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MICROBIOLOGIA GERAL E APLICADA

Autor: Prof. Dra. Luciana Savoi Rossi

Aula Terica N.3

REPRODUO E CRESCIMENTO MICROBIANO

INTRODUO

O crescimento microbiano (CM) um fenmeno que est relacionado aonmero de clulas formadas em determinado tempo em um substrato. Assim, osmicrorganismos em crescimento esto na realidade aumentando em nmero e seacumulando em colnias (grupos) que contm milhares de clulas.

O crescimento microbiano (CM), necessariamente, um processo que refere-seaos mecanismos envolvidos com a reproduo das clulas, que so os responsveispelo aumento em seu nmero e conseqente formao das colnias. Por meio do

entendimento do crescimento microbiano, podemos controlar o crescimento deorganismos patognicos ou estimular o crescimento de organismos benficos.Antes de abordarmos os conceitos sobre CM das bactrias, vamos compreender

como ocorre sua reproduo.

A REPRODUO BACTERIANA

A reproduo nas bactrias feita, na grande maioria dos casos, pelo processode diviso binria simples (tambm conhecida como fisso binria transversa oubipartio), na qual uma clula, atingindo um determinado tamanho, divide-se aomeio,dando origem duas clulas-filhas iguais. Este um processo que no envolveclulas sexuais.

Inicialmente, antes de ocorrer a diviso celular, os contedos celulares seduplicam e o nucleide replicado (A e B). Na medida em que a clula parentalaumenta (C), a membrana citoplasmtica se estende, invagina-se para o centro e omaterial nuclear se separa (C e D). Esta etapa da diviso celular ocorre na zona entreos dois nucleides. Ao mesmo tempo, um novo material para a parede celular crescena direo interna para formar uma parede cruzada (septo) entre as duas clulas-filhas (D). Finalmente, as clulas filhas podem se separar completamente (E), mas emalgumas espcies elas permanecem acopladas para formar pares, arranjos ou cadeias(Ex. Bactrias do grupo dos estreptococos e estreptobacilos).

Outros modos de reproduo bacteriana podem ocorrer na natureza, mas estesocorrem em algumas espcies. Por exemplo, bactrias do grupo Rhodopseudomonas

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sp. reproduzem-se por brotamento. Neste processo a clula apresenta a formao deuma pequena protuberncia que cresce na extremidade da clula. Este brotamentoaumenta e eventualmente torna-se uma nova clula com todos os constituintescelulares separando-se da parental ao final.

Outras espcies, como Nocardia spp. reproduzem-se pela fragmentao dosfilamentos, com formao de pequenas clulas em forma de basto que daro origem

espcie. Por fragmentao, tambm, as espcies de Streptomyces podem sereproduzir, formando estruturas erroneamente chamadas de condios, pois este termo associado a fungos filamentosos. So exemplos de reproduo por fragmentao,algumas espcies de cianobactrias.

FATORES NECESSRIOS AO CRESCIMENTO MICROBIANO

Podem ser divididos em fatores fsicos e qumicos e afetam todos os grupos demicrorganismos, no apenas as bactrias.

Fatores Fsicos1. Temperatura: o fator mais importante, pois afeta o crescimento e a

reproduo das clulas, ou seja, todas as suas reaes bioqumicas. Em geral, osmicrorganismos crescem em uma ampla faixa de temperatura, mas h um ponto timoque denominado temperatura tima de crescimento. Esta definida como atemperatura ideal, em que o crescimento acelerado. Abaixo ou acima deste limitedefinem-se a temperatura mnima de crescimento e temperatura mxima decrescimento. Em funo de sua preferncia quanto faixa de temperatura, osmicrorganismos so denominados:

- Psicrfilos: crescem em baixas temperaturas (15 a 20C);

- Mesfilos: crescem em temperaturas medianas (25 a 40C)- Termfilos: crescem em temperaturas altas (50 a 60C).

2. Atmosfera Gasosa: refere-se quantidade de gases essenciais aocrescimento microbiano, como O2, CO2, N e metano. Estes gases e outros soutilizados no metabolismo celular, mas h diferenas quanto s espcies. Assim, emgeral, o CO2 sempre utilizado enquanto que o O2 utilizado com restries. Quanto utilizao de O2, os microrganismos so definidos em:

- aerbios: so os que requerem o oxignio para o seu desenvolvimento esomente crescem na presena deste elemento.

