Resumo - BCFM - Condições químicas e físicas para o cultivo de microrganismos

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Condições químicas e físicas para o cultivo 
de microrganismos 
- Para o estudo de microrganismos em 
laboratório é necessário o fornecimento de 
condições químicas e físicas adequadas para 
seu crescimento celular, para possibilitar sua 
identificação, caracterização e o controle do 
seu crescimento. 
 
1. Condições químicas 
- Se refere aos nutrientes necessários para o 
crescimento dos microrganismos. 
- Os nutrientes são necessários para a síntese 
dos componentes celulares e para obtenção 
de energia. 
- Os nutrientes podem ser utilizados na 
classificação dos microrganismos, já que cada 
espécie possui exigências nutricionais típicas. 
- Para cultivar um microrganismo no 
laboratório é necessário criar um meio que 
imite seu ambiente natural. 
 
• Macronutrientes 
- São necessários em grandes quantidades. 
 
Carbono 
- O principal macronutriente deve ser alguma 
fonte de carbono: todas as moléculas 
orgânicas precisam de carbono. Além disso, o 
carbono é essencial para componentes 
estruturais da célula. 
- O carbono também pode ser utilizado como 
fonte de energia para a célula. 
- Devido a essas duas funções importantes do 
carbono (estrutural e energética), foi criada 
uma classificação dos seres vivos segundo 
sua forma de obtenção do carbono para esses 
dois propósitos. 
- Quimioheterotrófico: sua fonte de carbono é 
a partir de moléculas orgânicas já formadas e 
sua fonte de energia também vem de 
compostos orgânicos. 
- Quimioautotróficos: sua fonte de carbono é 
obtida pelo CO2 e a fonte de energia vem de 
compostos inorgânicos. 
- Fotoautotróficos: fonte de carbono é CO2 e 
obtém energia a partir da luz. 
- Fotoheterotróficos: obtém carbono de 
compostos orgânicos e energia a partir da luz. 
 
 
➢ Bactérias quimioheterotróficas 
- São bactérias de maior importância médica, 
pois obtém o carbono a partir de moléculas 
orgânicas em hospedeiro animal ou vegetal 
para suas estruturas celulares e para obter 
energia. 
- Também possuem importância industrial para 
a degradação de poluentes que são 
compostos de moléculas orgânicas, como 
pesticidas, plásticos e hidrocarbonetos. 
- Em relação à versatilidade do metabolismo, 
algumas bactérias só usam a glicose. Outras 
bactérias, como as do gênero Pseudomonas, 
utilizam diferentes carboidratos, aminoácidos, 
hidrocarbonetos e pesticidas. Estas vivem em 
maior diversidade de ambientes. 
- No meio de cultura, caso sejam fornecidos 
polímeros como amido, celulose e glicogênio, 
é necessário que essas bactérias sejam 
capazes de produzir hidrolases extracelulares 
para degradá-los. 
 
 
Nitrogênio 
- É o segundo macronutriente mais importante. 
- É um componente estrutural e também é 
fonte de obtenção de energia. 
- Compõe as proteínas, carboidratos e ácidos 
nucleicos. 
- Fonte inorgânica: gás nitrogênio e sais a base 
de nitrogênio. 
- Fonte orgânica: aminoácidos, peptídeos 
- Quando não se sabe se um microrganismo é 
capaz de sintetizar alguns aminoácidos, é 
melhor fornecer uma fonte orgânica de 
nitrogênio. 
- Entretanto, para utilizar peptídeos no meio de 
cultura, as bactérias precisam de hidrolases 
extracelulares. 
 
Enxofre 
- Também é importante para componentes 
estruturais (aminoácidos) e como fonte de 
energia. 
- Fonte inorgânica: sulfato e gás sufídrico 
- Fonte orgânica: aminoácidos sulfurados 
(cisteína, metionina) 
 
- Outros macronutrientes: Potássio, Magnésio, 
Cálcio, Sódio, Ferro, Fosfato. 
- Em laboratório, é necessário criar um meio de 
cultura em que todos esses macronutrientes 
sejam fornecidos aos microrganismos. 
 
