Nutrição e crescimento

Transcrição

1 Nutrição e crescimento microbiano

2 Fatores necessários para o crescimento Fatores físicos: temperatura, ph, pressão osmótica Crescimento microbiano* Fatores químicos: fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo, oligoelementos, oxigênio, fatores orgânicos de crescimento (vitaminas, aminoácidos, purinas, pirimidinas). * Crescimento microbiano: em microbiologia, refere-se ao aumento no número de células.

3 Exigências nutricionais Substâncias nutricionais essenciais para a vida e adequado funcionamento para qualquer organismo vivo. Fonte de energia Carbono: CO 2 (fonte inorgânica), compostos orgânicos (carboidratos, proteínas, lipídeos) macromoléculas biológicas Nitrogênio: * compostos inorgânicos (NH 3, NO3 -, N 2), fontes orgânicas (aminoácidos e bases nitrogenadas) proteínas, ácidos nucléicos Enxofre e fósforo: enxofre (*compostos orgânicos) aa cisteína e metionina, e vitaminas fósforo (* fosfatos) ácidos nucléicos e fosfolipídeos Elementos minerais: sódio, cálcio, potássio, magnésio, manganês, ferro, zinco cobre, fósforo e cobalto). Necessários para o desenvolvimento normal. Água: para as bactérias todos os nutrientes devem estar dissolvidos em água absorção. Bactérias: grande diversidade

4 Classificação em função do padrão nutricional Fonte de energia: Quimiotróficos reações de oxidação-redução de compostos orgânicos ou inorgânicos Fototróficos luz (energia luminosa fonte primária) Fonte de C: Autotróficos (nutrição própria) CO2 Heterotrófico (nutrição depende de outros) fonte de C orgânica. Também conhecidos como organotróficos

5 Classificação combinada Fotoautotróficos: bactérias verdes (Chlorobium), bactérias púrpuras (Chromatium) e cianobactérias(fotossintéticas) Bacterioclorofilas: presentes em estruturas próximas à parede interna da membrana plasmática (clorossomos, invaginações da membrana). Absorção de luz. Redução do CO 2 e liberação de O 2 (processo oxigênico) Microcystis aeroginosa (cianobactéria)

6 Foto-heterotróficos: bactérias verdes não-sulfurosas (Chloroflexus), bactérias púrpuras não-sulforosas (Rhodopseudomonas) Catabolismo de compostos orgânicos sem produção de O 2 (processo anoxigênico) Quimioautotróficos: Beggiatoa, Thiobacillusthiooxidans, Nitrosomonas, Nitrobacter, Pseudomonas carboxydohydrogena Fonte de energia: elétrons de compostos inorgânicos (sulfeto de H, amônia, monóxido de C...)

7 Quimio-heterotróficos: maioria das bactérias, todos os fungos, protozoários e animais. Geralmente a fonte de energia e de C é a mesma (ex: glicose). Elétrons a partir de átomos de H em compostos orgânicos Melhor classificação em função do composto orgânico: Saprófitos: matéria orgânica morta Parasitas: nutrientes em hospedeiro vivo

8 Efeito da temperatura na taxa de crescimento (Fonte: Madigan et al., 2004). Taxa de crescimento = variação do número de células ou da massa celular por unidade de tempo Temperaturas cardeais: mínima, ótima e máxima (variáveis nos diferentes microrganismos)

9 Temperatura Temperatura de crescimento pode ser mínima, ótima e máxima. Maioria cresce em um intervalo de 30 o C entre mínima e máxima. Psicrófilos: profundezas de oceanos e regiões polares (algas clorofíceas e diatomáceas). Mesófilos: Temperatura ótima entre 25 e 40 o C. Maioria das bactérias. Termófilos Temperatura entre 45 e 80 o C. Fontes termais, camadas superiores de solos que sofrem intensa radiação solar, esterco e silo em fermentação. Hipertermófilos: Temperatura ótima superior à 80 o C. Fontes termais, como as do Parque Yellowstone. Principalmente membros de Archaea. Relação da temperatura com as taxas de crescimento. As temperaturas ótimas de cada organismo estão indicadas. (Fonte: Madigan et al., 2004).

10 ph ph ótimode crescimento refere-se ao ph do meio externo; o ph intracelular deve permanecer próximo à neutralidade. Maior parte das bactérias cresce entre ph 6,5 e 7,5. Acidófilos: muitos fungos (ph ótimo em torno de 5 ou inferior), vários gêneros de Archaea. Alcalifílicos: muitas espécies de Bacillus e algumas arquéias (que também são halofílicas). Adição de sais de fosfato (KH 2 PO 4 ) em meios de cultura funcionam como tampão para neutralizar, por exemplo, ácidos produzidos por bactérias em crescimento. A escala de ph. (Fonte: Madiganet al., 2004).

