O documento discute a nutrição e crescimento de microrganismos, incluindo os componentes necessários para o crescimento celular, tipos de meios de cultura e condições ambientais que afetam o crescimento microbiano.

1. Microbiologia
aPlicaDa
CEMAL- Meio Ambiente -Turma 0113
Prof.: Msc.Amanda Fraga
Disciplina: Microbiologia Aplicada

2. Fisiologia microbiana
Nutrição e crescimento
Nutrição microbiana
Componentes necessários às células
Meios de cultura
Condições ambientais
Crescimento populacional
Velocidade de crescimento
Tempo de geração
Medidas do crescimento

3. • Nutricionalmente são os mais versáteis e diversificados
• Alguns podem viver com poucas substâncias inorgânicas
• Outros são tão exigentes quanto o homem
• Para caracterizar suas propriedades (morfológicas, fisiológicas e bioquímicas) é
necessário o cultivo em laboratório:
- Cultivo in vitro: quando se conhece as exigências nutricionais
- Cultivo in vivo: quando não se conhece as exigências nutricionais
Exemplo de microrganismos que precisam de hospedeiro para ser cultivado:
- Mycobacterium leprae (causador da hanseníase)
- Glomus clarum (fungo simbionte)
Introdução
Nutrição de microrganismos

4.  Para o cultivo laboratorial (in vitro) são utilizados meios de cultura que
simulam e até melhoram as condições naturais.
 Os elementos químicos principais para o crescimento das células são
denominados macronutrientes (C, N, H, O, S, P).
 O carbono é um dos elementos mais importante para o crescimento
microbiano.
Necessidade de meios de cultura adequados
Com exceção para CO2, os compostos
orgânicos são os que contém carbono

5. Macronutrientes: - Necessários em grande quantidade.
- Tem papel importante na estrutura e metabolismo.
Micronutrientes: - Necessários em quantidades mínimas.
- Funções enzimáticas e estruturais das biomoléculas
Matéria seca
Água
C
N
H
P, S, K, Na ...
célula

6. Componentes necessários às células
Macronutrientes
 Fonte de carbono:
- Compostos orgânicos (microrganismos heterotróficos):
carboidratos
lipídeos
proteínas
- Dióxido de carbono (microrganismos autotróficos):
É a forma mais oxidada do carbono, assim a fonte de energia deve vir da luz ou de outros
compostos inorgânicos.
 Fonte de Nitrogênio:
- É elemento necessário em maior quantidade depois do carbono, cerca de 12 %.
(constituinte das proteínas, ácidos nucléicos, etc.)
moléculas orgânicas (aminoácidos, peptídeos)
moléculas inorgânicas (NH3, NO3
-
, N2)
A capacidade de algumas
bactérias em utilizar o
nitrogênio atmosférico (FBN)
é de fundamental
importância para a vida de
todos os seres.

7. • Hidrogênio:
- Principal elemento dos compostos orgânicos e de diversos inorgânicos (água, sais e
gases)
• Função:
Manutenção do pH
Formação de ligações de H entre moléculas
Fonte de energia nas reações de oxi-redução na respiração
Componentes necessários às células
• Oxigênio:
- Elemento comum encontrado nas moléculas biológicas (aminoácidos, nucleotídeos,
glicerídeos)
- É obtido a partir das proteínas e gorduras.
Na forma de oxigênio molecular (O2), é requerido por muitos para os processos de geração de
energia.

8.  P – Síntese de ácidos nucléicos, ATP
 S – Estabilidade de aminoácidos, componente de vitaminas
 K – Estabilidade dos ácidos nucléicos, bomba de Na/K
 Mg – Estabilidade dos ribossomos
 Ca – Estabilidade da parede celular e termoestabilidade de endósporos
 Na – Requerido em maior quantidade por microrganismos marinhos.
Bactérias halofílicas extremas não crescem com menos de 15 % de sal.
 Fe – Papel-chave na respiração, componente dos citocromos e das
proteínas envolvidas no transporte de elétrons.
Componentes necessários às células
Outros macronutrientes:

