Nutrição e crescimento bacteriano

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Universidade Federal do Rio de Janeiro 
Campus Macaé 
Enfermagem 
Angie Martinez 
Divisão celular bacteriana – DBS 
• As bactérias podem exibir algumas formas de 
multiplicação, mas a mais comum é a DBS 
(divisão binária simples). 
 
Figura 6.12, pág. 171, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Esse é um processo em que as bactérias vão 
sintetizar compostos, aumentar o tamanho da sua 
parede e membrana (alongamento), forma um 
septo e ocorre a separação das células. Elas 
podem permanecer conectadas pela parede e 
formar algum arranjo ou podem se individualizar. 
• Um dos processos que inicia a divisão celular 
bacteriana é a replicação do cromossomo. 
• Esse tempo é uma média do tempo que a divisão 
demora. Isso varia dependendo das condições da 
bactéria e o meio em que ela se encontra. 
• Essas bactérias podem se reproduzir em grande 
escala, inclusive podendo ser vistas a olho nu. 
As bactérias devem ser estudadas como uma população, 
já que no meio ambiente se encontram nessa forma e é 
como influenciam os ambientes onde ocorrem. Não de 
forma individual. 
Taxa de crescimento de cultura bacteriana 
• Cada célula bacteriana dá origem a duas células 
filhas. 
• A replicação do cromossomo bacteriano é 
semiconservativa, tendo uma fita de DNA ̈ velha¨ 
e uma recém-sintetizada. 
• Em termos populacionais, em cada fração de 
tempo, o número de células vai dobrar em relação 
ao número de bactérias inicial. 
 
Figura 6.14, pág. 172, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Ao colocar esses números em um gráfico, 
percebe-se que as bactérias se multiplicam em 
uma escala logarítmica, de forma exponencial. 
Isso pois a cada intervalo de tempo, a população 
é duplicada. Esse tempo varia segundo o tipo de 
bactéria. 
• Algumas bactérias, aeróbicas em um sistema 
controlado, pode se multiplicar em 20 min. Já as 
anaeróbicas demorariam mais. 
• O tempo que a bactéria demora para dar origem a 
outras duas células é o chamado tempo de 
geração. 
• A multiplicação bacteriana pode ser observada de 
duas formas: 
- Crescimento em sistema fechado: 
• Há um conjunto de nutrientes. 
• Espaço que não permite que os subprodutos da 
multiplicação bacteriana sejam eliminados. 
• Em laboratório. 
• É quando um inóculo bacteriano é semeado e 
cultivado a determinada temperatura e um 
determinado tempo. Após o tempo x, os 
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nutrientes são esgotados e os subprodutos tóxicos 
vão sendo acumulados. Com isso, a população vai 
entrar em declínio. 
 
