Nutrição e Crescimento Microbiano

Apresentação em tema: "Nutrição e Crescimento Microbiano"— Transcrição da apresentação:

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

2 Necessidade de elementos nutricionais
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 célula

3 Componentes necessários às células Macronutrientes
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.

4 Componentes necessários às células
Hidrogênio: Principal elemento dos compostos orgânicos e de diversos inorgânicos (água, sais e gases) Função: Manutenção do pH Formação de ligações de H (pontes de H) entre moléculas Fonte de energia nas reações de oxirredução na respiração 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.

5 Componentes necessários às células
Outros macronutrientes: 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.

6 Componentes necessários às células Micronutrientes
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.

7 Curva de crescimento Microbiano
Fases de crescimento: lag, exponencial (log), estacionária, declínio

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9 Crescimento microbiano
Expressão matemática do crescimento progressão geométrica de quociente 2: X 2º n

10 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

11 5 x 107

12 Crescimento microbiano população final (N) = N0 x 2n
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

13 Crescimento microbiano população final (N) = N0 x 2n
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

14 Crescimento microbiano população final (N) = N0 x 2n
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 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 = células/mL Tempo de geração = 1 h Gerações (n) = ? população final (N) = N0 x 2n

15 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 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 = células/mL Tempo de geração = 1 h Gerações (n) = ? = 250 x 2n

16 Crescimento microbiano
N0 = 250 células/mL N = células/mL Tempo de geração = 1 h Gerações (n) = ? = 250 x 2n 250 2n = 1024 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 n = 10 = 2n

17 Medidas do crescimento
Medidas diretas Contagem de células totais Câmaras de Petroff-Hausser e de Neubauer Contagem dos viáveis

18 Medidas do crescimento
Contagem microscópica direta: Câmara de Petroff-Hausser

19 Medidas do crescimento
Contagem dos viáveis Superfície Pour plate

20 Contagem dos viáveis utilizando a
técnica das diluições em série

21 Medidas do crescimento
Medidas indiretas Turbidez

22 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

23 Archaea acidofílica – área de mineração ácida (extração de ouro, etc.)

24 Bactérias acidofílicas – área de mineração carvão e geração de drenagem ácida de mina (DAM) - Acidithiobacillus

25 Vermiculita Rochas calcáricas

26 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

27 zona óxica zona anóxica
aeróbios anaeróbios anaeróbios microaerófilos anaeróbios obrigatórios obrigatórios facultativos aerotolerantes

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29 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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32 Chlamydomonas nivalis

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35 Synechococcus cianobactérias

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37 Fatores que afetam o crescimento
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

38 Bicamada lipídica Monocamada lipídica

39 Fatores que afetam o crescimento
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

40 Fatores que afetam o crescimento
Fatores físicos: Pressão osmótica (NaCl): Halotolerantes Halófilos Halófilos extremos Pressão hidrostática Barotolerantes Barófilos

41 Aliivibrio fischeri

42 Halofílicas extremas Habitat de Archaea: Great Salt Lake (2460 km2,
Utah, EUA

43 Halofílicas extremas Evaporadores na Baía de São Francisco, Califórnia, EUA

44 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