Cultivo de Microrganismos Importância: Cultivo do microrganismos requer meios de cultura adequados e condições físicas apropriadas.
Meios de cultura: → Meio sintético: Constituído por compostos químicos conhecidos. → Meio complexo: Constituído por matérias-primas complexas → extrato de carne, extrato de leveduras, etc. → Meio de enriquecimento: Utilizado para isolar um microrganismo de um meio em que está presente em pequena quantidade. → Meios diferenciais: Permitem visualizar diferenças fisiológicas entre as espécies de microrganismos através de alterações na coloração do meio (mudança de pH), na coloração das colônias ou ainda produção de gás. → Meios seletivos: promovem e/ou inibem o crescimento de um determinado microrganismo ou grupo de microrganismos. → Meios diferenciais e seletivos: meios complexos com as propriedades dos meios seletivos e diferencias. → Meios para anaeróbios: Adição de um agente redutor ao meio.
Componentes do meio de cultura: → Água: Principal solvente dos nutrientes necessários à célula. → Fonte de carbono: Pode ser proveniente de dióxido de carbono ou de nutrientes orgânicos variados (carboidratos e também lipídeos e proteínas). → Fonte de energia: Carboidratos como amido, glicogênio, pentoses, monossacarídeos e hexoses. → Fonte de nitrogênio: Aminoácidos, nucleotídeos, peptídeos e proteínas complexas. → Fontes de hidrogênio, oxigênio, enxofre e fósforo : os dois primeiros são encontrados na composição gasosa do ambiente, enxofre a principal fonte são os sulfatos, fósforo a principal fonte, os fosfatos. → Elementos traços: outros elementos minerais → Ferro, Sódio, Manganês, Cobalto, Cobre, Molibdênio, Zinco, etc. → Vitaminas: importantes fatores de crescimento, principalmente complexo B, biotina e ácido pantotênico.
Classificação nutricional dos microrganismos: Tabela 1 – Classificação nutricional das bactérias e de outros organismos.
Condições físicas para o cultivo de microrganismos: → Temperatura:
Figura 1 – Respostas típicas de crescimento de um microrganismo às temperaturas de incubação, mostrando as temperaturas mínima, ótima e máxima.
Os microrganismos podem ser classificados em 3 grupos:
•
Psicrotróficos → 0 a 7°C.
• Psicrófilos → 0 a 20°C. • Mesófilos → 20 a 45°C. • Termófilos → 45 a 90°C.
Termófilos extremos
Figura 2 - Curva de crescimento característica de diferentes microrganismos.
Área de Alimentos Psicrófilos:
Temperatura ótima: 15°C; Encontrados em oceanos e regiões da Ártica; Não causam problemas na preservação de alimentos;
Psicrotróficos:
Temperatura ótima: 20 a 30°C; crescem em temperatura de refrigeradores (4°C); Encontrados em alimentos estragados;
Mesófilos:
Temperatura ótima: 25 a 40°C (mais encontrados); Corpo de animais (temperatura da pele); Bactérias patogênicas: temp. ótima 37°C; Degradam alimentos e são patogênicos;
Termófilos:
Temperatura ótima: 50 a 60 °C Ambiente de águas termais (não crescem em temp. <45°C); Material estocado (altas temp.)= compostagem.
→ Atmosfera gasosa: - Microrganismos aeróbios → 21% de oxigênio → fungos filamentosos e bactérias do gênero Mycobacterium e Legionella; - Jarra microaerófila →para microrganismos que apresentam necessidade de CO2. - Microrganismos facultativos → presença do ar ou anaerobiose → Enterobacteriaceae e leveduras. - Microrganismos anaeróbios → podem ser mortos pelo oxigênio, não crescem em presença do ar e não utilizam oxigênio para reações de produção de energia; - Câmara de anaerobiose ou jarra de anaerobiose. - Microrganismos microaerófilos → não resistem a níveis normais de oxigênio (1 a 15%).
AERÓBI O ESTRITO S
Alta [O2]
ANAERÓBIO AERÓBIO ANAERÓBIO MICRO ESTRITO FACULTATIVO AERÓFILOAEROTOLERANTES
Sem O2
alta e baixa [O2]
baixa [O2] alta e baixa [O2]
Figura 3 - Efeito do oxigênio sobre o crescimento de vários tipos de bactérias.
→ Acidez ou Alcalinidade (pH): Diferentes gêneros de microrganismos têm tolerâncias diferentes de pH: - Bactérias: 4 a 9; - Bolores e leveduras: ótimo de 5 a 6; - Protozoários: 6,7 a 7,7; - Algas: 4 a 8,5.
Figura 4 - Distribuição de alguns microrganismos de acordo com o pH. (Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)
→ Pressão Osmótica
[A] Células em meio isotônico.
[B] Células em meio hipertônico.
[C] Células em meio hipotônico.
Figura 5 – O efeito da pressão osmótica em uma célula microbiana.
Não Halófilos: não necessitam de sal e não toleram a presença no meio. Halotolerantes: não necessitam de sal mas toleram a presença no meio. Halófilos: necessitam de sal em uma concentração moderada Halófilos extremos: necessitam de sal em altas concentrações.
Figura 6 - Taxa de crescimento de alguns microrganismos vs. a concentração de sal.
Crescimento de uma cultura microbiana: - Aumento no número da população na cultura: 1 → 2 → 4 → 8 → 16 → 32 → ...
Progressão Geométrica
1 → 21 → 22 → 23 → 24 → 25 → ... 2n
n → se refere ao número de gerações. 2n → representa o número total de células em uma cultura.
- Tempo de geração: tempo para que cada microrganismo se divida ou para que a população em uma cultura duplique em número. - Expressões Matemáticas do Crescimento - População total final N: N= N0 x 2n log N = logN0 + n log2 n = 3,3 (log N – logN0) g = n/t (tempo de geração) R = t/n = 1/g (taxa de crescimento)
Figura 7 – Curva de crescimento bacteriano hipotética, admitindo-se que uma célula bacteriana é semeada em um meio e que as divisões ocorrem regularmente em intervalos de 30 min (tempo de geração).
- Curva de crescimento de microrganismos unicelulares em sistema fechado: cada espécie de microrganismo → tempo de geração particular → curva de crescimento típica.
Figura 8 – Curva de crescimento bacteriano típico.
- Medida do crescimento da população: técnicas para quantificar o crescimento microbiano. Tabela 2 – Resumo de alguns métodos para medida do crescimento microbiano.
-Cultura contínua: População microbiana crescendo continuamente na fase logarítmica; - Indústrias: volume máximo de produtos desejados.
Figura 9 – Princípio de uma cultura contínua de microrganismos.
Manutenção de microrganismos: Conservação: - Curto período → 4 a 10°C; - Longo período → Nitrogênio líquido (-196°C); → Freezers (-70 a -120°C); → Liofilização (congelamento a seco).