Aula 2 microbiologia

Aula 2

Microbiologia

Exigências Nutricionais e o Meio Microbiológico

Alguns microrganismos podem crescer com algumas poucas substâncias inorgânicas como sua única exigência nutricional, enquanto outros microrganismos assemelham-se aos organismos superiores na sua necessidade de compostos orgânicos complexos, mas todos os organismos vivo compartilham algumas necessidades nutricionais em comum, tais como a necessidade de carbono, nitrogênio e água. A água é particularmente importante para os microrganismos, porque a maioria deles pode absorver nutriente somente quando as substâncias químicas estão dissolvidas na água.

O cultivo de microrganismos requer meios de cultura apropriados, os meios são preparações de nutrientes utilizados para o crescimento dos microorganismos em laboratório. Muitos microrganismos, assim como células de plantas e animais, podem crescer in vitro (em meios artificiais de laboratório) se o meio apropriado for utilizado. Alguns microrganismos apresentam exigências nutricionais complexas, indefinidas, razão pela qual não têm sido cultivados em meios artificiais.

Elementos Químicos como Nutrientes

Para crescer, todos os organismos necessitam de uma variedade de elementos químicos como nutrientes. Estes elementos são necessários tanto para a síntese como para as funções normais dos componentes celulares. Eles existem na natureza em uma grande variedade de compostos, que são inorgânicos ou orgânicos.

Quando os microrganismos são removidos do seu meio e cultivados em laboratório; os microbiologistas utilizam meios que simulam ou até mesmo, melhoram as condições naturais. Um dos fatores que devem ser observados e o fornecimento de elementos químicos; essenciais. Os elementos químicos principais para o crescimento das células incluem carbono, nitrogênio, hidrogenia, oxigênio enxofre e fósforo.

Carbono

O carbono é um dos elementos químicos mais importantes e necessários para o crescimento microbiano. Todos os organismos requerem carbono de alguma forma. Em geral, os compostos orgânicos são aqueles que contêm carbono, enquanto os compostos inorgânicos são aqueles que não contem (uma exceção é o dióxido de carbono, que os Biólogos consideram como um composto inorgânico.)

O carbono forma o esqueleto das três maiores classes de nutrientes orgânicos: carboidratos, lipídeos e proteínas.

Tais compostos fornecem energia para o crescimento da célula e servem como unidade básica do material celular. Aqueles microorganismos que utilizam compostos orgânicos como sua principal fonte de carbono são chamados heterotróficos.

Os heterotróficos obtêm tais moléculas orgânicas absorvendo as a partir do meio ou ingerindo organismos autotróficos ou outros heterotróficos.

Os microrganismos que utilizam dióxido de carbono (a forma mais oxidada do carbono) como sua principal fonte de energia ou até mesmo única fonte de carbono são chamados autotróficos.

Eles podem viver exclusivamente à custa de moléculas inorgânicas relativamente simples e de íons absorvidos do meio.

Hidrogênio, Oxigênio, Enxofre e Fósforo

Outros elementos essenciais para todos os organismos são o hidrogênio, o oxigênio, o enxofre e o fósforo. O hidrogênio e o oxigênio fazem parte de muitos compostos orgânicos. O enxofre é necessário para a biossíntese dos aminoácidos cisteína, cistina e metionina. O fósforo é essencial para a síntese de ácidos nucléicos e adenosina trífosfato (ATP), um composto que é extremamente importante para o armazenamento e a transferência de energia. Alguns destes elementos são encontrados na água, como componentes de vários nutrientes, ou na atmosfera gasosa do meio. Os íons inorgânicos tais como sulfato (SO4^-2) e o fosfato (PO4^-3) podem também suprir os principais elementos necessários para os principais elementos necessários para os microrganismos.

Outros Elementos

Muitos outros elementos essenciais são requeridos, embora em menores quantidades do que os elementos já citados. Estes podem facilitar o transporte de materiais através das membranas celulares. Por exemplo, o Na+ é requerido pela permease que transporta o açúcar melibiose em células de Escherichia coli.

Outros elementos minerais também são necessários, normalmente em quantidades extremamente pequenas poucos miligramas por litro. Exemplos destes elementos-traço é o zinco (Zn+2), cobre (Cu+2), manganês (Mg2+) molibdênio (Mo+6) e cobalto (Co+2). Eles são verificados para ativar enzimas. Por exemplo, o Mo+6 é verificado pela nitrogenase, a enzima que converte o gás nitrogênio atmosférico (N2) para amônia (NH3) durante a formação de nitrogênio. Eles podem ser adicionados especificamente como sais ao meio microbiológico, mas normalmente ocorrem como impurezas de outros componentes dos meios. Os meios é até mesmo a água devem ser cuidadosamente purificados para assegurar a ausência de elementos-traço contaminantes quando as necessidades nutricionais são estudadas.

Classificação Nutricional dos Microrganismos

Os organismos que utilizam compostos químicos para obter energia são chamados quimiotróficos. Aqueles que dependem primariamente da energia radiante (luz) são denominados fototróficos. Pela combinação destes termos com aqueles relacionados às principais fontes de carbono, os seguintes grupos emergem:

1. Quimioautotróficos - aqueles organismos que utilizam substâncias químicas (inorgânicas) como fontes de energia e dióxido de carbono como principal fonte de carbono.
2. Quimioheterotróficos - aqueles que utilizam substâncias químicas (orgânicas) como fontes de "energia e os compostos orgânicos como fonte principal de carbono.
3. Fotoautotróficos - aqueles que utilizam a luz como fonte de energia e dióxido de carbono como fonte principal de carbono.
4. Fotoheterotróficas - aqueles que utilizam a luz como fonte de energia e compostos orgânicos como fonte principal de carbono.