- anaerbios: so os que crescem somente na ausncia de oxignio, sendo este

um composto txico s clulas.- facultativos: podem crescer tanto na presena quanto na ausncia de oxignio.

3. pH do meio: em geral, o pH timo ao crescimento microbiano definido paracada espcie. Porm, independentemente do pH externo, um microrganismo deve sercapaz de manter seu pH interno em torno de 7,5 para se manter vivel. Portanto, o pHexterno pode chegar a um ponto de desequilibrar o pH interno e causar a mortecelular.

Fatores Qumicos

Esto relacionados com as caractersticas nutricionais, essenciais aocrescimento. Assim, alguns nutrientes como C, N, P, K, H, S e microelementos (Cu,Fe, Mo, Mg, Mn, etc). so exigidos pelas clulas para sua nutrio. Estes so

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fornecidos em maior ou menor quantidade pelo meio onde o microrganismo sedesenvolve, o qual pode ser um meio natural ou artificial (meios sintticos). Assim, osmicrorganismos que no so capazes de sintetizar seu alimento so denominadosheterotrficos, enquanto que os que realizam fotossntese para obteno de energiaso os autotrficos. Os tipos e constituio dos meios de cultura sero esclarecidos naaula prtica.

CRESCIMENTO BACTERIANO

O crescimento bacteriano est associado ao aumento na quantidade de clulase no ao aumento de tamanho da clula. Assim, quando uma colnia de bactriascresce no meio de cultura isto significa que milhes e milhes de novas clulas estosurgindo, fruto da intensa atividade metablica e reproduo celular. A maioria dasespcies de bactrias conhecidas pelo homem reproduz-se de maneira assexuada,em que no existe troca de material gentico e no ocorre meiose e produo degametas (clulas sexuais). A velocidade com que este processo ocorre depende dadisponibilidade dos fatores de crescimento j mencionados. Se as condies forem

ideais, o crescimento microbiano rpido at o momento em que todos os nutrientesse esgotam, quando a colnia entra em fase de declnio.Recordando, o principal processo de diviso das bactrias conhecido como

fisso binria transversa, em que a clula- me se divide dando origem a duasclulas-filhas em tamanho aproximadamente igual. Conforme j estudado, outrosprocessos de diviso de procariotos podem ocorrer, dependendo da espcie, comobrotamento ou fragmentao. Portanto, temos o crescimento microbiano, em queclulas vo se dividindo e dando origem a novas clulas, aumentando em escalalogartmicaa populao.

Se partirmos de um exemplo hipottico em que 1 clula sofre fisso binria e dorigem a duas novas clulas temos que:

1 2 4 8 16 32... e assim, sucessivamente.

Neste modelo, podemos observar que o aumento expresso em progressogeomtrica, podendo ser representando da seguinte maneira:

2 21 22 23 24 25 2n,onde n o expoente que se refere aonmero de geraes.

Assim, temos que 2n definido como o nmero total de clulas em umacolnia, o que varia de acordo com onmero de geraes. Quanto maior o nmerodegeraes, maior o nmero total de clulas.

Sabemos que este nmero aumenta em funo do tempo, que podemosdenominar de Tempo de Gerao (g) . Este tempo definido como o temponecessrio para a clula se dividir e, portanto, a populao da colnia dobrar detamanho. O tempo de gerao depende do nmero total de clulas e do nmero degeraes, podendo ser varivel entre as espcies de bactrias e das condiesambientais a que estes organismos vivem (Ex: E. coli demora 12 minutos para apopulao dobrar de tamanho, enquanto que M. tuberculosumdemora at 13 horas).

Atualmente h expresses matemticas que definem o crescimento microbianoe que ajudam os tcnicos e pesquisadores estudarem caractersticas de determinadomicrorganismo, seja para fins de pesquisa ou aplicao em indstria de alimentos,petrolfera, estudos de impacto ambiental, etc...

