NUTRIÇÃO E CRESCIMENTO MICROBIANO O termo crescimento

Centro Universitário de Barra Mansa
Microbiologia Geral
Prof. DSc. Victor Maximiliano Reis Tebaldi
NUTRIÇÃO E CRESCIMENTO MICROBIANO
O termo crescimento, quando aplicado a organismos unicelulares como as bactérias,
refere-se ao aumento do número de indivíduos presentes na população.
O aumento é obtido através de divisão binária, processo em que uma célula dá origem
a duas outras pela separação do material celular em duas metades equivalentes.
Medidas de crescimento
A avaliação da população microbiana no habitat natural ainda é a tarefa mais difícil,
cujos resultados nem sempre refletem a realidade. Esta dificuldade é gerada pelas próprias
características dos microrganismos, cuja diversidade biológica é notável.
A população bacteriana é avaliada através da contagem do número de células na
amostra por microscopia, contagem de colônias, avaliação da densidade celular por
turbidimetria, ou sua atividade enzimática sobre um produto específico.
No caso da população fúngica, a avaliação normalmente é feita medindo-se o
crescimento das hifas determinando a massa seca.
Curva de crescimento bacteriano
Nos microrganismos pluricelulares, a multiplicação celular conduz a um aumento do
tamanho do indivíduo. Nos organismos unicelulares, a multiplicação celular leva a um
aumento do número de indivíduos. O crescimento de uma população bacteriana pode ser
limitado pela exaustão de nutrientes disponíveis e pelo acúmulo de substâncias tóxicas.
Uma curva de crescimento típica pra uma cultura bacteriana apresenta no mínimo 4
fases principais:
A- Fase inicial ou “lag”
B- Fase de crescimento exponencial ou logarítmica
C- Fase estacionária máxima
D- Fase de morte ou declínio
A- A fase “lag” – iniciada quando se inocula células velhas em meio novo ou em meios
diferentes do anterior. É o tempo decorrido desde a inoculação até o início do
crescimento constante. As células aumentam de tamanho; o organismo dormente está
absorvendo água; são fisiologicamente ativos; sintetizam enzimas. Não há aumento do
número de células, ao contrário, alguns podem até morrer. No final da fase “lag” cada
organismo se divide.
B- Fase de crescimento exponencial ou logarítmica – quando ocorre taxa de crescimento
constante. Todas as células são viáveis. A população é grandemente uniforme em
termos de composição química, atividade metabólica e características fisiológicas.
C- Fase estacionária máxima – Nesta fase, ocorre o fim do crescimento que pode ser
atribuída à exaustão de nutrientes e à produção de produtos tóxicos. A população
permanece constante, como resultado da completa cessação de divisões ou o
equilíbrio entre o rítmo de reprodução e de morte.
D- Fase de morte ou declínio – Nesta fase o número de morte de bactérias é maior do que
o número das que continuam se multiplicando. Vários fatores contribuem para que
isto aconteça: acúmulo de substâncias inibidoras, como ácidos e etanol, diminuição de
nutrientes essenciais, etc.
CULTIVO E CRESCIMENTO DE MICRORGANISMOS
Fatores físicos para o cultivo dos microrganismos
Quatro condições principais influenciam o meio físico de um microrganismo:
temperatura, pH, atmosfera gasosa e pressão osmótica.
Temperatura
Em temperaturas mais favoráveis para o crescimento, o número de divisões celulares por
hora, chamado taxa de crescimento, geralmente dobra para cada aumento de temperatura de
10°C. A temperatura na qual uma espécie de microrganismo cresce mais rapidamente é a
temperatura ótima de crescimento. Para qualquer microrganismo: as três temperaturas
importantes são as temperaturas de crescimento mínima, ótima e máxima.
Os microrganismos podem ser divididos em três grupos, de acordo com a variação de
temperatura na qual crescem melhor:
1) Psicrófilos – Microrganismos que crescem em baixas temperaturas. Melhores
condições de crescimento ocorrem em temperaturas de 15°C a 20°C, embora cresçam
em temperaturas mais baixas.
