MICROBIOLOGIA BSICA

CAPTULO 1: Introduo Microbiologia

Microbiologia como uma Cincia

Estuda a natureza fundamental e as propriedades dos microrganismos (Microbiologia Bsica). O controle e o uso dos microrganismos de maneira benfica (Microbiologia Aplicada)

Principais temas de pesquisa usados na Microbiologia Bsica:

1. Caractersticas Morfolgicas - forma e tamanho da clula; composio qumica e funo de suas estruturas internas.

2. Caractersticas Fisiolgicas - p.ex; a necessidade nutricional especfica e as condies fsicas necessrias ao crescimento e reproduo.

3. Atividades Bioqumicas - como os microrganismos quebram os nutrientes para obter energia e como eles usam esta energia para a sntese de compostos da clula.

4. Caractersticas Genticas - a hereditariedade e variabilidade das caractersticas. 5. Potencial de causar doena - presena ou ausncia para o homem, animais e plantas 6. Caractersticas Ecolgicas - a ocorrncia natural dos microrganismos no ambiente e

sua relao com outros m.o. 7. Classificao - a relao taxonmica entre os grupos no mundo microbiano.

Principais campos de aplicao da microbiologia Aplicada (medicina, alimentos e laticneos, agricultura, indstria e ambiente). Alguns exemplos:

1. Produo de vacina com mtodo mais econmico 2. Processos mais eficientes para o tratamento de esgoto 3. Sntese de numerosas substncias, desde mais simples, como o cido ctrico, a

antibiticos mais complexos, e enzimas 4. Utilizado como suplemento alimentar (protena de clula nica - SCP) 5. Produo de gs metano, utilizado como combustvel (pesquisa atual) 6. Biometalurgia - explora a atividade qumica de bactrias para extrair minerais de

minrios de baixa qualidade 7. Usados como "inseticidas biolgicos", no lugar de produtos qumicos; microrganismos

capazes de degradar poluentes 8. Microrganismos capazes de melhorar a capacidade de detergentes caseiros, em

remover manchas 9. Isero de genes bacterianos em plantas para matar insetos 10. Produo de enzimas bacterianas que dissolvem cogulos sanguneos; vacinas

humanas utilizando vrus de insetos; e testes laboratorias rpidos para diagnstico de infeco viral (novas pesquisas da Engenharia Gentica-Microbiologia Mdica)

A clula

As clulas microbianas podem ser divididas em duas categorias com base em como a substncia nuclear se apresenta dentro da clula: Clulas Eucariticas, apresenta um ncleo separado do citoplasma por uma membrana nuclear; Clulas Procariticas, que apresentam material nuclear sem membrana.

Todos os organismos, unicelulares (constitudos de uma nica clula), ou multicelulares (que contm muitas clulas), apresentam as seguintes caractersticas:

1. reproduo 2. utilizao de alimentos como fonte de energia 3. sntese de substncias e estrutura celular 4. excreo de substncias 5. resposta a alteraes ambientais 6. mutaes (alteraes sbitas em suas caractersticas hereditrias), embora ocorram

raramente

Elementos diferenciais entre clulas procariticas e eucariticas:

Elemento Clulas Procariticas Clulas Eucariticas Grupos pertencentes Bactrias, algas verde-azuis

Algas, fungos, protozorios, vegetais e animais

Tamanho da clula tipicamente 0.2-2.0 m tipicamente 10-100 m

Ncleo membrana nuclear e nuclolo ausentes limitado por membrana nuclear e presena de nuclolo

Organelas envolvidas por membrana ausente

presentes : lisossomos, complexo de Golgi, retculo endoplasmtico, mitocndria e cloroplastos

Flagelo consiste de 2 protenas construdas em blocos complexo : consiste de mltiplos microtbulos

Glicoclice presente como uma cpsula ou camada limosa presente em algumas clulas que tem parede celular

Parede Celular usualmente presente; quimicamente complexa (parede celular bacteriana tpica inclue peptidoglicano)

quando presente quimicamente simples

Membrana citoplasmtica no contm carboidratos e esteris presena de esteris e carboidratos que servem como receptores

Ribossomos 70S, distribuidos no citoplasma 80S (retculo endoplasmtico); 70S (mitocndria e cloroplasto)

Cromossomos (DNA) cromossomo nico, circular, sem histona um ou mais cromossomos, linear, com histona

Diviso Celular fisso binria mitose Reproduo sexual transferncia de DNA apenas por fragmentos envolve meiose Relao G + C (%) 28 a 73 em torno de 40

Origem da Vida

Concluses do estudo da origem da vida :