 
• Micronutrientes 
- São necessários em quantidades muito 
pequenas. 
- Estão presentes na água ou são 
contaminantes dos macronutrientes. Muitas 
vezes, não é necessário adicioná-los à parte. 
- Zinco: cofator de enzimas 
- Cobalto: cofator da vitamina B12 
- Também são chamados de elementos-traço. 
 
• Fatores de crescimento 
- São moléculas orgânicas que um 
microrganismo não consegue sintetizar. 
- Não são utilizados para obtenção de energia. 
- São variáveis em cada espécie. 
- São aminoácidos, nucleotídeos e vitaminas 
que um microrganismo são sintetiza. 
- Microrganismos prototróficos: 
- Não necessitam de fatores de 
crescimento, pois sintetizam tudo o que 
precisam. 
- Grande capacidade biossintética. 
- São microrganismos que sobrevivem 
em ambientes de baixa variedade de 
moléculas orgânicas, como no solo e 
na água. 
- Ex: Escherichia coli, algumas 
leveduras 
- Microrganismo auxotrófico: 
- Precisa de fatores de crescimento 
- Menor capacidade biossintética 
- Microrganismos presentes em 
alimentos, mucosas e no sangue, onde 
existe grande variedade de moléculas 
orgânicas. 
- Muitos são patogênicos. 
- Ex: Staphylococcus aureus, 
Salmonella typhi, Bacillus anthracis 
 
• Meios de cultura 
- São compostos de grande quantidade de água 
- Nutrientes necessários para um determinado 
microrganismo se multiplicar: fonte de carbono, 
nitrogênio e outros macronutrientes. 
Dependendo do microrganismos, outros coisas 
precisam ser adicionadas. Por isso, existem três 
tipos de meios de cultura: meio mínimo, meio 
definido e meio complexo. 
 
➢ Meio mínimo 
- Tem o mínimo necessário para o 
desenvolvimento de um microrganismo: fonte de 
carbono, fonte de nitrogênio e sais minerais. 
- Sem fatores de crescimento 
- É utilizado para cultivo de microrganismos 
prototróficos. 
 
➢ Meio definido 
- Seus constituintes são conhecidos 
qualitativamente e quantitativamente. Os tipos 
de nutrientes e suas quantidades são definidas. 
- Contém fatores de crescimento. 
- Utilizado para microrganismos auxotróficos de 
metabolismo conhecido. 
 
➢ Meio complexo: 
- Tem composição química indefinida. É 
utilizado para garantir que o microrganismo terá 
todos os nutrientes e fatores necessários. As 
quantidades não são definidas. 
- Contém todos os fatores de crescimento 
presentes 
- Composto de sangue, extrato de levedura, 
extrato de carne, peptona e leite 
- É utilizado para cultivo de microrganismos 
auxotróficos de metabolismo desconhecido. Ex.: 
microrganismos desconhecidos coletados de 
um paciente com infecção. 
- Também pode ser utilizado para o crescimento 
mais rápido de microrganismos prototróficos. 
 
➢ Alguns microrganismos não crescem em 
meios de cultura 
- Dessa forma, ainda não existe um meio de 
cultura universal. Isso acontece porque: 
- Esses microrganismos precisam de grande 
quantidade de fatores de crescimento que os 
meios não fornecem 
- Também pode ser porque são patógenos 
intracelulares obrigatórios. É necessário utilizar 
culturas de células dos hospedeiros desses 
microrganismos. 
 