Figura 6.15, pág. 173, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Em vermelho, há a contagem de viáveis – número 
de bactérias que ainda conseguem se multiplicar. 
Observa-se as que conseguem se multiplicar e 
ainda possuem metabolismo. 
• Em verde, a quantificação visualizando a 
integridade das células. Nessa visão, não é 
observado se a célula está viável ou não, pode 
estar íntegra ou ter perdido sua capacidade de 
multiplicação. 
• Nesse sistema fechado, em um primeiro 
momento, a população vai demorar para que o 
número de células comece aumentar (o tempo em 
que isso vai ocorrer depende do tipo de bactéria). 
Essa fase é chamada de LAG ou fase de 
adaptação, porque toda vez que as bactérias são 
inseridas em um ambiente, tentam ¨entender¨ o 
ambiente, reconhecer através de suas moléculas 
receptores o conteúdo do ambiente. 
• Se o ambiente não for favorável, pode haver a 
ativação de genes que produzem enzimas 
necessárias ou repreensão de genes, para poupar 
enzimas. Isso tudo pode acontecer como preparo 
para se estabelecer nesse ambiente novo e realizar 
a divisão celular de forma mais rápida. 
• O tempo que isso leva depende de vários fatores 
do ambiente também. Se o ambiente é conhecido, 
os nutrientes disponíveis etc. 
• Fase exponencial: Ocorre quando as células estão 
adaptadas ao ambiente e começam a realizar a 
divisão binária o mais rápido possível. Em um 
período curto, a divisão vai se duplicando. 
Durante esse período, a população está na sua 
maior capacidade de reprodução e está 
consumindo todos os nutrientes, produzindo 
substratos dessa divisão (ácidos, alcalinos). 
• Fase estacionária: O número de células não 
aumenta. As bactérias estão se mantendo como 
população. Está havendo replicação e divisão 
binária simples, porém, também há um número 
similar de mortes bacterianas, logo, 
numericamente, ela se mantém. 
• Curva de morte ou declínio: À medida que os 
subprodutos tóxicos vão ficando em maior 
quantidade, receptores de elétrons (por exemplo) 
vão se esgotando... Os nutrientes esgotam... O 
número de mortes da população começa a ser 
maior que a replicação, fazendo com que a curva 
caia. 
• Observação: Quando há interesse de produzir 
células bacterianas, é importante mantê-las na 
fase estacionária. Para produzir antimicrobianos 
ou outras moléculas, é importante entender que 
para algumas bactérias determinados genes só são 
ativados e substâncias produzidas no final da fase 
de adaptação, na exponencial e algumas vezes na 
estacionária, incluindo fatores de virulência – 
substâncias expressar no envoltório celular, 
proteínas – os quais são liberadas apenas na 
estacionária ou exponencial. 
- Curva de crescimento de cultura bacteriana contínua: 
• As populações bacterianas podem ser 
manipuladas de acordo com interesses 
específicos. Existe um artefato chamado de 
quimiostato, com o qual são manipuladas as 
substâncias, nutrientes, para manter a população 
bacteriana em multiplicação contínua. Dessa 
forma, mantêm-se no crescimento exponencial. 
Ele não é totalmente fechado, pois são 
adicionados nutrientes, ar, gases, para trazer 
novos elementos à população. Além disso, 
retiram-se os excedentes para não haver acúmulo 
de substâncias tóxicas. Isso é feito para produção 
de moléculas de interesse biotecnológico. 
Técnicas de quantificação bacteriana 
• Quantificação direta, observando: Coloca-se uma 
alíquota em uma lâmina para observar ao 
microscópio. Conta-se as bactérias em um 
quadradinho e multiplica-se pelo volume real. 
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Figura 6.20, pág. 178, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Quantificação com contagem de células viáveis: 
semeia-se a população em uma placa e espalha 
para encubação. Depois da encubação, o que 
eram células isoladas vão se multiplicando e 
formando colônias bacterianas. Cada colônia é 
formada por uma bactéria. Contam-se o número 
de colônias e dá para saber quantas células viáveis 
havia no começo, pois cada uma delas formou 
uma colônia. 
 
Figura 6.17, pág. 176, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Q. com contagem de células viáveis em 
profundidade: coloca-se um meio estéril na placa. 
As células vão ficar imersas nesse meio. Haverá 
colônias contadas dentro do líquido e algumas na 
superfície. 
• Diluição seriada – semeadura em superfície: 
Eventualmente, há uma amostra de bactérias com 
uma população muito grande. Ao fazer a 
semeadura e colocar a população numa placa 
depois do período de encubação, essas colônias 
vão se formando muito próximas, chegando a 
emendar. Para evitar isso, faz-se a diluição 
seriada. 
 
Figura 6.1, pág. 157, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
Prepara-se um meio de cultura e a amostra inicial 
é colocada em um tubo. Desse tubo, vai se retirar 
um volume específico x para vários outros tubos, 
contendo o mesmo diluente. À medida que vai se 
dividindo o líquido do tubo inicial, há menos 
opacidade. Na última diluição há um meio 
translucido. A partir dessas diluições, faz-se a 
Quantificação com placa. A partir de algumas 
diluições será possível contabilizar a pop. 
• Turbidimetria em espectrofotômetro: Quando 
uma bactéria se multiplica em meio líquido, há 
uma opacidade por causa da presença das células 
microbianas.Com o espectrofotômetro, coloca-se 
o líquido em um frasco e uma fonte de luz acima 
desse tubo, que vai incidir. Uma parte da luz vai 
passar e outros feixes vão ao encontro das 
bactérias. O aparelho sabe a quantidade de luz 
incidida no início e a luz que conseguiu atravessar 
a amostra. Com um algoritmo específico e essas 
informações, ele calcula a densidade óptica, 
conseguindo comparar ao número de células 
presentes no líquido. 
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Figura 6.21, pág. 179, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
Aspectos importantes para o metabolismo bacteriano 
Temperaturas cardeias 
• Dentro do domínio bactéria há uma faixa de 
metabolismo muito ampla dentro da qual essas 
bactérias podem se multiplicar. 
• As reações enzimáticas têm um mínimo de 
energia para ativação (temperatura). Quando 
ultrapassa essa temperatura as proteínas 
começam a ser desnaturadas e não haverá 
reações, fazendo com que a célula morra. 
• Cada bactéria tem sua temperatura mínima, 
máxima e ótima. Contudo, o processo em si é 
igual para todas. 
 
