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Crescimento Bacteriano

Apresentação do conceito de Crescimento Bacteriano: Cinética do crescimento exponencial; Ciclo de crescimento bacteriano; Determinação do crescimento bacteriano.

Conceito de Crescimento Bacteriano

O crescimento bacteriano implica a divisão celular, levando a um aumento exponencial do número de células iniciais de uma população. As bactérias podem crescer individualmente por fissão binária (a célula alonga-se até se dividir em duas) ou no contexto de uma população (as células duplicam o seu tamanho e forma-se um septum, que consiste no crescimento da membrana celular e da parede celular até à separação das duas células). Quando uma célula se separada dando origem a duas novas células diz-se que ocorreu uma geração, designando-se por tempo de geração a duração de todo esse processo.

Os tempos de geração variam imenso de espécie para espécie, dependendo também do meio de crescimento e das condições de cultura. Um crescimento exponencial é definido pela duplicação do número de células durante um intervalo de tempo constante. Neste tipo de crescimento, o número de células aumenta lentamente, passando pouco depois a um aumento muito rápido, resultado num elevado número de células.

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Cinética do crescimento exponencial

Tendo em conta que existe uma relação entre o número inicial de células e o número de células após um período de tempo de crescimento exponencial (uma vez que uma célula dá origem a duas e essas duas vão dividir-se em 4 células e assim sucessivamente), há uma expressão matemática que resume essa relação:

Nt = 2n x Ni
em que: Ni – número de células no tempo inicial; Nt – número de células no tempo final; n – número de gerações.

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O tempo de geração (g) pode ser calculado através da seguinte fórmula: g = t/n, em que t representa o tempo de crescimento decorrido. Existem outras expressões relacionadas com o crescimento exponencial que também podem ser determinadas, desde que seja conhecido o tempo de crescimento decorrido e o número de gerações: µ define a taxa específica de crescimento e k designa a taxa de crescimento (numero de gerações por unidade de tempo).

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Ciclo de crescimento bacteriano

O crescimento de uma cultura bacteriana pode ocorrer num sistema fechado ou num sistema aberto. No primeiro não ocorre renovação dos nutrientes e as substâncias tóxicas acumulam-se no meio, ao contrário do que acontece num sistema aberto. Um ciclo de crescimento num sistema fechado apresenta quatro fases diferentes:

  1. Fase de latência: geralmente, o crescimento bacteriano não se inicia logo após a cultura num novo meio, notando-se esta fase inicial sem grandes diferenças ao nível do crescimento. Esta fase pode ter várias explicações, como diferenças de condições entre a cultura inicial e a nova; células que sofreram danos anteriormente e necessitam de um tempo para recuperar; inoculação de uma cultura antiga; síntese dos componentes celulares necessários para a divisão celular.
  2. Fase exponencial: todas as células entram em divisão celular durante um período de tempo que é dependente da quantidade de nutrientes presentes no meio. Nesta fase, as células estão no seu melhor estado de desenvolvimento, sendo este o momento preterível para a realização de ensaios científicos. A taxa de crescimento é afetada pelas condições de cultura e também pelas características genéticas dos microrganismos.
  3. Fase estacionária: depois da fase de crescimento exponencial, pode ocorrer a depleção de um dos nutrientes essenciais ao crescimento celular ou a acumulação de um produto de metabolismo que impeça o crescimento. Desta forma, as bactérias cessam o seu crescimento, entrando numa fase estacionária, durante a qual a taxa de crescimento é nula.
  4. Fase de declínio ou de morte celular: caso a cultura bacteriana continue após a fase anterior, as células vão acabar por morrer, podendo inclusive ocorrer lise celular. A morte celular ocorre a uma velocidade muito menor do que o crescimento bacteriano.
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Numa cultura em sistema contínuo (ou aberto) ocorre a renovação constante de nutrientes e a remoção de produtos do metabolismo. A entrada do novo meio dá-se a uma taxa igual à saída de meio de cultura usado com microrganismos. Este tipo de cultura é habitualmente realizado num quimiostato, no qual a densidade celular e a taxa de crescimento podem ser controladas, através da taxa de diluição (que corresponde à taxa de saída de meio de cultura e de entrada de novo meio) ou da restrição de um nutriente essencial.

