Apostila Crescimento microbiano

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Crescimento Microbiano 
 
O capítulo anterior apresentou o metabolismo bacteriano, ou seja, as reações 
químicas que ocorrem no interior das células: as reações catabólicas de geração de 
energia e as reações anabólicas de biossíntese de moléculas estruturais. Como resultado 
das reações metabólicas a célula microbiana prepara-se para o crescimento celular. O 
crescimento bacteriano não está associado ao aumento do tamanho celular e sim ao 
aumento no número de células, que ocorre através da divisão dessas células. Essa 
divisão pode ocorrer por brotamento e principalmente pela divisão binária (bipartição, 
cissiparidade). Na divisão binária, a célula mãe originará células filhas com 
cromossomo completo e cópias suficiente de todos os outros componentes celulares 
para que essa célula já se torne independente. 
Os fatores que proporcionam crescimento dos microrganismos podem ser 
divididos em duas categorias: fatores físicos e fatores químicos. 
 
Fatores Físicos 
Temperatura 
A maioria dos microrganismos cresce bem nas temperaturas ideais para os seres 
humanos. Algumas bactérias são capazes de crescer em temperaturas extremas, onde a 
maioria dos organismos eucarióticos não sobreviveria. Os microrganismos podem ser 
classificados em três grupos primários considerando as variações na temperatura de 
crescimento: psicrófilos, mesófilos e termófilos. Alguns destes grupos ainda podem ser 
subdivididos. Os microrganismos psicrófilos crescem em baixas temperaturas, sendo 
capazes de crescerem a 0◦ C; existe algumas bactérias que tem crescimento ótimo entre 
20 e 30◦ sendo possível o crescimento a 0◦. Este grupo é importante na decomposição de 
alimentos refrigerados. Bactérias mesófilas são as mais comuns e crescem em um 
intervalo de 10 a 50◦ C. Os termófilos crescem em um intervalo de 40 a 70◦ C e os 
hipertermófilos têm uma temperatura ótima de crescimento entre 80 a 100◦ C, estes são 
arqueobactérias. 
 
As espécies bacterianas crescem a uma temperatura mínima, ótima e máxima 
específica. A temperatura mínima de crescimento é a menor temperatura na qual a 
espécie pode crescer. A temperatura ótima de crescimento é a temperatura em que a 
espécie cresce melhor. A temperatura máxima de crescimento é a maior temperatura na 
qual o crescimento é possível. Em temperatura ótima, as bactérias crescem com grande 
facilidade, pois suas reações enzimáticas estão em grande atividade. Na temperatura 
mínima, a membrana citoplasmática, que deveria estar flúida para trabalhar 
adequadamente, ocorre uma gelificação, desacelerando o transporte de nutrientes, como 
proteínas, dificultando o crescimento. Na temperatura ótima, as enzimas trabalham em 
velocidade máxima, onde suas reações proporcionam alto crescimento. Na temperatura 
máxima, irá ocorrer desnaturação protéica, colapso da membrana e consequente lise por 
temperatura, baixando drasticamente o crescimento. 
 
pH 
A maiorias das bactérias crescem em uma faixa de pH próximo a neutralidade, 
entre 6,5-7,5. Poucas crescem em pH ácido, porém algumas bactérias conseguem 
crescer em ambientes ácidos, sendo denominadas acidófilas. Da mesma forma a 
alcalinidade inibe o crescimento bacteriano. Diferente dos fungos, que se desenvolvem 
em pH mais ácido que bactérias, geralmente entre 5 -6. 
Bactérias em cultivo algumas vezes produzem ácidos que podem interferir no 
seu próprio crescimento, por isso são usados tampões químicos nos meios de cultura 
para neutralizar esses ácidos, sendo alguns deles as peptonas, os aminoácidos e sais de 
fosfato, tendo estes últimos as vantagens de exibir o seu efeito de tampão na faixa de pH 
de crescimento da maioria das bactérias, não são tóxicos e ainda fornecem fósforo, um 
nutriente essencial. A figura abaixo mostra a faixa de pH com exemplos de organismos 
que se desenvolvem em cada uma destas faixas e suas denominações. 
 