Figura 5.5, pág. 119, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Abaixo da temperatura mínima, há a gelificação 
da membrana e os processos de transportes são 
tão lentos que não permitem o crescimento. 
• A partir de um mínimo de temperatura, começam 
a ocorrer as reações enzimáticas em velocidades 
cada vez maiores. 
• Chega a um ponto ótimo, no qual as bactérias vão 
estar no crescimento exponencial e as reações 
enzimáticas ocorrem na maior velocidade 
possível. 
• Quando passa desse valor ótimo, as proteínas 
começam a desnaturar, colapso da membrana 
citoplasmática e lise térmica. Essa seria a 
temperatura máxima, na qual aquela população 
bacteriana morre. 
• Do ponto de vista prático, para produção de 
substratos específicos o material sempre deve ser 
encubado na temperatura ótima daquela 
população. Se quiser controlar a reprodução, 
coloca-se no mínimo. Essa temperatura também é 
essencial para o controle microbiano – aquecendo 
acima da temp. ótima, as bactérias morrem. 
 
Figura 6.1, pág. 157, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Dentro do domínio bactéria e Arquéia há uma 
categorização de acordo com a temperatura 
mínima e o ótimo: 
Psicrófilas: bactérias que o ótimo está na faixa de 
4 graus. Essas bactérias normalmente 
contaminam locais de refrigeração (que estejam 
funcionando corretamente). 
Mesófilo: ótimo na faixa de 39 graus. A maioria 
das bactérias ambientais, patógenas e microbiotas 
se encontram nesse grupo. 
Termófilo: 60 graus. Bactérias ambientais. 
Hipertermófilo: 88 graus a 106 graus. 
Principalmente arqueias que se localizam em 
locais inóspitos do planeta. 
pH 
 
Figura 5.5, pág. 119, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
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• O pH é importante para todas as funções 
fisiológicas, as quais possuem um ótimo de pH. 
• À medida que há mais prótons, o pH se torna 
ácido. Há bactérias adaptadas a essa condição de 
acides, chamadas de acidófilas. Essas podem estar 
associadas a solos e águas vulcânicas, há algumas 
que toleram o suco gástrico, que se localizam em 
solo ácido... 
• Quando há mais hidroxila que próton, o pH se 
torna básico. 
Concentração de NaCl 
• O cloreto de sódio é uma molécula extremamente 
importante para as funções metabólicas de todos 
os seres vivos. 
• Não halófilo: a maioria dos seres tolera uma 
concentração de cloreto de sódio de 0.9. As 
bactérias de interesse médico e alimentar 
também. 
• Halotolerantes: Também existem, dentro das 
bactérias de importância médica, algumas que 
toleram concentrações mais altas de cloreto de 
sódio. Ex: Staphylococcus aureus. Até 7.5 % de 
sal. 
• Halófilo: algumas bactérias e arqueias que 
possuem seu ótimo em concentrações maiores de 
sal. 
• Halófilo extremo: bactérias cujo ótimo de 
multiplicação acontece em concentrações 
altíssimas de sal. Existe um viés muto 
biotecnológico em relação a essas bactérias 
atualmente. 
Concentração de oxigênio na atmosfera gasosa em que 
essas bactérias estão se multiplicando 
• Pode haver bactérias se multiplicando em uma 
atmosfera gasosa igual à nossa, com ótimo nessas 
condições. Outras, não conseguem. 
 
