Nutrição e Crescimento Microbiano
Nutrição microbianaComponentes necessários às célulasMeios de culturaCondições ambientais
Crescimento populacionalVelocidade de crescimentoTempo de geraçãoMedidas do crescimento
Macronutrientes: - Necessários em grande quantidade (C, N, H, O, S, P)
- Tem papel importante na estrutura e metabolismo.
Micronutrientes: - Necessários em quantidades mínimas (B, Co, Cr, Cu, F, I, Mn, Mo, Se, Zn)
- Funções enzimáticas e estruturais das biomoléculas
Matéria seca
Água
C
N
H
P, S, K, Na ...
célula
Necessidade de elementos nutricionais
Componentes necessários às célulasMacronutrientes
Fonte de carbono:
- Compostos orgânicos (microrganismos heterotróficos ou quimiorganotróficos): carboidratos
lipídeos proteínas
- Dióxido de carbono (microrganismos autotróficos ou fotoautotróficos):
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.
• Hidrogênio:
- Principal elemento dos compostos orgânicos e de diversos inorgânicos (água, sais e gases)
• Função:
Manutenção do pHFormação de ligações de H (pontes de H) entre moléculas Fonte de energia nas reações de oxirredução 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.
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:
• Metais em quantidades muito pequenas (traços):
Zn, Cu, Mn, Co, Mo e B
► Exercem função estrutural em várias enzimas (ativação)
Ex: Mo+6 é necessário para a nitrogenase, a enzima que converte
o N2 para NH3 durante a FBN.
Componentes necessários às célulasMicronutrientes
Fases de crescimento: lag, exponencial (log), estacionária, declínio
Curva de crescimento Microbiano
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Crescimento microbiano
• Expressão matemática do crescimento – progressão geométrica de quociente 2:
• 1 2 4 8 16 32 ......... X
• 2º 21 22 23 24 25 ......... 2n
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Crescimento microbiano
• Tempo de geração: tempo necessário para a divisão das células– depende da espécie e das condições de crescimento
• g = t/n, onde:
– g = tempo de geração– t = tempo de crescimento– n = número de gerações dentro de um tempo t de crescimento
• E. coli: 6-20 min
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5 x 107
Crescimento microbiano
• A relação entre o número de células e de gerações pode ser expressa em uma série de equações matemáticas:– sendo a população inicial = N0
• 1ạ geração N = N0 x 21
• 2ạ geração N = N0 x 22
• 3ạ geração N = N0 x 23
• nạ geração N = N0 x 2n
população final (N) = N0 x 2n
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Crescimento microbiano
• A relação entre o número de células e de gerações pode ser expressa em uma série de equações matemáticas:– sendo a população inicial = 5
• 1ạ geração N = N0 x 21 = 5 x 2 = 10
• 2ạ geração N = N0 x 22 = 5 x 22 = 20
• 3ạ geração N = N0 x 23 = 5 x 23 = 40
• nạ geração N = N0 x 2n = 5 x 2n
população final (N) = N0 x 2n
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Crescimento microbiano• Você é contratado para gerenciar um processo industrial de produção de
antibióticos. Para que se inicie a extração de quantidades mínimas do antibiótico de interesse, a cultura da bactéria produtora do mesmo deve estar numa concentração mínima de 256.000 células/mL. Considerando que ela se duplica a cada hora e que você inicia o processo com uma concentração de 250 células/mL, quantas gerações/horas são necessárias antes que se inicie o processo de extração do antibiótico?
• N0 = 250 células/mL
• N = 256.000 células/mL• Tempo de geração = 1 h• Gerações (n) = ?
população final (N) = N0 x 2n
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Crescimento microbiano• Você é contratado para gerenciar um processo industrial de produção de
antibióticos. Para que se inicie a extração de quantidades mínimas do antibiótico de interesse, a cultura da bactéria produtora do mesmo deve estar numa concentração mínima de 256.000 células/mL. Considerando que ela se duplica a cada hora e que você inicia o processo com uma concentração de 250 células/mL, quantas gerações/horas são necessárias antes que se inicie o processo de extração do antibiótico?