Se partirmos de um exemplo hipottico em que temos 1 clula, conclumos que:

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Populao Final (N) = 1 x 2n

Porm, nunca uma cultura bacteriana ou colnia inicia-se de apenas uma nicaclula e sim de milhares de clulas que se multiplicam. Portanto, esta equao podeser melhorada considerando-se o nmero de clulas iniciais no tempo zero (No), ouseja, no momento em que foram inseridas no meio de cultura para iniciar o

crescimento. Desta forma temos:

Populao Final N = Nox 2n, onde No o nmero de clulas no tempo zero(incio da formao da colnia).

Conforme foi constatado, o crescimento microbiano exponenciale no linear.Assim, esta equao deve ser expressa em termos logartimos:

Log10 N = Log10No + nLog102

Realizando-se as devidas transformaes matemticas nesta frmula o valor n

(nmero de geraes) pode ser calculado como:

n=3,3(Log10N Log10No), onde N o nmero final de clulas e No o nmeroinicial de clulas no tempo zero.

Sabendo-se o nmero de geraes (n), podemos determinar o tempo degerao (g) e assim temos que:

g = t/n onde, t o tempo desejado e n o nmero de geraes.

Veja o exemplo:Em uma populao inicial (N) de 1.000 clulas e final de 100.000.000 clulas,

qual o nmero de geraes (n) e o tempo de gerao (g) desta espcie?

a) o nmero de geraes ser: n=3,3(8-3) = 16,5 geraesb) o tempo de gerao aps 5h (tempo final) ser: g=5/16,5 = 0,3 horas (ou

seja, a populao dobra a cada meia hora)

CURVA DE CRESCIMENTO BACTERIANO

A curva de crescimento bacterianodemonstra o crescimento das clulas duranteum perodo de tempo. Esta curva obtida quando se realiza a contagem da populaoem intervalos de tempo aps a introduo de um inculo contendo um pequeno

nmero de bactrias em meio de cultura sinttico (normalmente lquido). Existembasicamente quatro fases de crescimento:

A) A FASE LAG

Durante certo perodo de tempo o nmero de clulas sofre pequenas variaes,praticamente no h crescimento, pois as bactrias no reproduzem-se imediatamenteaps inoculadas em um meio. Antes, precisam passar por uma fase de adaptao,em que h uma preparao da clula para o incio do crescimento. Assim, a fase lagcaracterizada pela ausncia de reproduo e adaptao celular ao meio de cultura.

B) A FASE LOG (EXPONENCIAL)

Aps a adaptao, as clulas iniciam seu processo de diviso intensamente,

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entrando em um perodo de extremo crescimento, onde a multiplicao celular abundante e logo a populao dobra de tamanho. A fase log tambm denominadade fase exponencial. Nesta fase as clulas so uniformes e apresentam intensaatividadefisiolgica.

C) FASE ESTACIONRIA

O crescimento exagerado que verificado na fase log chega em um momentoem que fica estacionado. Isto porque o nmero de clulas aumenta num ponto em quefalta espao e os nutrientes comeam a se extinguir. Nesta etapa, no ocorre maiscrescimento, a cultura atinge um ponto de equilbrio, caracterstico da faseestacionria. Algumas clulas comeam a morrer devido ao acmulo de metablitostxicos e falta de espao. Porm, a grande maioria das clulas esto em atividade.

D) FASE DECLNIO (MORTE)Nesta etapa o crescimento negativo, pois o nmero de mortes supera o

nmero de novas clulas. Isto ocorre devido ao esgotamento nutricional do meio de

cultura e excesso de substncias txicas, prejudiciais s clulas. Com o passar dotempo, o nmero de mortos continua a aumentar em funo do tamanho da populaoe o momento de uma parte das clulas vivas serem transferidas para um novosubstrato.

Todas estas etapas podem ser mais bem compreendidas observando-se ocrescimento da populao em termos grficos.

Figura 1. Curva de Crescimento microbiano

BibliografiaTORTORA, G.J.; FUNKE, B.R.; CASE, C.L. Microbiologia 8 ed. Traduo de RobertaMarchiori Martins. So Paulo: Atmed Editora, 2005. 894p.PELCZAR JR., J.M.; CHAN, E.C.S.; KRIEG, N.R. Microbiologia: conceitos e aplicaes2nd

ed. Traduo de Sueli Fumie Yamada, Tnia Ueda Nakamura, Tereza Cristina R.M. Oliveira,Benedito Prado Dias Filho, Lourdes Botelho Garcia. So Paulo: Makron Books, 1996. 517p.volume 1.