11 Pressão osmótica Os microrganismos que tem necessidades específicas de NaCl para seu crescimento ótimo podem ser : halófilos discretos: [ ] baixas 1 a 6% halófilos moderados: [ ] moderadas 6 a 15% halófilos extremos: [ ] altas 15 a 30% Efeito da concentração do íon sódio no crescimento de microrganismos com diferentes tolerâncias ou necessidades de sal. (Madigan et al., 2004).

12 Relações dos microrganismos com o oxigênio Aeróbios (Ar contém 21% de O 2 ) Aeróbios estritos ou obrigatórios (necessitam de O 2 para sua sobrevivência) Microaerófilos (necessitam de O 2 mas em concentrações menores do que a encontrada no ar) São sensíveis aos radicais superóxidos ou peróxidos, produzidos em concentrações letais quando em condições de altas concentrações de oxigênio Aeróbios facultativos (podem utilizar o O 2 quando disponível). Ex: E coli. São capazes de continuar seu crescimento através da respiração anaeróbia ou da fermentação. Obrigatórios Anaeróbios (não utilizam o O 2 para reações de produção de energia, para muitos o O 2 é danoso). Ex: Clostridium. Aerotolerantes (toleram a presença do oxigênio, mas não podem utilizá-lo para seu crescimento). Ex: Lactobacillus. Fermentam carboidratos produzindo ácido lático.

13 Oxigênio Representação dos tipos de crescimento bacteriano quanto à presença de oxigênio em meio caldo tioglicolato + ágar (+ denso). (a) aeróbios obrigatórios. (b) anaeróbios obrigatórios. (c) aeróbios facultativos. (d) microaerófilos. (e) anaeróbios aerotolerantes. Fonte: Madigan et al., 2004.

14 Cultivo de anaeróbios

15 Divisão celular Células natatórias (expansivas) Pedúnculo

16 Fissão Binária Cromossomo, cópias de ribossomos complexos macromoleculares, monômeros e íons inorgânicos Cromossomo, cópias de ribossomos complexos macromoleculares, monômeros e íons inorgânicos Tempo que demora para ocorrer = tempo de geração

17 Paracoccidioides brasiliensis bacilo

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19 Crescimento populacional O aumento do número de células também pode ser medido pelo aumento da massa microbiana Taxa de crescimento: variação de número de células ou da massa celular por unidade de tempo; Geração: intervalo em que uma célula origina duas novas; Tempo de geração: tempo necessário para que uma população dobre de número (Tempo de duplicação);

20 Crescimento populacional O padrão de aumento populacional, em que o número de células é duplicado a cada período de tempo, é denominado crescimento exponencial. Escala aritmética: difícil de obter informações sobre a taxa de crescimento Construir Gráficos semilogarítmicos

21 Tempo de geração Tempo de Geração: intervalo de tempo em que uma célula origina duas novas células ou tempo necessário para uma população dobrar de número. Muitas das bactérias estudadas apresentam tg de 1 a 3 h (pode variar de 10 min a >24h). Tg de E. coli = 20 min 20 gerações(~7 horas), 1 célula torna-se em > 1 milhão de células! Tgpode ser influenciado pelas condições de cultivo (tipo de meio, temperatura, etc.). n= 1 (uma geração = tempo para duplicar a população) t = 30 tg = t/n tg = 30/1 = 30 tempo de geração = 30 minutos

22 Fases do crescimento de uma população Curva de crescimento típica de uma população bacteriana, a partir de uma cultura em batelada* (Madigan et al., 2004). * Cultura que se desenvolve em um volume fixo de meio de cultura.

23 Fases do crescimento LAG Pouca ou ausência de divisão celular. Síntese enzimática e de moléculas variadas. Pode ser curta ou longa, dependendo das condições fisiológicas do inóculo. Aumento na quantidade de proteínas, no peso seco e no tamanho celular

24 Fases do crescimento EXPONENCIAL ou Log Crescimento exponencial das células Tg constante linha reta no gráfico. Fase que as células estão mais saudáveis utilizadas para estudos enzimáticos e de outros componentes celulares. Taxa de crescimento exponencial (número de gerações por unidade de tempo) de uma população pode ser influenciada pelas condições de cultivo, por exemplo.

25 Tg (E.coli) = 20 min

26 Fases do crescimento ESTACIONÁRIA Não há crescimento líquido da população, ou seja, o número de células que se divide é equivalente ao número de células que morrem (crescimento críptico). Síntese de vários metabólitos secundários (antibióticos e algumas enzimas). Também pode ocorrer a esporulação das bactérias. Alterações de fenótipo por quorum sensing (processo de comunicação celular mediado pela densidade populacional). Causas:esgotamento de nutrientes essenciais, acúmulo de produtos de excreção em concentrações inibitórias, alterações no ph.

27 Fases do crescimento MORTE OU DECLÍNIO Número de células mortas excede o de células vivas. Na maioria dos casos, a taxa de morte é inferior à taxa de crescimento exponencial. A contagem total permanece relativamente constante, enquanto a de viáveis cai lentamente. Em alguns casos há a lise celular.

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