2. Condições físicas 
 
• Temperatura 
 
- Gráfico de temperatura versus velocidade de 
crescimento: 
- 0: temperatura mínima de crescimento 
(abaixo disso não cresce). 
- Aumentando a temperatura, a 
velocidade de crescimento também 
aumenta. 
- Alcançando a temperatura ótima de 
crescimento, a velocidade de 
crescimento é a mais rápida. 
- Ultrapassando a temperatura ótima, a 
velocidade começa a cair até chegar a 
temperatura máxima de crescimento. 
Acima dessa temperatura o 
microrganismo não cresce. 
- Entre a temperatura mínima e a 
máxima, o valor vária de 30-40ºC. 
 
- Os microrganismos são classificados de 
acordo com sua temperatura de crescimento. 
 
 
➢ Microrganismos psicrófilos 
- Crescimento abaixo de 20ºC. 
- São bactérias e arqueas do Ártico, Antártica 
e que crescem em geladeira. 
- A limitação para o crescimento é a presença 
de água em estado líquido (sem água líquida, 
não sobrevivem). 
- No mar e em alimentos, por conta da 
presença de sal, o congelamento é abaixo de 
0ºC, por isso pode-se encontrar 
microrganismos vivendo abaixo dessa 
temperatura. 
 
➢ Microrganismos mesófilos 
- Crescimento entre 20°C e 40°C. 
- São a maioria dos microrganismospatogênicos, já que conseguem viver na 
temperatura corporal humana. 
- Microrganismos psicrotróficos: mesófilos que 
também crescem na faixa de microrganismos 
psicrófilos. Têm uma faixa de crescimento 
muito maior (aproximadamente 0-40ºC). 
Atuam na deterioração de alimentos. Ex.: 
Staphylococcus aureus. 
 
➢ Microrganismos termófilos 
- Crescimento em temperatura um pouco 
acima da temperatura ambiente. 
- De 40-70ºC. 
- São bactérias e arqueas do solo. 
 
➢ Microrganismos hipertermófilos 
- Crescimento acima de 70ºC 
- Arqueas de fontes termais e gêiseres. 
 
• Adaptações a baixas temperaturas 
- Membrana plasmática com ácidos graxos 
insaturados, para aumentar a fluidez. 
- Proteínas com predomínio de aminoácidos 
polares, para ter melhor interação com a água 
próximo a temperatura de congelamento. 
 
➢ O que ocorre abaixo da temperatura 
mínima de crescimento? 
- A membrana tem pouca fluidez e ocorre a 
interrupção dos mecanismos de transporte e 
de obtenção de energia em procariotos. 
- As enzimas têm sua conformação alterada, 
com desnaturação parcial. 
- A atividade metabólica é interrompida, mas 
não há morte celular. Por isso, isso pode ser 
usado como estratégia para conservação de 
microrganismos. 
 
• Adaptações a altas temperaturas 
- Presença de membrana plasmática em 
monocamada 
- Ácidos graxos saturados e ligações do tipo 
éter em fosfolipídeos. 
- Proteínas com aminoácidos hidrofóbicos no 
interior da estrutura. 
- Alto teor de GC em ácidos nucleicos. 
 
➢ O que ocorre acima da temperatura 
máxima de crescimento? 
- A membrana apresenta um excesso de 
fluidez e se torna desorganizada. 
- As enzimas têm sua conformação alterada, 
ocorre desnaturação total. 
- Desnaturação do DNA. 
- Lise celular. 
 
 
• pH 
 
➢ Microrganismos acidófilos 
- Vivem em pH abaixo de 7. 
- Estão presentes em certos alimentos e 
impedem a contaminação por outros 
microrganismos. 
- Estão presentes em mucosas, acidificando o 
ambiente e impedindo o crescimento de outros 
microrganismos. 
 
➢ Microrganismos neutrófilos 
- Crescem em pH próximo à neutralidade. 
- pH 7 – 8,5 
- Neste grupo se encontram boa parte das 
bactérias e protozoários patogênicos ao 
homem, já que o corpo humano tem pH 
próximo ao neutro. 
 