Entretanto, algumas espécies de microrganismos são versáteis quanto à necessidade nutricional e, portanto, não podem ser classificadas exclusivamente em um dos quatros grupos. Por exemplo, certas bactérias fototróficas podem também crescer como quimiotróficas. Na ausência de oxigênio (condições anaeróbias) o Rhodospirillun rubrun depende da luz como fonte de energia e vive como um fotoheterotrófico. Por outro lado, na presença de oxigênio (condições aeróbias) e na ausência de luz, pode crescer como um quimioheterotrófico.

Meios Utilizados para o Cultivo de Microrganismos

Para determinar as necessidades nutricionais de um microrganismo, são utilizados meios quimicamente definidos, uma vez que se conhece a composição exata de tais meios. Retirando ou adicionando um constituinte ao meio definido, pode-se saber se aquele constituinte é essencial para o crescimento dos microrganismos.

Entretanto, para o cultivo de rotina no laboratório e o estudo dos microrganismos heterotróficos, são utilizados meios de cultura complexos preparados a partir de produtos naturais.

Tais meios são quimicamente indefinidos, mas eles têm a função de simular e até mesmo melhorar o ambiente natural dos microrganismos que estão sendo estudados.

Os exemplos de produtos naturais adicionados ao meio incluem extratos de carne (um extrato de carne aquoso concentrado como uma pasta), peptonas (proteínas que têm sido parcialmente degradadas, tais como o hidrolisado de caseína do leite e hidrolisado de proteínas de soja), extraio de levedura, sangue, soro, leite, extraio de solo e fluido de rúmen de bovino. Todos estes substratos são substâncias químicas complexas contendo açucares, aminoácidos, vitaminas e sais; sua composição exata é desconhecida Os produtos naturais que são adicionados ao meio estimulam o crescimento de uma grande variedade de microrganismos heterotróficos. Os extratos de leveduras, por exemplo, contêm vitaminas do complexo B que permitem o crescimento bacteriano.

Quando um meio solidificado é necessário para o crescimento ou estudo dos microrganismos, um agente solidificante e adicionado ao meio liquido. Os microbiologistas normalmente adicionam Agar, um polissacarídeo complexo extraído de uma alga marinha. O ágar, que é utilizado em uma concentração entorno de 1,5% (p/v), ou 5g por 100 ml. Tem muitas propriedades que o tornam um agente solidificante ideal. O ágar funde-se entorno do cozimento de ebulição da água (100°C), formando uma solução transparente, e então permanece no estado líquido até em torno de 40ºC.

Uma vez que a maioria dos microrganismos já estão mortos a 45°C, eles podem ser adicionados a um meio contendo ágar liquefeito antes que o meio seja solidificado em tubos de ensaio ou placas de Petri. Uma vez que meio comendo ágar se resfria e se solidifica, este permanecera solidificado a temperaturas de incubação e pode ser inoculado com microrganismos. O ágar não serve como nutriente para a maioria dos microrganismos e não é metabolizado durante o crescimento.

Quando se adiciona uma suspensão microbiana a cada cavidade, esta está reidrata o meio e ao mesmo tempo inocula o microrganismo em estudo.

Também estão disponíveis instrumentos que permitem a semeadura de múltiplas amostras de uma suspensão bacteriana nos meios em uma única etapa em vez de semear uma a uma. Outros sistemas eficientes oferecem uma placa de Petri que é dividida com vários compartimentos, como uma torta que foi cortada e vai ser servida.

Cada compartimento contém um meio identificado diferente, que pode ser semeado com uma gota de suspensão microbiana. Os resultados obtidos nestes procedimentos podem ser avaliados por um programa de computador que os compara com os resultados obtidos com um organismo conhecido.

Os microbiologistas podem preparar os meios a partir de matérias-primas ou pós desidratados, ou podem comprar meios prontos produzidos por indústrias de suprimentos de laboratório. Os meios são distribuídos em tubos de ensaio e placas de Petri, garrafas, placas prontas para testes.

Meios para o Cultivo de Bactérias

Os meios escolhidos para o cultivo de bactérias específicas normalmente imitam o habitat normal das mesmas. Se uma bactéria prefere os nutrientes encontrados no sangue, então o sangue pode ser adicionado ao meio. Se a glicose é um constituinte comum de um nicho bacteriano então o açúcar é adicionado ao meio de cultura. As bactérias podem ser autotróficas ou heterotróficas, e o meio selecionado pode refletir estas características. Como mencionado previamente, as bactérias fototróficas requerem luz para produção de energia e dióxido de carbono, água e alguns íons inorgânicos para o crescimento. As bactérias Quimioautotróficos possuem as mesmas exigências nutricionais, mas elas obtêm energia a partir de substâncias inorgânicas simples, em vez de luz.

As bactérias mais fastidiosas podem exigir a adição de sangue ou soro animal ao meio de cultivo. Existem algumas bactérias que não podem ser cultivadas in vitro em meios laboratoriais, não importando qual meio é utilizado. Um exemplo é o Treponema pallidum, a bactéria que causa a sífilis. Embora este espiroqueta tenha sido cultivada em coelhos e em culturas de células de coelho, ele não tem sido cultivado em meios laboratoriais na ausência de células hospedeiras.