ANÁLISE DA REPRODUÇÃO E DO CRESCIMENTO MICROBIANO

-         Tipos de reprodução

 

Bactérias: apresentam-se nas formas esférica, cilíndrica e espiralada

Reprodução por divisão binária simples:

uma célula duas células

filhas iguais

O aumento de massa se dá praticamente pelo aumento do número de células

Fungos

Leveduras: geralmente unicelulares e apresentam-se nas formas esférica, elíptica e filamentosa.

Reprodução por brotamento

Representação matemática facilitada

O aumento de massa se dá pelo aumento do número de células e do tamanho das células

Correlação complexa

Fungos filamentosos: apresentam-se na forma de hifas (contínuas ou septadas), sendo o conjunto destas chamado de micélio

Reprodução por esporos, que se desenvolvem formando hifas.

Imagem de microscopia de varredura eletrônica (cores adicionadas) de micélio fúngico com as hifas (verde), esporângio (laranja) e esporos (azul), Penicillium sp. (aumento de 1560 x).

O aumento de massa se dá pelo aumento do número e do tamanho das hifas.

Correlação matemática??...

Vírus

Material genético envolvido por proteína.

Reprodução por replicação do DNA ou RNA pela células hospedeira (infectada)

Aumento de massa se dá pelo aumento do número de indivíduos.

Correlação matemática??!!!...

Algas

Organismos unicelulares ou multicelulares

Reprodução assexuada: divisão binária (unicelulares) ou fragmentação do talo (multice-lulares)

Reprodução sexuada (maioria): células maduras se fundem, formando um zigoto diplóide que se divide por meiose, formando quatro novos organismos haplóides.

Crisófitas

Ulva lactrica (alface do mar)

Tanque de cultivo de alga

Tanques de cultivo de algas

Efeito das condições físico-químicas sobre o crescimento

1. Temperatura

Mínima, máxima e ótima p/ crescimento

p/ atividade desejada

Classificação: Termófilos – ótimo em torno de 60 oC

Criófilos – ótimo em torno de 40 oC Mesófilos – ótimo entre 20 e 40 oC

Temperaturas abaixo da mínima => cessação do crescimento e da atividade desejada

Temperaturas entre ótimo e máxima => desaceleração do crescimento e da atividade desejada

Temperaturas acima da máxima => cessação do crescimento e da atividade desejada ==> célula morre

Temperaturas entre ótimo e mínimo => desaceleração do crescimento e da atividade desejada

2. pHMínimo, máximo e ótimo p/ crescimento

p/ atividade desejada

Geralmente os valores ótimos de pH, para crescimento, estão em torno da neutralidade. Para processos fermentativos, em torno de 5,0.

Exemplos de casos extremos:

- Thiobacillus thioxidans – transforma enxofre em ácido sulfúrico em pH igual a 1,0

- Vibrio comma – causador da cólera asiática, se desenvolve em pH igual a 10,0

Valores entre ótimo e máximo => desaceleração do crescimento e atividade desejada

Valores acima do máximo e abaixo do mínimo => cessação do crescimento e da atividade desejada, podendo ocorrer morte celular

Valores entre ótimo e mínimo => desaceleração do crescimento e atividade desejada

Há casos em que os componentes do meio podem alterar os valores ótimos (p.e. presença de ácido acético)

3. Aeração

Microrganismos aeróbios, anaeróbios e facultativos

Aeróbios

- Quanto mais aeração, mais crescimento (e vice-versa)

- Porém, existe um valor mínimo de concentração de oxigênio dissolvido abaixo do qual há cessação do crescimento e da atividade desejada (célula morre)

- Em excesso (aeração muito intensa) o oxigênio pode ser tóxico para a célula

- Em fermentador, a aeração pode provocar excesso de espuma

Anaeróbios

- Fornecimento de oxigênio provoca morte celular

Ex. Clostridium, Bacilo do tétano

Facultativos

- Limitação ou ausência de oxigênio não provoca morte, porém, reduz o crescimento