➢ Microrganismos basófilos 
- pH acima de 8,5 
- Bactérias e arqueas. 
- Encontrados em lagos e solos especiais, com 
valor alto de pH. 
- Aplicação industrial: as enzimas produzidas 
por eles funcionam em valores altos de ph. São 
adicionadas a detergentes. 
 
- O pH do citoplasma precisa estar sempre 
próximo da neutralidade, para evitar 
desnaturação de proteínas e do DNA. 
- A estratégia adotada pelas células em pH 
ácido é a passagem de íons pela membrana 
plasmática. Ocorre o transporte permanente 
de H+ para o meio extracelular. Também existe 
uma proteína chamada hidrogenase, que 
converte dois íons H+ e forma gás hidrogênio, 
lançando-o para fora da célula. 
- Para as células que vivem em pH básico, o 
mecanismo é de transportar H+ para dentro da 
célula. 
- Controle do pH em meio de cultura é feito por 
tampões de pH. 
 
• O2 (potencial de oxi-redução) 
 
➢ Microrganismo aeróbio estrito (obrigatório) 
- Precisam da presença de O2, que funciona 
como aceptor final de elétrons na respiração 
aeróbia. 
- Quando a célula usa o oxigênio como aceptor 
final de elétrons, ocorre a produção colateral 
de radicais livres de oxigênio, que são muito 
ionizantes (podem prejudicar estruturas da 
célula). 
- Essas células são capazes de remover 
radicais livres de oxigênio pela ação de três 
enzimas: superóxido dismutase, peroxidase e 
catalase. 
- Para demonstrar se existe presença de 
catalase. Adiciona-se H2O2 na superfície do 
meio de cultura sólido. 
 
➢ Microrganismos aeróbios microaerófilos 
- Precisam de pequena quantidade de O2. 
- Possuem moléculas sensíveis a altos de 
níveis de O2. 
 
➢ Microrganismos anaeróbios 
- Sobrevivem apenas na ausência de O2. 
- Não usam O2 como aceptor final de elétrons 
na respiração aeróbia. 
- São incapazes de remover radicais livres de 
oxigênio, pois não têm as enzimas. 
 
➢ Microrganismos anaeróbios estritos 
- O O2 é letal para esses microrganismos. 
- Exemplo: Clostridium botulinum 
- Bactéria capaz de esporular e anaeróbia 
obrigatória 
- Endosporos presentes no solo 
- Contaminação de alimentos – se embalados 
a vácuo, ocorre germinação: 
- Crescimento em anaerobiose e produção da 
toxina botulínica 
Prevenção da germinação no alimento: 
- Processamento térmico adequado 
- Acidificação 
 
➢ Aerotolerantes 
- Toleram pequenas quantidades de O2. 
- Removem o pouco de O2 por oxidação de 
compostos orgânicos. Ex.: glicose até ácido 
glicônico. 
 
➢ Microrganismos facultativos 
- Crescem na presença ou ausência de O2. 
- Têm um metabolismo versátil. 
- Apresentam SOD, peroxidase e catalase. 
 
 
• Demonstração da necessidade de O2 
- Utiliza-se meio de cultura semi-sólido com 
indicador de pH. 
- Inoculação de 2 tubos com agulha. 
- Verter óleo mineral estéril sobre o meio de 
cultura em um dos tubos. O outro tubo é 
exposto ao oxigênio. 
- Crescimento: acidificação do meio – 
mudança de cor do indicador de pH. 
 
 
 
• Osmolaridade 
- Atividade de água (aw): quantidade de água 
livre disponível para o microrganismo. 
- Água pura =1 
- Á medida que o valor diminui, significa que 
menos água está disponível. 
- Solução hipertônica: diminuição da atividade 
de água; interrupção do crescimento 
- Ex.: carne seca e geleia: baixa atividade de 
água impede o crescimento de 
microrganismos. 
- Algumas células têm mecanismo para 
contrabalançar o meio hipertônico: acúmulo 
de solutos compatíveis intracelulares para 
manter o equilíbrio entre o meio intracelular e 
extracelular.