Pressão osmótica 
Os microrganismos retiram da água do seu ambiente a maioria dos nutrientes 
que necessitam para seu crescimento. Por isso, o fenômeno da pressão osmótica é 
extremamente importante para o crescimento bacteriano. 
Neste fenômeno, uma solução é isotônica quando há equilíbrio osmótico, ou 
seja, em duas soluções as quantidades de soluto e solvente forem quase iguais. Quando 
a solução for hipotônica, ocorre a passagem de água do meio em direção à célula, pois o 
meio conterá menos soluto que a célula. Se a solução for hipertônica, haverá passagem 
de água da célula para o meio, pois a concentração de solutos no meio é mais elevada 
que no interior da célula. Então, quando células de microrganismos estão em solução 
hipertônica, a perda osmótica de água causa uma plasmólise, ou encolhimento do 
citoplasma celular. Isso faz com que ocorra inibição do crescimento no momento em 
que a membrana plasmática se separa da parede celular. Esse mecanismo é utilizado na 
preservação de alimentos, sendo adicionados sal e outros solutos nestes, para que ocorra 
a desidratação das células microbianas através da pressão osmótica, impedindo o 
crescimento das colônias. Peixe salgado, mel e leite condensado são preservados por 
esse mecanismo. 
Essas bactérias que ao serem expostas a altas concentrações de soluto dissolvido 
(sal, açúcar) que exerce pressão osmótica suficiente para matar ou inibir o seu 
crescimento são denominadas não halófilos. Halófilos extremos ou obrigatórios 
necessitam da presença de elevadas concentrações de sais para garantir seu crescimento. 
Halófilos facultativos ou halotolerantes não requerem concentrações elevadas de sal, 
mas são capazes de crescer em concentrações de até 2% de sal, o que inibe o 
crescimento de muitos organismos. Microrganismos marinhos, que crescem na água do 
mar, possuem necessidades específicas de sódio para seu crescimento em quantidade 
moderada, crescendo em uma faixa adequada diferente para variadas espécies. Esses são 
chamados halófilos. 
 
Atmosfera gasosa 
As bactérias podem ser classificadas de acordo com sua necessidade de utilização do 
O2 molecular, sendo distribuídas basicamente em aeróbicos estritos, anaeróbicos 
estritos, anaeróbicos facultativos, anaeróbicos aerotolerantes e microaerófilos. O 
oxigênio possui formas tóxicas, por isso o entendimento básico dessas formas pode 
explicar como o oxigênio pode ser prejudicial a alguns organismos. 
 Radical superóxido – São tóxicos ao retirar elétrons de moléculas vizinhas 
produzindo um efeito em cascata. 
 Superóxido dismutase (SOD) - Uma vez na presença de oxigênio, os 
anaeróbicos obrigatórios (estritos) parecem formar também, como os aeróbicos, 
alguns radicais superóxidos, que são tão tóxicos para os componentes celulares 
que todos os organismos tentando crescer no oxigênio atmosférico devem 
produzir uma enzima, a superóxido-dismutase (SOD). Ocorre transformação do 
O2
- em H2O2 (Peróxido de Hidrogênio), que também é tóxico. 
 Catalase e Peroxidase – A respiração aeróbica normal produz o peróxido de 
hidrogênio tóxico, então os microrganismos desenvolveram enzimas para sua 
neutralização. A mais comum é a catalase, que converte o peróxido de 
hidrogênio em água e oxigênio. Outra enzima que degrada o peróxido de 
hidrogênio é a peroxidase, diferindo da catalase por não produzir oxigênio. 
Abaixo, as fórmulas dessas reações para formação do radical superóxido, 
peróxido de oxigênio, catalase e peroxidase. 
 
