Crescimento e Controle Microbiano

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FISSÃO BINÁRIA 
 O crescimento é definido como um aumento no número de células. 
 Quando uma célula eventualmente separa-se para formar duas células, dizemos que 
ocorreu uma geração, e o tempo requerido para esse processo é chamado de tempo 
de geração. 
 O tempo de geração em uma dada espécie de bactéria é altamente variável, sendo 
dependente de fatores nutricionais e genéticos e da temperatura. 
 
 
PROTEÍNAS FTS E DIVISÃO CELULAR 
Uma série de proteínas presentes em todas as bactérias é essencial para a divisão 
celular. Essas proteínas são chamadas de proteínas Fts, e uma proteína-chave, FtsZ, 
desempenha um papel crucial no processo de fissão binária. FtsZ é relacionada à tubulina, 
a importante proteína da divisão celular em eucariotos, e é também encontrada na maioria 
das arqueias, mas não em todas. 
As proteínas Fts interagem na célula para formar um aparato de divisão chamado de 
divissomo. Em células bacilares, a formação do divisomo inicia-se com a ligação de 
moléculas de FtsZ em um anel precisamente ao redor do centro da célula; esse anel será 
o plano de divisão da célula. 
O divissomo também contém proteínas Fts necessárias à síntese de 
peptideoglicano, como FtsI. FtsI é uma das várias proteínas de ligação à penicilina 
presentes na célula. 
O divissomo coordena a síntese do novo material da membrana citoplasmática e da 
parede celular, denominado septo de divisão, no centro de uma célula bacilar, até que ela 
atinja o dobro de seu comprimento original. 
 
O DNA é replicado antes da formação do anel FtsZ, pois o anel é formado no espaço 
entre os nucleoides duplicados; antes da segregação dos nucleoides, eles bloqueiam 
efetivamente a formação do anel FtsZ. As proteínas MinC, MinD e MinE interagem para 
guiar FtsZ à porção central da célula. 
 
 A natureza circular do cromossomo de Escherichia coli e da maioria dos procariotos 
gera uma oportunidade para acelerar a replicação do DNA. Isso se deve ao fato de 
a replicação de genomas circulares ser bidirecional a partir da origem de replicação. 
 
 Células de E. coli crescendo sob tempos de duplicação menores que 40 minutos 
apresentam múltiplas forquilhas de replicação de DNA. 
 
MREB E MORFOLOGIA CELULAR 
O principal fator na determinação da morfologia em bactérias é uma proteína 
denominada MreB. MreB forma um citoesqueleto simples em células de bactérias e em 
algumas poucas espécies de arqueias. 
 MreB forma uma hélice de filamentos, localizada internamente à célula, 
imediatamente abaixo da membrana citoplasmática. 
 
 A inativação do gene que codifica MreB em células de bactérias com morfologia 
bacilar torna as células cocoides. Além disso, a maioria das bactérias naturalmente 
em forma de coco são desprovidas do gene que codifica MreB, sendo, portanto, 
incapazes de produzir MreB. 
 
 Caulobacter crescentus, uma espécie de Proteobacteria em forma de vibrião, sintetiza 
uma proteína determinante da morfologia denominada crescentina, além da MreB. 
 
 Acredita-se que o arranjo e a localização dos filamentos de crescentina sejam 
responsáveis pela morfologia curva característica da célula de C. crescentus. 
 
