Crescimento microbiano (bacteriano)

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BACTERIOLOGIA CLÍNICA 
CRESCIMENTO BACTERIANO 
CRESCIMENTO MICROBIANO 
Aumento do número de células ou na massa celular. 
Necessidades metabólicas: Físicas e Químicas. 
Outros fatores: - Disponibilidade de nutrientes - Umidade 
- Espécie microbiana. 
O estudo do crescimento microbiano e a sua importância 
em: 
 Isolar os agentes causadores das doenças 
infecciosas; 
 Identificar os agentes causadores dessas 
doenças; 
 Desenvolver os agentes microbianos; 
 Preservar alimentos; 
 Estudo da bioquímica, genética e biotecnologia. 
Divisão binária 
Processo onde uma célula parental se divide e dá origem 
a duas células filhas. 
CRESCIMENTO EXPONENCIAL (LOGARÍTMICO) 
 
1 bactéria produzirá 16 bacterias após 4 gerações. 
O tempo de duplicação das bactérias varia de 20 minutos 
(Escherichia coli), a mais de 24 horas (Mycobacterium 
tuberculosis). 
O crescimento exponencial e o tempo curto de duplicação 
de alguns organismos resultam na rápida geração de 
grande número de bactérias. 
EX: E. coli originará mais de 1000 em aproximadamente 3 
horas, e mais de um milhão em cerca de sete horas. 
O tempo varia não somente em relação à espécie, mas 
também de acordo com a quantidade de nutrientes, 
temperatura, pH e outros fatores ambientais. 
Como as bactérias se multiplicam? 
As bactérias se proliferam por divisão binária em duas 
idênticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fase lag 
Adaptação do organismo ao meio de cultura. Intensa 
atividade metabólica; contudo, as células não se dividem. 
Essa fase pode durar de alguns minutos a algumas horas. 
Fase exponencial 
Condições mais saudáveis. 
Neste estágio são feitos ensaios enzimáticos, espressão 
gênica e etc. 
Fase estacionária 
Limitação dos nutrientes. 
Acumulo de produtos secretados pelos microrganismos-
inibe o crescimento onde ocorre divisão celular quando 
uma célula morre. 
Número de células novas produzidas equilibra-se com o 
número de células que morrem, resultando em um steady 
state (estado de equilibrio). 
Fase de morte 
Morte celular, lise celular e declineo ao numero de 
bactérias viáveis. 
CONSIDERAÇÕES 
Alguns organismos demoram mais que os outros para 
irem da fase lag a log. 
Nem todos se dividem precisamente juntos. 
 
 Todas as fases da curva de crescimento ocorrem de 
maneira simutânea. 
 
 
Quero traçar uma curva de crescimento bacteriano. Como 
o crescimento da cultura de bactérias pode ser 
acompanhado? 
1. Contando o número de células pelo cultivo. 
2. Acompanhando o aumento da turvação ao longo 
do cultivo. 
METABOLISMO 
Microrganismo têm uma diversidade grande de 
estratégias bioenergéticas. 
Conseguem usar diversos compostos químicos para 
geração de energia; 
 Compostos inorgânicos; 
 Compostos orgânicos; 
 Podem usar a luz como fonte de energia. 
O processo de oxidação dos compostos orgânicos ou 
inorgânicos e a fotossíntese geram elétrons que são 
usados para a geração da força próton motiva por 
intermédio da ATPase. 
 
 
 
 
Quando moléculas complexas são quebradas 
(catabolismo), parte da energia é transferida e captada no 
ATP, e o restante é liberado como calor. Quando 
moléculas simples são combinadas para formar moléculas 
(anabolismo), o ATP fornece energia para a síntese e 
outra vez parte da energia é liberada como calor. 
Catabolismo: Quebra de compostos mais complexos em 
compostos mais simples, através de reações químicas que 
empregam enzimas. Geralmente, Liberam Energia. Exs: 
hidrólise, queima de açúcares em CO2+H2O. 
Anabolismo: Construção de moléculas orgânicas 
complexas a partir de moléculas mais simples. 
Geralmente, Requerem Energia. Exs: formação de 
proteínas a partir de aminoácidos, polissacarídeos a partir 
de açúcares simples. 
 