9. • Metais em quantidades muito pequenas (traços) na composição de um
meio de cultura:
Zn, Cu, Mn, Co, Mo e B
► Exercem função estrutural em várias enzimas (ativação)
- Nem sempre sua adição é necessária
- Meios sintéticos com compostos de alto grau de pureza e água ultra
pura podem apresentar deficiências desses elementos.
Ex: Mo+6
é necessário para a nitrogenase, a enzima que converte
o N2 para NH3 durante a FBN.
Componentes necessários às células
Micronutrientes

10. • Água:
- Componente absolutamente indispensável
(com exceção dos protozoários que englobam partículas sólidas)
No laboratório de utiliza água destilada, filtrada e deionizada.
Outros aditivos:
Função de aumentar a conversão, evitar precipitação de íons, controlar a espuma,
provocar inibição, estabilizar o pH:
• Quelantes: na autoclavagem ocorre a precipitação dos fosfatos metálicos
EDTA, ácido cítrico, polifosfatos.
• Inibidores
Ex: produção de ácido cítrico por Aspergillus niger
Utiliza-se Fosfato e pH < 2 para reprimir o ácido oxálico
Água e outros aditivos

11. • Tampões
- Carbonato de cálcio
- Fosfatos
- Proteínas (peptona)
Indutores: a maioria das enzimas de interesse comercial precisa de indutores.
Ex: celulose induz a celulase
pectina induz a pectinase
amido induz a amilase
Antiespumantes: cultivos com aeração ocorre a produção de espuma
– Remoção de células, perda do produto, contaminação
– Redução do volume do meio
álcoois, ácidos graxos, silicones, poliglicóis: reduzem a tensão superficial das bolhas
Outros aditivos

12. Meios de cultura
Classes
Quimicamente definidos (sais, compostos orgânicos purificados, água)
Complexos (utilizam hidrolisados carne e soja, extratos de levedura, sangue, soro,
leite, solo e rúmem de bovino)
Não existe um meio de cultura universal, mas
Existem vários tipos meios para diversas finalidades
Para obter sucesso no cultivo de microrganismos é necessário o conhecimento
de suas exigências nutricionais, para que os nutrientes sejam fornecidos de
forma e proporção adequada.
Soluções de nutrientes para promover o crescimento de microrganismos.

13. Meios de cultura

14. Meios quimicamente definidos são utilizados para determinar
as necessidades nutricionais
Controle é um meio mínimo com apenas glicose e sais.
3 isolados bacterianos sendo testados quanto a necessidade de
suplementos orgânicos.
Meio de
cultura
solidificado
com 1,5 %
de ágar.
Até 1880 os microrganismos
eram cultivados em meios
líquidos.
Robert Koch introduziu os meios
de cultura sólidos, os quais
permitiram o estudo de espécies
isoladas (culturas puras).

15. Meios de cultura
• Embora não existam meios específicos para todos os microrganismos, existem
centenas de formulações para inúmeras finalidades.
Alguns são meios gerais: permitem o crescimento de muitas espécies
Outros são meios específicos: servem para identificação de espécies, por ex.
Escherichia coli e Shigella sonnei em meio MacConkey

16. Microplacas com diferentes
meios de cultura para
identificação de enterobactérias.

17. Meios de cultura para bactérias
• Normalmente imitam o habitat normal
Ex.
Se a bactéria prefere os nutrientes encontrados no sangue, então o sangue é adicionado
no meio de cultura.
Meio definido para quimioautotróficas Meio definido para heterotróficas Meio complexo para heterotróficas

18. Meios de cultura para fungos
• Todos os fungos são heterotróficos
Geralmente são utilizados meios ricos contendo grande variedade de compostos orgânicos
providos pela peptona e extratos de carne ou soja.
Também são utilizadas maiores concentrações de açúcares (4%) e pH menor (3,8 a 5,6) do
que os meios para bactérias.
Essa combinação permite inibir o crescimento de bactérias.

19. Meios de cultura para protozoários
• Os protozoários são heterotróficos aeróbios com exigências
nutricionais complexas
Muitos não são cultivados in vitro.
Os que são necessitam muitos complementos, como emulsões de tecidos cerebrais, soro
fetal, infusão de fígado e células bacterianas.
Ex: Tetrahymena pyriformis necessita de um meio contendo 10 aminoácidos, 7 vitaminas
e sais inorgânicos.
Tetrahymena pyriformis não é patogênico
mas é utilizado em pesquisas médicas e
biológicas.