Tabela 6.1, pág. 161, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Ilustração da multiplicação bacteriana: Tubos de 
ensaios com um volume de líquido. O oxigênio se 
dilui muito mal nos líquidos, ou seja, haverá uma 
concentração mais alta de O2 na superfície. Na 
parte mais inferior, a região vai se tornando 
anoxia. 
• As bactérias podem ser divididas e acordo com o 
ótimo de multiplicação em relação à presença do 
oxigênio. Isso depende de duas variáveis: como a 
bactéria energia (por respiração aeróbia ou 
anaeróbia) e a formação de radicais livres 
(espécies reativas do oxigênio). 
Espécies tóxicas de oxigênio: 
- Superóxido: Quando o O2 recebe um elétron. 
Algumas células têm condição de lidar com essa 
espécie e formam o peróxido de hidrogênio, 
formando um composto menos tóxico. 
- Peróxido de hidrogênio: Quando o O2 recebe um 
elétron e 2 prótons. Algumas células têm condição de 
lidar com essa espécie e formam o radical hidroxil, 
formando um composto menos tóxico. 
- Radical hidroxil: Menos tóxica, quando forma água 
e uma hidroxila. 
- Água: O radical hidroxila pode ser neutralizado para 
formar água, que não é tóxica. 
• Aeróbio obrigatório ou estrito: multiplicam-se 
otimamente próximo às condições ambientais 
com O2. 
• Anaeróbio obrigatório ou estrito: não têm uma 
taxa de multiplicação boa quando o O2 está em 
uma concentração próxima à atmosférica. O O2 é 
tóxico para elas. 
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• Aeróbio microaerófilo: Essas bactérias são 
aeróbias, porém não conseguem lidar tão bem 
com as espécies reativas de O2, então utilizam o 
O2, mas precisam uma concentração menor dele. 
• Anaeróbio facultativo: são fermentadoras 
normalmente. Elas podem se multiplicar na 
presença ou ausência de O2. 
Mas, por que há bactérias que conseguem lidar com o 
O2 e outras que não? 
• Por causa das enzimas envolvidas na inativação 
das ROS. 
• Essas enzimas estão envolvidas na degradação 
dessas espécies reativas de oxigênio tóxicas. 
- Superóxido dismutase: Essa enzima catalisa a 
neutralização de íon superóxido, formando água e 
oxigênio. 
- Peroxidase: catalisa a reação de duas moléculas de íon 
superóxido com prótons de hidrogênio, formando água e 
O2. 
- Catalase: pode atuar ligando duas moléculas de peróxido 
de hidrogênio, formando água e O2; ou ligando o 
peródixo a NADH e próton, formando água e regenerando 
NAD+. 
- Em algumas bactérias pode haver a superóxido 
dismutase atuando em conjunto com a catalase: há um 
pigmento que funciona como carreador de elétrons. O 
peróxido em presença da rubredoxina reduzida forma o 
peróxido de hidrogênio, que é menos tóxico e 
regenerando a rubredoxina reduzida. 
• Então, a tolerância da bactéria a O2 vai depender 
de como ela produz energia e de como lida com 
as espécies reativas de oxigênio (produzindo ou 
não algumas dessas enzimas que diminuem a 
toxicidade). 
Cultivo de bactérias anaeróbias 
• Existe um número importante de bactérias que 
são anaeróbias obrigatórias. Elas se multiplicam 
na ausência de O2 molecular. 
• Na natureza, há locais que são anaeróbicos e no 
nosso corpo também – onde muitos anaeróbios 
obrigatórios se desenvolvem. 
• Quando se fala em cultivo se bactérias 
anaeróbias, há alguns aparelhos que o permitem. 
• Poucos laboratórios têm condições e estrutura 
financeira para realizar esses cultivos. 
 
Figura 6.6, pág. 167, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Jarra de anaerobiose: a tampa fecha de forma 
hermética e há envelopes geradores de 
anaerobiose.Esses envelopes vêm com um 
material que ao ser hidratado, acontecem reações 
químicas que formarão gases nitrogênio, CO2 e 
hidrogênio em uma concentração ótima par a 
replicação das bactérias anaeróbicas. 
 
Figura 6.7, pág. 167, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Câmara de anaerobiose: Ficam cilindros de 
nitrogênio e outros gases. Dentro dessa câmara o 
ambiente será anaeróbio pala injeção desses 
gases. Atmosfera controlada. 
Cultivo microbiano 
• Precisamos cultivar as bactérias por vários 
motivos. 
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• Para isso, realizam-se meios de cultura – misturas 
em que são ofertados todos os elementos 
nutricionalmente importantes para que uma 
determinada bactéria se reproduza e forme 
colônias. 
• Há diferentes padrões nos quais as bactérias 
podem formar colônias. 
Como utiliza-se um material clínico de exame para fazer 
um meio de cultura? 
• Deve-se trabalhar de forma que os 
microrganismos do ar não entrem na amostra e 
contaminem. Para isso, utilizam-se técnicas 
assépticas. 
• Uma dessas técnicas é utilizar o calor. No entrono 
da chama forma-se a zona de esterilidade. Então, 
nessa zona, esquenta-se um metal. Coleta-se o 
material coletado, semeia-se no meio de cultura, 
esteriliza a alça de metal de novo. É possível 
esquentar o orifício do tubo também. 
• Coloca-se o material em um meio de cultura. 
Depois da encubação, as células vão se 
multiplicando e formando colônias isoladas. 
 
Figura 6.11, pág. 170, Microbiologia, Tortora G, 10 ed. 
• Técnica de semeadura por esgotamento: técnica 
em que é possível colocar um número maior de 
células no início e ir diminuindo esse número até 
que possa haver colônias isoladas. Não é uma 
técnica para quantificar e sim isolamento – 
separar uma determinada bactéria da outra, já que 
pode haver diferentes espécies juntas ou 
diferentes subtipos com a mesma aparência. 
Perto do bico, inclina-se a alça e formam-se 
estrias na amostra. Depois, girando a placa, 
espalha-se mais a amostra em ziguezague. À 
medida que a quantidade de células separadas vai 
diminuindo, é possível observar as colônias 
separadas. Isso permite a testagem de 
antibióticos, por exemplo.