DIVERSIDADE METABÓLICA 
 
NUTRIÇÃO MICROBIANA 
Macronutrientes-compostos químicos muito usados. 
Micronutrientes-compostos químicos menos usados. 
Principais elementos são C, O, H, N, P, S., no entanto, + 50 
elementos são metabolizados pelas células. 
MACRONUTRIENTES MICROBIANOS 
 
Carbono 
 Moléculas organicas estruturais, fonte de 
energia; 
 Quimioheterotróficos usam fontes de carbono 
organico; 
 Autotróficos usam CO2. 
Nitrogênio 
 Aminoácidos e proteínas; 
 Maioria das bactérias decompoem proteinas; 
 Algumas bactérias usam NH4+ ou NO3-; 
 Algumas poucas bactérias usam N2 na fixação de 
nitrogênio. 
Enxofre 
 Aminoácidos, timina e biotina; 
 Maioria das bactériam decompoem proteínas; 
 Algumas bactérias usam SO42- iu H2S; 
Fósforo 
 DNA, RNA e ATP e membranas; 
 PO43- é uma fonte de fósforo. 
Elementos traço 
 Elementos inorgânicos em pequenas 
quantidades; 
 Usualmente atuam como fatores enzimáticos. 
FATORES DE CRESCIMENTO E MEIOS DE 
CULTURA 
Alguns organismos necessitam também de alguns fatores 
de crescimento, como vitaminas, aa, purinas, pirimidinas 
(compostos orgânicos). 
 
Macronutrientes 
São os nutrientes requeridos em grandes quantidades por 
serem os principais constituintes dos compostos celulares 
e/ou serem utilizados como combustíveis. São formados 
por carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo. 
Micronutrientes 
São nutrientes necessários ao desenvolvimento 
microbiano em pequenas quantidades, dependendo do 
elemento e do microrganismo. Eles são encontrados 
sempre na forma inorgânica, fazendo parte dos minerais. 
Os principais exemplos são ferro, magnésio, manganês, 
cálcio, zinco, cobre, potássio, sódio, cloro, cobalto, 
molibdênio, selênio e níquel. 
Fatores de crescimento bacteriano 
São compostos orgânicos essenciais para o metabolismo 
bacteriano e que não são sintetizados pela bactéria que se 
deseja cultivar. Podem ser: vitaminas, aminoácidos, 
sangue e derivados. 
Ex. Haemophilus influenza - necessita suplementação com 
sangue (fator X, Hematina) e fator V (NAD), Ex. 
Mycobacterium tuberculosis – necessita suplementação 
com gema de ovo (fonte de lipídeos), Ex. Neisseria – 
cresce bem em ágar-chocolate (necessita de fatores 
presentes no sangue, e íons Ferro). 
 
Capacidade de hidrolisar os mais diversos materiais. 
Diversidade metabólica. 
Variedade de enzimas produzidas (induzidas ou não). 
Produção de toxinas. 
 
Funcionamento da célula 
A moeda da célula é o ATP. 
 
FONTE DE ENERGIA 
Respiração aeróbica 
Nos procariotos aeróbicos, 38 moléculas de ATP podem 
ser produzidas a partir da oxidação completa de uma 
molécula de glicose na glicólise, no ciclo de Krebs e na 
cadeia de transporte de elétrons. 
Respiração anaeróbica 
Os aceptores finais de elétrons na respiração anaeróbica 
incluem NO3-, SO42- e CO32-. 
O rendimento total de ATP é menor que na respiração 
aeróbica porque somente uma parte do ciclo de Krebs 
funciona sob condições anaeróbicas. 
Fermentação 
A fermentação libera energia a partir de açúcares e outras 
moléculas orgânicas por oxidação. 
O2 não é requerido na fermentação. 
Duas moléculas de ATP são produzidas por fosforilação 
em nível de substrato. 
TRANSPORTE E OSMOLARIDADE 
DIFUSÃO SIMPLES 
Maior > menor concentração. 
Sem gasto de energia (e.g. ATP). 
Somente pequenas moléculas (e.g. H2O, O2, CO2). 
DIFUSÃO FACILITADA 
Movimento de moléculas pela membrana com o auxílio 
de proteínas transportadoras. 
Maior > menor concentração. 
Sem gasto de energia (e.g. ATP). 
Dois mecanismos: canais e proteínas carreadoras. 
TRANSPORTE ATIVO 
Movimento de moléculas pela membrana com o auxílio 
de proteínas transportadoras. 
Menor > maior concentração. 
Com gasto de energia (e.g. ATP). 
Bombas de transporte ativo são geralmente proteínas 
carreadoras. 
CRESCIMENTO AERÓBIO E ANAERÓBIO 
O suprimento adequado de oxigênio intensifica o 
metabolismo e o crescimento. 
O oxigênio atua como o aceptor de hidrogênio nas etapas 
finais da produção de energia catalisada pelas 
flavoproteínas e pelos citocromos. Uma vez que a 
utilização de oxigênio gera duas moléculastóxicas, o 
peróxido de hidrogênio (H2O2) e o radical livre 
superóxido (O2), as bactérias requerem duas enzimas 
para utilizar o oxigênio. 
Superóxido dismutase 
2 O2 + 2H+ >> H2O2 + O2. 
Catalase 
2H2O2 >> 2H2O + O2. 
 