Aeróbicos estritos 
Possuem necessidade do O2 molecular por utilizarem este composto como 
aceptor final de elétrons. Produzem mais energia a partir dos nutrientes do que as que 
não utilizam O2. Essas bactérias geralmente crescem sob 21% de O2, concentração da 
atmosfera padrão. Pseudomonas aeruginosa é um exemplo de bactériaaeróbica estrita. 
Anaeróbicos estritos 
São os microrganismos que não utilizam o O2 molecular para as reações 
produtoras de energia. Pelo contrário, é prejudicial para muitos deles. O gênero 
Clostridium, que contém espécies que causam o tétano e o botulismo, é o exemplo mais 
conhecido. Os anaeróbicos estritos geralmente não produzem nem superóxido-
dismutase nem catalase. O acúmulo de radicais superóxidos no citoplasma pela 
condição aeróbica faz com que os anaeróbicos obrigatórios sejam extremamente 
sensíveis ao oxigênio. 
Anaeróbicos facultativos 
São bactérias que crescem na presença de O2 atmosférico, mas na sua ausência 
são capazes de continuar seu crescimento através da respiração anaeróbica ou 
fermentação. Contudo, a sua eficácia em produzir energia é reduzida na ausência do 
oxigênio. Um exemplo de anaeróbico facultativo é Erwinia sp. Muitas leveduras 
também são anaeróbicos facultativos. 
Anaeróbicos aerotolerantes 
Não utilizam o O2 para seu crescimento, porém seu crescimento não é 
interrompido pela presença do oxigênio no ar. Um exemplo comum de anaeróbicos 
aerotolerantes são os produtores de ácido lático, os lactobacilos utilizados na produção 
de muitos alimentos ácidos fermentados, como picles e queijo. Essas bactérias podem 
tolerar o oxigênio porque possuem uma SOD ou um sistema equivalente que neutraliza 
as formas tóxicas do oxigênio. 
Microaerófilos 
Necessitam de oxigênio para seu crescimento, no entanto são capazes de crescer 
somente em concentrações inferiores ao atmosférico. A limitada tolerância desses 
organismos ao oxigênio provavelmente seja devida a sua sensibilidade aos radicais 
superóxidos e peróxidos que são produzidos em concentrações letais sob condições 
ricas em oxigênio. Campylobacter sp. é um exemplo de bactéria que cresce nessa 
condição. 
 
Fatores Químicos 
Carbono 
Junto com a água, é um dos elementos mais importantes para o crescimento 
microbiano, pois é essencial para a síntese de todos os compostos orgânicos necessários 
para a viabilidade celular. Metade do peso seco de uma bactéria é formada de carbono. 
As bactérias heterotróficas retiram carbono dos compostos orgânicos, como proteínas, 
carboidratos e lipídeos. Os autotróficos derivam seu carbono do CO2. 
Nitrogênio 
As bactérias possuem cerca de 14% do seu peso seco formado de nitrogênio, 
sendo, depois do carbono o elemento mais abundante nas células. Este elemento é 
constituinte basicamente de proteínas, ácidos nucléicos e vários outros compostos 
celulares. Algumas bactérias, como cianobactérias conseguem utilizar o nitrogênio 
gasoso (N2) direto da atmosfera, processo chamado de fixação de nitrogênio. Alguns 
dos organismos que realizam esse processo são de vida livre no solo, porém muitos 
outros realizam rica simbiose com raízes de leguminosas. 
Enxofre e Fósforo 
O enxofre e o fósforo, juntos compõem cerca de 4% do peso seco das bactérias. 
O enxofre é utilizado para sintetizar os aminoácidos cisteína, cistina, taurina e 
metionina, além das vitaminas tiamina e biotina. O fósforo é o elemento essencial para 
produção de ácidos nucléicos e membrana plasmática, além de ser encontrados em 
ligações de energia do ATP. 
Oligoelementos 
São compostos orgânicos essenciais que o microrganismo não é capaz de 
sintetizar, também chamados de fatores orgânicos de crescimento. Sendo assim, 
necessitam ser retirados do ambiente. A maioria das vitaminas funciona como 
coenzimas, que são cofatores orgânicos requeridos por certas enzimas para seu 
funcionamento. Algumas bactérias não possuem as enzimas necessárias para a síntese 
de certas vitaminas, sendo importantes para seu crescimento. Outros fatores requeridos 
por certas bactérias são aminoácidos, purinas e pirimidinas. 
 