• N0 = 250 células/mL
• N = 256.000 células/mL• Tempo de geração = 1 h• Gerações (n) = ?
256.000 = 250 x 2n
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Crescimento microbiano• N0 = 250 células/mL
• N = 256.000 células/mL• Tempo de geração = 1 h• Gerações (n) = ?
256.000 = 250 x 2n
256.000
250
2n = 1024
16
= 2n
1024512256128643216842
2222222222
n = 10
Medidas do crescimento
• Medidas diretas– Contagem de células totais
• Câmaras de Petroff-Hausser e de Neubauer• Contagem dos viáveis
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Medidas do crescimento
Contagem microscópica direta: Câmara de Petroff-Hausser
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Medidas do crescimentoContagem dos viáveis
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Superfície
Pour plate
Contagem dos viáveis utilizando atécnica das diluições em série
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Medidas do crescimento• Medidas indiretas
– Turbidez
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Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos:
pH:
neutrófilos – pH ≈ 7.0 acidófilos – pH < 7.0 alcalófilos – pH > 7.0
Importância:
• Atividade enzimática• Conformação protéica• Disponibilidade de metais e elementos orgânicos
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Archaea acidofílica – área de mineração ácida (extração de ouro, etc.)
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Bactérias acidofílicas – área de mineração carvão e geração de drenagem ácida de mina (DAM) - Acidithiobacillus
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Rochas calcáricas
Vermiculita
Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos:
O2:
Aeróbios obrigatórios Anaeróbios obrigatórios Anaeróbios facultativos Microaerófilos Aerotolerantes
Importância:
• Respiração e produção de energia• Reações de óxido-redução• Atividade enzimática
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aeróbios anaeróbios anaeróbios microaerófilos anaeróbios obrigatórios obrigatórios facultativos aerotolerantes
zona óxica
zona anóxica
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Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos:
Temperatura:
Psicrófilos: - 5 °C a 20 °C Mesófilos: 20 °C a 50 °C Termófilos: 50 °C a 80 °C Termófilos extremos: acima de 80 °C
Importância:
• Altera as respostas enzimáticas• Altera as respostas a choques térmicos• Influencia na razão de crescimento
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Chlamydomonas nivalis
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Synechococcus
cianobactérias
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• Estratégias de adaptação às altas temperaturas– membranas
– ácidos graxos diferenciados:
• Archaea não tem ácidos graxos nas membranas (têm hidrocarbonetos C40 com unidades de isopreno)
– monocamada lipídica
Fatores que afetam o crescimento
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Monocamada lipídica
Bicamada lipídica
• Estratégias de adaptação às altas temperaturas– proteínas
– tipo de aminoácido: conferem conformação distinta (Glu, Lys, Arg)
– velocidade de renovação das células Taq polimerase (Thermus aquaticus)
– ácidos nucléicos– maior concentração de G≡C
Fatores que afetam o crescimento
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Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos:
Pressão osmótica (NaCl): Halotolerantes Halófilos Halófilos extremos
Pressão hidrostática Barotolerantes Barófilos
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Aliivibrio fischeri
Habitat de Archaea:Great Salt Lake (2460 km2, Utah, EUA
Halofílicas extremas
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Halofílicas extremas
Evaporadores na Baía de São Francisco, Califórnia, EUA
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Fatores que afetam o crescimento Fatores biológicos:
Fauna e o substrato Processos de ingestão Ciclagem de nutrientes Composição da comunidade
Interações microbianas Neutralismo Comensalismo Sinergismo Mutualismo
Biodisponibilidade Adsorção Solubilidade Especiação química
Competição Amensalismo/Antagonismo Parasitismo Predação
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