2) Mesófilos – Microrganismos que crescem em temperaturas numa faixa de
temperatura média. A maioria dos microrganismos são mesófilos, crescendo melhor
em temperaturas que variam de 25°C a 40°C. Microrganismos patogênicos para o
homem crescem melhor em torno da temperatura corporal (37°C).
3) Termófilos – A maioria dos termófilos cresce à temperatura em torno de 40°C a 85°C,
porém crescem melhor entre 50°C e 60°C. Encontrados em áreas vulcânicas, em
misturas de fertilizantes e em nascentes quentes (gêiseres). A maioria dos
microrganismos termofílicos são procarióticos; nenhuma célula eucariótica conhecida
cresce em uma temperatura superior a 60°C.
Ex: Bacillus stearothermophilus
As enzimas dos termófilos são produzidas mais rapidamente do que as enzimas dos mesófilos,
por isso aquelas que são danificadas pelas altas temperaturas são rapidamente substituídas.
A perda de função da membrana citoplasmática em baixas temperaturas pode ser o que
determina a temperatura de crescimento mínimo dos termófilos.
Atmosfera Gasosa
Os microrganismos no seu hábitat natural necessitam de quantidades variadas de
gases tais como o oxigênio, dióxido de carbono, nitrogênio e metano. De acordo com a
resposta ao oxigênio gasoso, os microrganismos são divididos em quatro grupos fisiológicos:
microrganismos aeróbios, facultativos, anaeróbios e microaerófilos.
Microrganismos aeróbios – requerem oxigênio para o crescimento e podem crescer em uma
atmosfera padrão de 21% de oxigênio.
Ex: fungos filamentosos e bactérias dos gêneros Mycobacterium e Legionella.
Alguns microrganismos requerem níveis elevados de dióxido de carbono. Ex: Neisseria
gonorrhoeae, crescem melhor em uma atmosfera enriquecida com 5 a 10% de CO2.
Microrganismos facultativos- Os microrganismos facultativos são aqueles que crescem na
presença do ar atmosférico e podem também crescer em anaerobiose. Eles não requerem
oxigênio para o crescimento, embora possam utilizá-lo para a produção de energia em reações
químicas. Sob condições anaeróbicas, eles obtêm energia por um processo chamado
fermentação. Os membros da família Enterobacteriaceae, tais como Escherichia coli, são
facultativas, assim como muitas leveduras. Um exemplo é a Saccharomyces cerevisiae, que é
uma levedura comum dos pães.
Microrganismos anaeróbios- aqueles que podem ser mortos pelo oxigênio, não podem
crescer em presença do ar e não utilizam oxigênio, mas os anaeróbios estritos são mortos por
uma breve exposição ao gás.
Exemplos:
- tolerantes ao oxigênio – Clostridium perfringens
- anaeróbio estrito – Bacteroides fragilis
Observações: Toxicidade devida a formação de radical superóxido.
O2 + e -
O2-
Mecanismos enzimáticos
Superóxido dismutase – elimina os radicais superóxido convertendo-os rapidamente em
peróxido de hidrogênio. O peróxido de hidrogênio produzido por esta reação pode ser
metabolizado por outras enzimas: catalase, que converte peróxido de hidrogênio em oxigênio
molecular e água; e peroxidase, que converte peróxido de hidrogênio em água.
Jarra para cultivo de bactérias anaeróbicas em placas de Petri. Quando se adiciona água a uma
embalagem contendo produtos químicos como bicarbonato de sódio e boroidreto de sódio, ocorre a
liberação de hidrogênio e dióxido de carbono. O catalisador de paládio está localizado em uma câmara
separada e na sua superfície ocorrerá a reação entre o hidrogênio e o oxigênio do interior da jarra, que
combinados formarão água. Dessa forma o oxigênio é removido. Também presente na jarra está um
indicador de anaerobiose como o azul de metileno, que tem a coloração azul quando oxidado,
tornando-se incolor quando o oxigênio é removido
Equipamento utilizado na produção de ambientes ricos em CO2. (a) Placas e tubos inoculados com, por
exemplo Neisseria meningitidis são colocados em uma jarra contendo uma vela acesa e a jarra é
posteriormente fechada hermeticamente. Através desta metodologia uma atmosfera contendo
aproximadamente 3% de CO2 será produzida. (b) O pacote consiste em uma embalagem contendo a
placa de Petri e o gerador do gás CO2. O gerador de gás é esmagado misturando os reagentes químicos
que contêm e possibilitando o início da reação liberará CO2. Esta gás reduzirá a concentração de
oxigênio para aproximadamente 5% dentro da embalagem, produzindo uma concentração de CO 2 de
10%.