Meio de Cultura 
Materiais nutrientes preparados em laboratório para crescimento de 
microrganismos é chamado de meio de cultura. Existem especificidades de meios para 
os amplos tipos de microrganismos, portanto algumas bactérias podem crescer em 
qualquer meio de cultura, outras requerem meios especiais, e outras não podem crescer 
em nenhum dos meios já desenvolvidos. Estes devem fornecer uma fonte de energia, 
assim como fontes de C, N, P, S e quaisquer outros fatores orgânicos de crescimento 
que o organismo seja incapaz de sintetizar. Os microrganismos, ao serem introduzidos 
em um meio de cultura para iniciar o crescimento são chamados de inóculo. Quando 
crescem e se multiplicam dentro ou sobre o meio de cultura são denominados cultura. 
Existe grande variedade de meios. Há variedades líquidas e outras sólidas. 
Quando se deseja o crescimento das bactérias em meio sólido, um agente solidificante 
como o ágar é adicionado ao meio. O ágar é um polissacarídeo complexo derivado de 
uma alga marinha e tem sido utilizado há muito tempo para deixar alimentos, como 
geléias e sorvetes, mais espessos. Possui propriedades muito importantes que o tornam 
valioso para microbiologia, nunca tendo sido encontrado um substituto satisfatório. 
Poucos microrganismos podem degradar o ágar, o que permite que ele permaneça 
sólido. 
 
Os meios de cultura sólidos permitem o crescimento de massa visível de células 
bacterianas teoricamente originadas do crescimento de uma única célula, chamada de 
colônia. Podem ser contabilizadas pela técnica de Unidade Formadora de Colônia 
(UFC), se diferenciando pela aparência o que permite distinguir um microrganismo do 
outro. 
Quanto à composição, os meios quimicamente definidos são preparados pela 
adição de quantidades precisas de compostos químicos inorgânicos ou orgânicos 
altamente purificados. Assim, a composição química de um meio definido se torna 
conhecido. Meios complexos apresentam algum componente que tem uma composição 
variável. Neste caso são incluídos extratos de leveduras, de carne, de plantas ou 
produtos da digestão protéica como peptona, sendo assim sua composição química não 
é exata. São frequentemente utilizados para o isolamento de bactérias heterotróficas. 
Ostros tipos de meios incluem meios enriquecidos, que contém um grande 
suprimento de nutrientes que promove o crescimento dos microrganismos fastidiosos ou 
muito exigentes em termos nutricionais. Meios seletivos permitem o crescimento de 
certos tipos de microrganismos e inibe o crescimento de outros. Meios diferenciais 
contêm a presença de corantes ou de produtos químicos que produz alterações 
características de crescimento, sendo utilizados para a diferenciação de microrganismos. 
 
 
 
 
Meio enriquecido Ágar 
chocolate 
Meio seletivo Ágar 
Thayer-Martin 
Meio seletivo e diferencial Ágar 
McConkey 
Meio diferencial 
Ágar sangue 
Crescimento Bacteriano 
Representar graficamente as enormes populações resultantes do crescimento de 
culturas bacterianas é uma parte essencial da microbiologia. Por isso, a determinação da 
quantidade de microrganismos, tanto diretamente por contagem quanto indiretamente 
pelo metabolismo, também é um aspecto importante da microbiologia. 
Uma curva de crescimento bacteriano demonstra o crescimento das células 
durante um período de tempo. É obtida quando se realiza a contagem da população em 
intervalos de tempo. As bactérias normalmente se reproduzem por fissão binária, sendo 
assim, a divisão de uma célula produz duas células, a divisão dessas duas células produz 
quatro células, e assim por diante. Portanto, quando o número de células em cada 
geração é expresso na potência de 2, o expoente reflete o número de duplicações 
(gerações) que ocorreram. 
O tempo de geração é o tempo necessário para uma célula se dividir, 
duplicando sua população. Esse tempo de geração varia bastante em diferentes grupos.A Escherichia coli se divide a cada 20 minutos, portanto após 20 gerações, uma única 
célula inicial poderá ter gerado mais de um milhão de células, levando 7 horas para esse 
processo. Devido a isso, é difícil de representar graficamente variações de populações 
tão grandes utilizando números aritméticos. Essa é a razão pela qual escalas 
logarítmicas em geral são utilizadas para representar graficamente o crescimento 
bacteriano. 
 