1. origem nica das formas de vida 2. existem 3 linhas primrias de descendncia evolucionria: Eubactrias,

Arqueobactrias e Eucaritos 3. h duas linhas de procaritos: Eubcterias e Arqueobcterias 4. tanto os cloroplastos como as mitocndrias - origem bacteriana 5. o relgio evolucionrio no constante para todos os microrganismos 6. as maiores divergncias entre as Arqueo e Eubactrias so das termoflicas 7. a fotossntese surgiu depois 8. os organismos mais primitivos so associados aos ambientes hidrotermais (gua + alta

temperatura) 9. os primeiros organismos deveriam ter duas propriedades: mecanismo de metabolismo

(energia) e mecanismo de replicao (hereditariedade)

Os primeiros organismos alm de anaerbios, deveriam ser organotrficos fermentativos

No surgimento da vida em aerobiose, imagina-se ter comeado com as cianobactrias, as quais crescem produzindo molculas de oxignio (O2), as quais se decompem em tomos (O), que reagiria com as novas molculas de oxignio produzidas, formando o oznio (O3). Com a camada de oznio, surge proteo dos raios UV, e surgimento de microrganismos aerbios.

Os organismos primitivos devem ter usados RNA como material gentico, tanto para reproduo como para produo de enzimas.

Diviso dos Reinos (Antiga):

1. Monera (procaritos) - microrganismos primitivos 2. Protista (algas, protozorios, fungos limosos) 3. Plantae (plantas verdes, algas superiores) 4. Fungi (fungos - bolores e leveduras) 5. Animalia (animais que ingerem alimentos)

Diviso dos Reinos (Atual):

1. Eubactrias (clulas procariticas) 2. Arqueobactrias (clulas procariticas) - microrganismos primitivos 3. Eucaritos (clulas eucariticas)

A teoria endosimbitica prope a maneira pela qual as clulas eucariticas tem evoluido: origem das organelas eucariticas (cloroplastos e mitocndrias) a partir dos procaritos.

O Microscpico

O olho humano incapaz de perceber um objeto com um dimetro menor que 0.1 mm, a uma distncia de 25 cm. Os microrganismos tem dimenses de m (1m = 10-3mm)

Os microscpicos so classificados dependendo do princpio no qual a ampliao baseada: pticos (empregam dois sistemas de lentes, ocular e objetiva, atravs das quais a imagem ampliada obtida) e eletrnicos (empregam um feixe de eltrons para produzir a imagem ampliada)

A microscopia ptica a mais comumente utilizada no laboratorio de microbiologia. Em geral, o microscpico ptico amplia o objeto at certo limite (1.000 a 2.000 vezes). Esta limitao devida ao poder de resoluo.

Poder de Resoluo (P.R) - medida do menor objeto que pode ser visto ao microscpico

P.R = comprimento de onda ;

A.N

A.N. (Abertura Numrica) = n.sen

n = ndice de refrao; (teta) = semi ngulo do cone de luz que entra na objetiva.

Pode-se usar um meio (p.ex. leo de cedro) com o mesmo ndice de refrao do vidro da lmina, para que os raios de luz deixem a lmina sem refrao, seguindo uma direo reta para dentro da objetiva, aumentando assim o poder de resoluo (P.R.)

Principais caractersticas das objetivas do microscpio ptico :

Ampliao linear da objetiva

Distncia focal aproximada(mm)

Dimetro aprox. do

campo(mm) Abertura

'Nmerica Dist. de trabalho

aprox.(mm)

Poder de resoluo

(m)

Mxima ampliao

aprox. (ocular 10x)

10x (objetiva

seco de pequeno aumento)

16 1.5 0.25 4.50 2.0 100 vezes

40-45x (objetiva

seco de grande

aumento)

4 0.34 0.65 0.65 0.7 450 vezes

90-100x (objetiva

de imerso)

1.8 0.15 1.25 0.13 0.4 1000 vezes

A objetiva produz uma imagem real ampliada do objeto, a qual ainda aumentada em escala muito maior pela ocular, sendo a mesma captada pelo olho humano

O Microscpico eletrnico possui grande vantagem diante do ptico, apresenta um poder de resoluo 100 vezes maior, em virtude do comprimento de onda muito curto dos raios eletrnicos utilizados. possvel resoluo de objetos to pequenos quanto 10 Ao (1Ao =10-4 m). Produz aumentos teis de 200.000 a 400.000

Tipos de Microscopia

Aumento mx. til Aspecto do Espcime Aplicaes

Microscopia ptica Campo Luminoso 1000 - 2000

coradas ou no, quando coradas geralmente

assumem a cor do corante determinao dos elementos grosseiros de

bactrias,leveduras,bolores,algas e protozorios

Microscopia ptica Campo Escuro 1000 - 2000

geralmente no coradas, aparecem brilhante sobre

um fundo escuro microrganismos que exibem algum dado morfolgico caracterstico em estado vivo

Microscopia ptica Ultravioleta 1000 - 2000

no visualizado diretamente; fotografado

diferenciao de componentes celulares com base em > ou < absoro da luz UV.