Microrganismos microaerófilos- são organismos que, assim como os aeróbios, podem utilizar
oxigênio nas reações químicas para a produção de energia. Entretanto, ao contrário dos
aeróbios, eles não podem resistir a níveis de oxigênio (21%) presentes na atmosfera e
normalmente crescem melhor em níveis de oxigênio variando de 1 a 15%. Esta tolerância
moderada ao oxigênio deve-se à alta susceptibilidade aos radicais peróxido e peróxido de
hidrogênio, que são formados nas culturas incubadas sob condições de anaerobiose.
pH
Para crescer bem em um meio ácido ou básico, um microrganismo deve ser capaz de
manter seu pH intracelular em torno de 7,5, não importando qual o valor do pH externo.
Bactérias: mínimo = 4; máximo = 9
Os alimentos tais como chucrute e picles são preservados por ácidos orgânicos
resultantes da fermentação bacteriana, uma vez que as bactérias que deterioram os alimentos
não podem crescer em valores de pH 3 e 4.
Fungos filamentosos e leveduras: variação de pH mais extensa do que as bactérias. O pH ótimo
para seu crescimento é mais baixo do que o das bactérias – em torno de 5 a 6.
Pressão hidrostática
Também pode influenciar o crescimento microbiano. Esta pressão é aquela exercida
nas células pelo peso da água que permanece na superfície delas. Os microrganismos têm sido
isolados do fundo do oceano, que está a 2500 m abaixo do nível do mar, onde a pressão é
maior que 250 bars (250 x a pressão atmosférica). Estes organismos não crescerão em
laboratórios a menos que o meio esteja sob uma pressão similar. Os microrganismos
dependentes de pressão são chamados barófilos. Eles morrem em um meio com baixa pressão
hidrostática porque contém vesículas de gás que se expandem com grande força na
descompressão e rompem as células.
Pressão osmótica
Afeta o crescimento bacteriano, e a água pode ser atraída para dentro ou para fora das células,
de acordo com a pressão osmótica relativa criada por substâncias dissolvidas na célula e no
meio ambiente. (1) O transporte ativo minimiza os efeitos da alta pressão osmótica do meio
ambiente. (2) As bactérias chamadas halófilas necessitam de sal em quantidades que variam
de moderada a grande e são encontradas em oceanos e em águas excepcionalmente salgadas.
Fatores Nutricionais (Químicos)
 Todos os organismos necessitam de uma fonte de carbono: (1) Os autótrofos usam o CO2 e
sintetizam outras substâncias de que precisam. (2) Os heterótrofos precisam de glicose ou de
outra fonte orgânica de carbono a partir da qual obtêm energia, bem como de intermediários
para o processo de síntese.
 Os m.o. necessitam de fontes de nitrogênio orgânico ou inorgânico a partir dos quais
sintetizam proteínas e ácidos nucléicos. Também requerem fontes de outros elementos
encontrados dentro deles, inclusive enxofre, fósforo, potássio, ferro e muitos oligoelementos.
 Os microrganismos que não possuem as enzimas para sintetizar vitaminas específicas devem
obter estas vitaminas a partir do seu meio ambiente.
 As necessidades nutricionais de um organismo são determinadas pelo tipo e quantidade de
suas enzimas. A complexidade nutricional reflete uma deficiência nas enzimas biossintéticas.
 A maioria dos microrganismos transporta substâncias de baixo peso molecular através de
sua membrana celular, metabolizando-as internamente. Algumas bactérias (e fungos) também
produzem exoenzimas, que digerem grandes moléculas fora da membrana celular do
organismo.
 Os microrganismos ajustam-se a suprimentos limitados de nutrientes aumentando a
quantidade de enzimas que produzem, sintetizando as enzimas que metabolizam outros
nutrientes disponíveis ou ajustando suas atividades metabólicas de modo a crescerem a uma
velocidade condizente com a disponibilidade de nutrientes.