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Determinação do crescimento bacteriano

O crescimento de bactérias pode ser calculado através da contabilização do número de células ou de componentes celulares, como o peso seco. A determinação do crescimento envolve geralmente duas características celulares: o número de células e a turbidez.

  • Métodos microscópicos – incluem a contagem de células presentes na cultura ou numa amostra através do microscópio ou da citometria de fluxo. Constituem uma forma simples e rápida, mas com inúmeras limitações, tais como a necessidade de corar as células ou de utilizar um microscópio de contraste de fase para distinção entre células viáveis e não viáveis, dificuldade em visualizar células pequenas, pouca precisão, dificuldade em visualizar células de culturas com baixa densidade, necessidade de imobilizar células móveis, fragmentos presentes na amostra podem ser confundidos com células.
  • Métodos viáveis de contagem – apenas contabilizam células viáveis. Incluem a contagem de unidades formadoras de colónias (CFU) em placas de cultura (podendo ser necessária a diluição da cultura antes da inoculação na placa, de modo a garantir que o número de CFU não seja exagerado e possa ser contabilizado), que contudo apresenta algumas limitações (como por exemplo o número de CFU depende da quantidade de inóculo, da viabilidade da cultura, do meio de cultura e das suas condições, variação do tamanho das CFU e a sincronização do seu crescimento).
  • Métodos turbidimétricos – têm em conta o aumento dos componentes celulares como as proteínas, o DNA ou o peso seco. Essencialmente estes métodos utilizam a turbidez da cultura, ou seja, a massa celular total, extrapolando-se para o número de células. Incluem a densidade ótica, que é avaliada através de um espectrofotómetro. Apesar de ser um método simples e fácil de utilizar, só pode ser utilizado em microrganismos que sejam cultiváveis em meios líquidos e a determinação da absorvância pode não ser precisa na determinação da massa celular total.

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Fatores que afetam o crescimento microbiano

Existem também condições ambientais que influenciam o crescimento, tais como:

  • Solutos e atividade da água – a presença de solutos no ambiente externo afeta a disponibilidade da água para os microrganismos. No entanto, existem organismos adaptados a condições de menor disponibilidade de água como os que vivem em ambientes marinhos ou aqueles que sintetizam solutos compatíveis;
  • pH – apesar de existirem organismos que crescem em ambiente ácidos, neutros e básicos, alterações neste parâmetro acarretam consequências para o crescimento celular;
  • Temperatura – tanto temperaturas altas como temperaturas baixas podem interromper o crescimento bacteriano e até mesmo causar morte celular. A tolerância a alterações de temperatura depende de organismo para organismo;
  • Concentração de oxigénio – o oxigénio não é um fator essencial para o crescimento bacteriano, uma vez que existem microrganismos que podem viver em ambientes anaeróbios e outros que apenas crescem nessas condições, assim como espécies que apenas sobrevivem em ambiente aeróbios;
  • Pressão – pode afetar a estrutura das proteínas, causar alterações na membrana celular ou na estrutura do citoesqueleto. No entanto, existem igualmente organismos adaptados a ambientes com elevadas pressões, como os que habitam o fundo dos oceanos;
  • Radiação – interfere com a cadeia de DNA, levando à morte celular. A radiação UV é um método bastante eficaz de esterilização.
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References:

  • Bartlett, D. H. (2002). Pressure effects on in vivo microbial processes. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Protein Structure and Molecular Enzymology, 1595(1), 367-381.
  • Madigan, M., Clark, D., Stahl, D., & Martinko, J. (2010). Microbial Growth. In D. Espinoza (Ed.), Brock Biology of Microorganisms (13th ed., pp. 117-149). San Francisco, CA, United States of America: Benjamin Cummings.
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