 
 Curiosamente, a proteína MreB é estruturalmente relacionada à proteína 
eucariótica actina, e FtsZ é relacionada à proteína eucariótica tubulina. A actina 
organiza-se em estruturas denominadas microfilamentos, que atuam como 
arcabouço no citoesqueleto da célula eucariótica e na divisão celular, ao passo que a 
tubulina forma microtúbulos, que são importantes na mitose e outros processos. 
Além disso, a proteína determinante da forma crescentina em Caulobacter é 
relacionada às proteínas queratina que constituem os filamentos intermediários 
em células eucarióticas. 
BIOSSÍNTESE DE PEPTÍDEOGLICANO 
Em células de todas as espécies de bactérias que contêm peptideoglicano, e a 
maioria delas contém, o peptideoglicano preexistente deve ser cortado temporariamente 
para permitir que o peptideoglicano recém-sintetizado seja inserido durante o processo de 
crescimento. 
 Em cocos, o material da nova parede celular cresce em direções opostas, a partir do 
anel FtsZ, enquanto em células em forma de bacilo, a nova parede celular cresce a 
partir de várias localizações ao longo do comprimento da célula. 
 Uma molécula lipídica carreadora, denominada bactoprenol, desempenha um 
importante papel na parte final da biossíntese. 
O bactoprenol transporta os precursores do peptideoglicano através da membrana 
citoplasmática, tornando-os suficientemente hidrofóbicos para atravessarem o interior 
da membrana. Uma vez no periplasma, o bactoprenol interage com enzimas denominadas 
transglicolases, que inserem os precursores no ponto de crescimento da parede celular e 
catalisam a formação da ligação glicosídica. Previamente, as pequenas aberturas 
existentes no peptideoglicano são feitas por enzimas denominadas autolisinas, as quais 
têm a função de hidrolisar as ligações que conectam a N-acetilglicosamina e o ácido N-
acetilmurâmico no esqueleto do peptideoglicano. O novo material da parede celular é, então, 
adicionado por meio dessas aberturas. A junção entre as formas novas e velhas do 
peptideoglicano forma uma saliência na superfície celular de bactérias gram-positivas, que 
podem ser observadas como uma faixa de parede. 
 É essencial que a síntese do peptideoglicano seja um processo altamente 
coordenado. 
 Evitar uma ruptura na integridade do peptideoglicano no ponto de junção; uma quebra 
poderia causar a lise celular espontânea, chamada de autólise. 
A etapa final na síntese da parede celular consiste na transpeptidação. A 
transpeptidação forma as ligações peptídicas cruzadas entre os resíduos de ácido murâmico 
em cadeias adjacentes de glicano. 
 
ASPECTOS QUANTITATIVOS DO CRESCIMENTO MICROBIANO 
Este padrão de aumento populacional, em que o número de células é duplicado a um 
intervalo de tempo constante, é denominado crescimento exponencial. 
 
Há uma relação fixa entre o número de células inicialmente presentes em uma cultura e 
o número presente após um período de crescimento exponencial; essa relação pode ser 
expressa como 
N = N02n 
em que N corresponde ao número final de células, N0 representa o número inicial de células 
e n é o número de gerações formadas durante o período de crescimento exponencial. 
O tempo de geração (g) da população em crescimento exponencial corresponde a 
t/n, em que t refere-se à duração de crescimento exponencial, sendo expresso em dias, 
horas ou minutos. 
A partir do conhecimento dos números inicial e final de células em uma população em 
crescimento exponencial, é possível calcular n e, a partir de n e do conhecimento de t, o 
tempo de geração, g. 
 
 
Assim, nesse exemplo, g = t/n = 2/1 = 2 h. 
O CICLO DE CRESCIMENTO 
A curva de crescimento descreve um ciclo de crescimento completo, incluindo as 
fases lag, exponencial, estacionária e de morte. 
 