20. Meios de cultura para algas
• As algas utilizam luz como energia, dióxido de carbono, água e íons
inorgânicos solúveis. São fotoautotróficos.
Ao contrário dos meios para bactérias e fungos, existem poucos meios prontos para
algas.
Preparar um meio definido para algas marinhas pode ser muito trabalhoso, pois muitos
sais contidos na água do mar poderão ser necessários.
Maré vermelha.
Algas que produzem toxinas. Algas unicelulares

21. Meios especiais
 Meios para anaeróbios: adição de agentes redutores (tioglicolato de sódio)
 Meios seletivos: favorece o crescimento de um tipo particular ou suprime outros.
Ex. meio ágar verde brilhante.
 Meios diferenciais: para diferenciar microrganismos dentro de uma cultura mista.
Ex. meio com sangue para distinguir as hemolíticas.
 Meios seletivos/diferenciais:
Ex. Meio McConkey que contém sais de bile e cristal violeta.
 Meios de enriquecimento: se objetiva o aumento de uma determinada espécie sem
inibir as demais.
Ex. isolar bactérias que oxidam fenol, fornecendo fenol como única fonte de carbono.

22. MEIOS DE CULTURA
Composição elementar média (% do peso seco)
Elemento Bactéria Fungo
Carbono 52 51
hidrogênio 7 7
Nitrogênio 13 8,5
Fósforo 2,5 0,4-4,5
Enxofre 0,6 0,1-0,5
Potássio 2,5 0,2-2,5
Sódio 0,75 0,02-0,5
Cálcio 0,55 0,1-1,4
Magnésio 0,25 0,1-0,5
Cloro 0,5 -
Ferro 0,1 0,15
Relação C:N média 4:1 6:1
Relação C:N:P:S 85:23:4:1
Passo 1: utilizar dados da composição elementar
Ex: Para produzir 10 g de células bacterianas são
necessários de 1,3 g (13%) de N
ou 7,2 g de (NH4)2SO4 (18% de N)
Obs: Sais com dois componentes [(NH4)2SO4] podem
introduzir o excesso de um deles.
Com relação ao carbono considerar também fração
para energia e manutenção (heterotróficos)
Fração para biomassa: 1,3 x 4 = 5,2 g de C ou 13 g
de glicose (40% de C)
Fração para energia e manutenção (45%):
YX/S = 55% 13/0,45 = 28,9 g de glicose
Relação C:N = 28,9/7,2 = 4:1
e assim por diante.
Passo 2: otimização
Meios de Cultura
Como determinar uma composição inicial para um meio de cultivo?

23.  Temperatura
 Oxigênio
 pH
 Pressão osmótica, atmosférica, hidrostática
 Radiação eletromagnética
Condições ambientais (fatores abióticos)

24. Temperatura
Grupos
1. Psicrófilos – temperatura ótima abaixo de
15 o
C, suscetíveis de crescer a 0 o
C.
2. Mesófilos – temperatura ótima 20o
- 40 o
C,
maioria dos patógenos humanos.
3. Termófilos – temperatura ótima acima de
45 o
C.
A velocidade de crescimento duplica a
cada aumento de 10 ºC.

25. Aeróbio Anaeróbio Facultativo Microaerófilo Anaeróbio
aerotolerante
Efeito do oxigênio no crescimento microbiano
Meio gelatinoso com
indicador redox:
Rosa quando oxidado
Incolor quando reduzido
Durante as reações de redução do O2
são formados vários intermediários
tóxicos.
Ex: H2O2, OH°, O2
-
Os microrganismos aeróbios e
facultativos utilizam enzimas como a
catalase para destruir as formas
tóxicas

26. Sistema para cultivo de anaeróbios

27. Sistema para cultivo de aeróbios
Equipamentos que transferem oxigênio ao meio de cultura

28. pH
• Ao contrário da temperatura, o pH ótimo para o crescimento encontra-
se no valor médio da variação sobre o qual o crescimento acontecerá,
• Os microrganismos são encontrados em todos os ambientes e portanto
em todas as condições de pH.
• Quando cultivados in vitro, o meio sofrerá alterações à medida que os
metabólitos ácidos ou alcalinos são produzidos.
- Necessário a adição de um tampão ao meio.