 
Aeróbio 
Utiliza oxigênio. 
Criação de mecanismos para desintoxicação do oxigênio. 
Anaeróbio 
Não utiliza oxigênio. 
Não apresenta mecanismos de desintoxicação. 
OXIGÊNIO 
 
UTILIZAÇÃO DE OXIGÊNIO 
 
CRESCIMENTO 
AERÓBIOS 
Glicólise 
Procariotos e eucariotos: citoplasma. 
Ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons 
Eucariotos: mitocôndrias. 
Procariotos: superfície interna, membrana celular. 
ANAERÓBIOS 
Anaeróbios-fermentação. 
Glicólise: 2 ATP 
Conversão de ácido pirúvico em produto final: 2ATP. 
FERMENTAÇÃO DE AÇUCARES 
O termo “fermentação” refere-se à clivagem de um 
açúcar (como glicose ou maltose) a ácido pirúvico e, em 
seguida, geralmente a ácido láctico. 
A fermentação é também denominada ciclo glicolítico 
(glico = açúcar, lítico = quebra), sendo esse o processo 
pelo qual as bactérias facultativas geram ATP na ausência 
de oxigênio. 
Na presença de oxigênio, o piruvato produzido pela 
fermentação entra no ciclo de Krebs (ciclo de oxidação, 
ciclo do ácido tri carboxílico), sendo metabolizado em dois 
produtos finais, CO2 e H2O. 
O ciclo de Krebs produz mais ATP que o ciclo glicolítico; 
assim, as bactérias facultativas exibem crescimento mais 
rápido na presença de oxigênio. 
NECESSIDADES METABÓLICAS FÍSICAS 
 Temperatura; 
 Osmolaridade; 
 pH. 
PH 
Taxa de crescimento versus pH: 
A maioria das bactérias de vida livre cresce em um 
intervalo de cerca de três unidades de pH. 
As curvas abaixo e acima do pH ótimo apresentam 
simetria de crescimento. 
Mínimo, ótimo e máximo 
 
TEMPERATURA 
PSICRÓFILOS 
Como eles são tolerantes a baixas temperaturas? 
Armazenar células -80°C adicionando crio protetores. 
Membrana tem maior quantidade de ácidos graxos 
insaturados (maior quant. Ligações duplas) – ponto de 
congelamento diminui. 
4 a 5 lig. duplas – ácidos graxos são mais flexíveis que 
ácidos Graxos saturados. 
TERMÓFILOS 
Proteínas termoestáveis. 
Pouca diferença na sequência de aa. 
Membrana rica em ácidos graxos saturados p.i mais alto 
(mais contato com as cadeias saturadas). 
Hipóteses 
" Mudanças pontuais chaves na sequência de aa que 
aumenta sua estabilidade ". 
Aumento de compostos como diglicerol fosfato, 
manosilglicerato e outros que podem aumentar a 
estabilidade da proteína. 
Exemplo de aplicabilidade biotecnológica é a T. aquaticus 
(Taq polimerase) no PCR. 
 
OSMOLARIDADE 
OSMOSE 
Migração de moléculas de água de um ambiente menos 
concentrado (hipotônico) para um ambiente mais 
concentrado (hipertônico) – até chegar em um equilíbrio 
(isotônico). 
 
 
Halófilos discretos (1-6% NaCL) Halófilos moderados (7-
15% NaCL). 
Halófilos extremos; são um problema na indústria 
alimentícia que usa alta concentração de sais e de 
açucares (osmófilos) como conservantes xerófilos – 
crescem em ambientes com pouca quantidade de água. 
As células acumulam ou sintetizam solutos compatíveis 
para manter o equ. Aquoso + não halófilos crescem em 
ambientes com pouco sal. 
Não halófilo; altas concentrações de soluto dissolvido 
(sal/açúcar) exercem pressão osmótica suficiente para 
matar ou inibir crescimento microbiano. 
MEIOS DE CULTURA 
 
QUIMIOSTATO 
Com câmara de crescimento e reservatório do qual meio 
fresco é continuamente adicionado à câmara de 
crescimento, à medida que o meio antigo é retirado.