Quando uma população microbiana é inoculada em um novo meio, o crescimento é 
iniciado somente após um período de tempo, denominado fase lag. 
Se uma cultura em crescimento exponencial for transferida ao mesmo meio, nas 
mesmas condições de crescimento (temperatura, aeração, entre outros), a fase lag não 
necessariamente ocorre e o crescimento exponencial começa imediatamente. 
Entretanto, se o inóculo for proveniente de uma cultura antiga, em geral haverá 
uma fase lag, uma vez que as células encontram-se depletadas de vários constituintes 
essenciais, requerendo tempo para sua biossíntese. 
Uma fase lag também é observada quando o inóculo é de baixa viabilidade (poucas 
células vivas) ou consiste em células que sofreram algum tipo de dano, mas não foram 
mortas, decorrente de algum agente estressante, como altas e baixas temperaturas, 
radiação ou compostos químicos tóxicos. 
Uma fase lag também é observada quando uma população microbiana é transferida 
de um meio de cultura rico paraum mais pobre; por exemplo, de um meio complexo a um 
meio definido. 
Células em crescimento exponencial geralmente encontram-se nas condições mais 
saudáveis e, por essa razão, são preferencialmente utilizadas para estudos enzimáticos ou 
de outros componentes celulares. 
As taxas de crescimento exponencial variam amplamente, sendo influenciadas pelas 
condições ambientais (temperatura, composição do meio de cultura), bem como pelas 
características genéticas do próprio organismo. 
O crescimento torna-se limitado em culturas porque ou um nutriente essencial no 
meio de cultura é depletado ou os produtos de excreção do organismo acumulam-se. 
Quando o crescimento exponencial cessa por uma (ou ambas) dessas razões, a população 
atinge a fase estacionária. 
Na fase estacionária, não se observa aumento ou diminuição líquidos no número de 
células, portanto a taxa de crescimento da população corresponde a zero. 
Algumas células podem até mesmo se dividir durante a fase estacionária, porém não 
há aumento líquido no número de células. Isso ocorre porque algumas células da população 
crescem, ao passo que outras morrem; os dois processos equilibram-se um ao outro 
(crescimento críptico). 
No entanto, cedo ou tarde a população entrará na fase de morte do ciclo de 
crescimento celular, que, assim como a fase exponencial, ocorre como uma função 
exponencial. Todavia, normalmente a taxa de morte celular é muito mais lenta do que a 
taxa de crescimento exponencial, e células viáveis podem permanecer em uma cultura por 
meses ou até mesmo anos. 
CULTURA CONTÍNUA 
 Diferente de uma cultura em batelada, que é um sistema fechado, uma cultura 
contínua é um sistema aberto. 
 Em um frasco de cultura em crescimento contínuo, um volume de meio fresco é 
adicionado a uma taxa constante, enquanto o mesmo volume de meio de cultura 
usado (que também contém células) é removido na mesma taxa. 
 Quando em equilíbrio, o volume do frasco de crescimento, o número de células e a 
quantidade de nutrientes/excretas permanecem constantes e a cultura atinge um 
estado de equilíbrio. 
 
 
Dois fatores governam a taxa de crescimento e a densidade celular, respectivamente: 
(1) a taxa de diluição, que é a taxa com a qual o meio fresco é adicionado e o meio usado é 
removido; 
(2) a concentração de um nutriente limitante, como uma fonte de carbono ou nitrogênio, 
presente no meio estéril introduzido no frasco do quimiostato. 
 
 
Em taxas de diluição muito baixas ou muito altas, o estado de equilíbrio é rompido. 
Em uma taxa de diluição muito alta, o organismo não consegue crescer com velocidade 
suficiente para manter sua diluição, sendo eliminado do quimiostato. 
Em contrapartida, em uma taxa de diluição muito baixa, as células podem morrer por 
desnutrição, uma vez que o nutriente limitante não está sendo adicionado com velocidade 
suficiente para suportar o metabolismo celular mínimo. 
 
CONTAGENS MICROSCÓPICAS 
 
CONTAGEM DE CÉLULAS VIÁVEIS 
Uma célula viável é definida como aquela capaz de dividir-se, originando células-filhas, e, 
na maioria das situações de contagens de células, são as células que causam maior 
interesse. 
 
 
ESPECTROFOTOMETRIA 
Uma vez que a massa celular é proporcional ao número de células, a turbidez pode ser 
utilizada para estimar o número de células, e é uma técnica amplamente utilizada na 
microbiologia. 
A turbidez é medida com o auxílio de um espectrofotômetro, um instrumento que promove a 
passagem de luz através de uma suspensão celular, detectando a quantidade de luz 
emergente, não dispersa.