarítmica: crescimento exponencial da bactéria. Fase estacionária: parada no crescimento de bactérias devido à multiplicação de algumas bactérias e morte de outras por conta da produção de toxinas. Fase de declínio: fase em que ocorre uma morte maciça de bactérias devido à escassez de nutrientes no meio. REPRODUÇÃO BACTERIANA A forma de crescimento bacteriano é por meio da reprodução, que pode se dar das seguintes formas: 1. Reprodução assexuada o Fissão binária (bipartição): divisão da célula-mãe em duas células-filhas idênticas. o Fragmentação: bactérias filamentosas liberam fragmentos que originam uma nova bactéria. o Brotamento: semelhante as leveduras, forma-se um broto que dará origem a uma nova bactéria. o Esporogenia: formação de novas bactérias através da formação de esporos. 2. Reprodução Sexuada: o Conjugação: exige o contato íntimo entre as células, havendo então uma célula doadora do MG e uma receptora desse material, sendo esse transporte mediado por plasmídeos.
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