29. Pressão osmótica
• Não devem existir grandes diferenças na
concentração de solutos dentro e fora da
célula, pois podem desidratar-se ou
romper-se.
Ex: microrganismos marinhos necessitam de teores
de sais mais elevados.

30. • Em microbiologia crescimento geralmente é o aumento do número de células
• Na maioria dos procariotos ocorre a fissão binária: crescimento e divisão
Varia de minutos até dias
Depende muito das condições ambientais
CRESCIMENTO MICROBIANO

31. O padrão de crescimento é o exponencial

32. Tratando-se bactérias, algas unicelulares e leveduras que se
multiplicam por divisão binária, temos:
21
> 22
> 23
> 24
Onde N = n° microrganismos ao fim de n divisões (gerações)
N0 é o número inicial
O número de gerações será:
A velocidade exponencial de crescimento (R) é expressa pelo número
de divisões no tempo:
A recíproca de R é o tempo de geração:
n
0N =N .2
0n = 3,3(logN-logN )
0
n
R =
t - t
01 t - t
G = =
R n

33. O ciclo de crescimento
• A fase exponencial reflete apenas uma parte do ciclo de crescimento de uma
população microbiana
• O crescimento de microrganismos apresenta um ciclo típico com todas as
fases de crescimento.

34. 1) Fase Lag
Período de adaptação da cultura
• Mudança de meio, preparação do complexo enzimático
• Reparação das células com danos.
2) Fase exponencial
Fase mais saudável das células onde todas estão se dividindo.
• A maioria dos microrganismos unicelulares apresentam essa fase, mas as
velocidades de crescimento são bastante variáveis:
- Procarióticos – crescem mais rapidamente que os eucarióticos
- Eucarióticos menores crescem mais rapidamente que os maiores

35. 3) Fase estacionária:
Num sistema fechado (tubo, frasco ou biorreator) o crescimento exponencial
não pode ocorrer indefinidamente.
• Ocorre a limitação por depleção de nutrientes e acúmulo de metabólitos.
Divisão = morte → crescimento líquido nulo
Ainda pode ocorrer catabolismo e produção de metabólitos secundários
4) Fase de morte (declínio):
• A manutenção de uma cultura no estado estacionário por longo tempo conduz as
células ao processo de morte.
A morte celular é acompanhada da lise celular

36. MEDIDAS DO CRESCIMENTO
• Podem ser realizadas pelos seguintes métodos:
1) Peso seco total das próprias células
filtração, secagem e pesagem
2) Peso de algum componente celular
extração, secagem e pesagem
3) Variação no número de células
a) contagem de células totais (direta)
b) contagem de células viáveis (indireta)

37. Técnicas de Coloração e
Contagem Microbiológica
Contagem direta ou microscópica
Contagem de microrganismos viáveis em placa
Semeadura em profundidade ou “Pour Plate”
Semeadura em superfície

38. Contagem microscópica direta
• Vantagens: método rápido e fácil
• Desvantagens:
Não distingue as células vivas das mortas
Pode-se omitir células pequenas
Células móveis precisam ser imobilizadas
Utilizam-se câmaras especiais de contagem (lâmina com grade quadriculada)
Ex.: Câmara de Neubauer

39. Contagem de células viáveis (indireta)
Contagem das colônias formadas em meio de cultura em placas.

40. São empregadas várias diluições decimais
porque é difícil prever o número de viáveis.
É contada a placa com 30 a 300 colônias
• Diluição das suspensões celulares
Amostras concentradas precisam ser diluídas

41. MEDIDAS DO CRESCIMENTO MICROBIANO - Outros métodos
- Turbidimetria
As células dispersam a luz e quanto mais células mais turvo é o meio
Pode ser medida com um espectrofotômetro
• O uso da turbidimetria exige a construção de uma curva padrão
Turbidez X quantidade de células

42. - Contagem eletrônica