Fases de Crescimento 
Fase Lag 
Fase de adaptação ao meio de cultura, por isso elas não se dividem ou se 
dividem muito pouco, ficando em estado de latência. Porém, há uma intensa atividade 
metabólica. A população microbiana passa por um período de intensa atividade 
metabólica, envolvendo principalmente a síntese de enzimas e várias moléculas, 
produção de energia, síntese de DNA e de enzimas. 
Fase Log 
Também chamada de fase exponencial de crescimento, as células começam a se 
dividir e entram em um período de crescimento, ou aumento logarítmico. Ocorre 
reprodução celular extremamente ativa, o tempo de geração se torna constante, 
formando um gráfico de linha reta, porém é o período de maior atividade metabólica da 
célula. 
Fase estacionária 
Na fase final do crescimento, a velocidade de reprodução se reduz, o número de 
mortes microbianas é equivalente ao número de células novas, e a população se 
estabiliza, se caracterizando como o período de equilíbrio que é chamado de fase 
estacionária. O esgotamento dos nutrientes, o acúmulo de resíduos e mudanças no pH 
danosas à célula podem ser os motivos pelo qual ocorre essas mortes. 
Fase de Declínio ou Morte Celular 
Nesta fase, o número de células mortas excede o de células novas. Essa fase 
continua até que a população tenha diminuído para uma pequena fração da população da 
fase anterior ou morre totalmente. Algumas espécies passam por toda a sequência de 
fases em somente poucos dias; outras mantêm algumas células sobreviventes 
indefinidamente. 
 
Resumo das fases de crescimento logaritmo das bactérias. Fonte: Tortoraet al.(2012). 
Quantificação do Crescimento 
O crescimento de populações microbianas pode ser medido de diversas 
maneiras. O Método Direto determina o número de células. Alguns desses métodos 
medem o número de células, outros medem a massa total da população, que muitas 
vezes é proporcional ao número de células. Por serem populações muitos grandes, as 
populações bacterianas são geralmente quantificadas por métodos de contagem com 
base em enumerações diretas ou indiretas de amostras pequenas, onde um cálculo 
determina depois o tamanho total da população. 
Método direto por contagem em Placa 
Possui a vantagem das células viáveis serem quantificadas. Uma desvantagem é 
que são necessárias 24 horas ou mais para que colônias visíveis sejam formadas. Esse 
tipo de quantificação considera que cada bactéria viva cresce e se divide para produzir 
uma única colônia. Porém isso não é totalmente verdade, pois as bactérias 
frequentemente crescem unidas em agregados ou cadeias. Devido a isso, as contagens 
em placas muitas vezes são denominadas unidades formadoras de colônias (UFC). 
Porém, o número de células crescidas na placa deve conter um número limitado para 
garantir precisão na contagem, dessa forma o inóculo inicial é diluído várias vezes, em 
um processo chamado de método de diluição seriada. O método de espalhamento em 
placa é frequentemente utilizado para contagem de colônias bacterianas em meio de 
cultura contido em Placas de Petri. 
Nem sempre é necessário contar as células microbianas para estimar seu 
número. Por isso, métodos indiretos são utilizados, onde analisa a massa total da 
população. A Turbidimetria monitora o crescimento bacteriano através da medida da 
turbidez do meio, que ao haver multiplicação das bactérias em um meio líquido, o meio 
se torna turvo ou opaco com as células. 
O instrumento utilizado para medir a turbidez é um espectrofotômetro (ou 
colorímetro). O aparelho é utilizado da seguinte maneira: um feixe de luz passa através 
de uma suspensão de bactérias até um detector fotossensível. Com o aumento do 
número de bactérias, menos luz atingirá o detector. Essa alteração da luz será registrada 
na escala do instrumento como porcentagem de transmissão. Também será registrada a 
expressão logarítmica chamada de absorbância. A absorbância é utilizada para 
representar graficamente o crescimento bacteriano. Quando as bactérias estão em 
crescimento logarítmico ou em declínio, o gráfico da absorbância em função do tempo 
será uma linha quase reta. Se as leituras de absorbância forem combinadas com 
contagens em placas da mesma cultura, essa correlação poderá ser utilizada para 
estimativas futuras do número de bactérias obtidas pela medida de turbidimetria. 
 
Referências 
MANDIGAN, M. T.; MARTINKO, J. M.; Parker, J. Microbiologia de Brock. 10ª ed. 
São Paulo: Prentice Hall, 2004. 
TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia. 10ª ed. Porto Alegre: 
Artes Médicas Sul, 2012.