4. Agitação

- Promove aeração ( agitação => incorporação de O2)

- Favorece crescimento de aeróbios e facultativos

- Promove homogeneização do meio

- Facilita dispersão de metabólitos

5. Atividade de água (aW)

- Expressa a quantidade de água disponível para ser utilizada pelas células

A atividade de água, geralmente designada por aw, é a pressão de vapor em equilíbrio com o material ou solução (p) dividida pela pressão de vapor da água pura (po), à mesma temperatura. Varia, portanto, de 0 a 1.

aw =ppo

Quanto menor a atividade de água, menor é o crescimento

- A exigência quanto à atividade de água varia em função do tipo de microrganismo

fungos filamentosos leveduras bactérias

Exemplo: Klebsiella pneumoniae

- Redução de 50% do valor de µmáx em aW = 0,985

- Abaixo de 0,975 apresenta apenas 10% do valor de µmáx observado em condições ótimas

menos exigentes mais exigentes

Atividade de água de alguns produtos

Xenomyces bisporus e outros fungos xerofílicos

Doces, frutas secas0,700

Halobacterium, halococcus Peixe salgado0,750

Saccharomyces bailii, Penicillium Geléias0,800

Saccharomyces rouxi Salame0,850

Coccus Gram+ Presunto0,900

Bastonetes Gram+ Pão 0,950

Pseudomonas, Vibrio Água do mar0,980

Streptococcus, Escherichia Sangue humano0,995

Caulobacter, Spirillum Água pura1,000

Microrganismos que crescemProduto aw

Consequências do crescimento

1.Alteração das características físicas do meioÀ medida que o microrganismo cresce a viscosidade e a

densidade do meio aumentam.

Repercussõesa.Dificuldade de manutenção da homogeneidadeb.Dificuldade de transferência de oxigênioc.Dificuldade de controle da temperaturad.Maior gasto de energiae.Dificuldade de coleta de amostra (para fungos

filamentosos)

2. Formação de espuma

Processos aerados: A espuma é produzida pela agitação e pela aeração

Processos não aerados: A espuma é produzida pelos gases liberados durante o crescimento do microrganismo

Repercussões

a.Pode ocorrer perda de meio contendo produto e células

b.Probabilidade de contaminação do ambiente e do meio

c.Probabilidade de interferência nos controles

Contornável com o emprego de anti-espumante e uso de menor volume de meio no reator

3. Alteração do pH

Alguns metabólitos e nutrientes conferem caráter ácido ou básico ao meio.

Repercussões

a.Probabilidade de contaminação

b.Probabilidade de precipitação de componentes do meio

c.Diminuição do crescimento e/ou atividade desejada

d.Necessidade de controle

Emprego de tampão

Automático (biorreator)

4 . Alteração da temperaturaLiberação de calor decorrente das reações exotérmicas do metabolismo.

Repercussões

a. Probabilidade de contaminação do meiob. Probabilidade de degradação do produto desejadoc. Diminuição do crescimento e/ou atividade desejadad. Necessidade de controle

Estufa ou sala de fermentação

Automático (biorreator)

Revolvimento do meio e aeração (FES)

5. Mudança da composição do meio (exceto para processo contínuo)

Consumo de substrato e nutrientes e liberação de produto e metabólitos

Repercussões

a. Escassez de nutrientes necessários

b. Aparecimento de compostos indesejáveis (prejudiciais)

c. Esgotamento do substrato

d. Probabilidade de inibição pelo produto

Contornável com o emprego de pulsos de substrato e uso do sistema descontínuo alimentado

6. Alterações drásticas das características físicas do meio

Sobretudo para processos com fungos filamentosos

o meio fica heterogêneo

Repercussões

a. Comprometimento da transferência de oxigênio

b. Pode inviabilizar o processo mesmo antes da exaustão do substrato

c. Impossibilidade de se manter a homogeneidade do meio

d. Impossibilidade de coleta de amostra representativa