Microscopia ptica Fluorescente 1000 - 2000

brilhante e corado, corante fluorescente tcnicas diagnsticas

Microscopia ptica Controle de Fase 1000 - 2000 vrios graus de brilho

exames de estruturas celulares em clulas vivas de microrganismos maiores

(leveduras,algas,protozorios, e algumas bactrias)

Microsc. Eletrnica 200.000 - 400.000 visto em tela fluorescente exames de vrus e da ultra estrutura das clulas

microbianas

Caractersticas distintivas dos principais grupos de microrganismos

Microrganismos Caractersticas

1.Protozorios eucariticos, unicelulares, ingerem partculas alimentares, no apresentam parede celular rgida, no contm clorofila, alguns movem-se por meio de flagelo ou cilios, e so amplamente distribuidos na natureza (principalmente aquticos)

2. Algas eucariticos, considerados semelhantes s plantas, contm clorofila, podem ser uni ou multicelulares, apresentam parede celular rgida, crescem em muitos ambientes diferentes (a maioria aquticos)

3. Fungos eucariticos, com parede celular rgida, uni ou multicelulares, desprovidos de clorofila, absorvem nutrientes dissolvidos do ambiente (no digerem alimentos) - so os bolores e leveduras

Bolores fungos multicelulares, produzem estruturas filamentosas (hifas, miclios...)

Leveduras fungos unicelulares, apresentam formas variadas (esfrica a ovide; elipside a filamentosos)

4. Bactrias procariticos, carecem de membrana nuclear e outras estruturas intracelulares organizadas observadas nos eucariticos, so divididas em dois grupos: Eubactrias e Arqueobactrias

Eubactrias apresentam vrias formas (esfrica, bastonete e espirilo) e aparecem em formas agrupadas, variam de 0.5 - 5.0 m, so unicelulares, algumas apresentam flagelos

Arqueobactrias semelhantes s eubactrias pelo microscpio, porm apresentam diferenas importantes quanto sua composio qumica, hbeis em viver em ambientes no usuais (lagos salinos, piscinas trmicas, fundo de pntanos)

5. Vrus

no so celulares como os citados acima, so muito menores (20 a 300 nm; 1nm=1/1000m) e mais simples em estruturas que as bactrias, contm somente um tipo de cido ncleico circundante por um envelope protico (DNA ou RNA), podem multiplicar-se somente dentro das clulas vivas, apresentam-se sob vrias formas

CAPTULO 2 : Caracterizao dos Microrganismos

Uma populao microbiana, sob condies naturais, contm muitas espcies diferentes. Os microbiologistas devem ser capazes de isolar, enumerar, e identificar os microrganismos em uma amostra, para ento classific-los e caracteriz-los.

Isolamento e Cultivo de Culturas Puras

Os microrganismos na natureza normalmente existem em cultura mistas, com muitas espcies diferentes ocupando o mesmo ambiente.

Ao determinar as caractersticas de um microrganismo, ele deve estar em cultura pura, ou seja, em que todas as clulas na populao so idnticas no sentido de que elas se originaram de uma mesma clula parental.

Em laboratrio, os microrganismos so cultivados ou desenvolvidos em material nutriente denominado meio de cultura. O tipo de meio utilizado depende de vrios fatores :

1. consideraes sobre a origem do material a ser analisado 2. a espcie que se imagina estar presente nesta amostra 3. as necessidades nutricionais dos organismos

Tcnicas de isolamento de microrganismos:

O material a ser analizado colocado no meio de cultura - inculo - O processo de inoculao pode ser feito mediante:

1. tcnica de esgotamento por meio de estrias superficiais - a amostra semeada na superfcie do meio solidificado com uma ala de semeadura para esgotar a populao, assim em algumas regies do meio, clulas individuais estaro presentes.

2. tcnica de semeadura em superfcie - uma gota da amostra diluida colocada na superfcie do gar e com o auxlio de uma ala de semeadura de vidro (ala de Drigalky) esta gota espalhada sobre o meio.

3. mtodo de pour-plate - a amostra diluida em tubos contendo meios liquefeitos (45 oC). Aps homogeneizao so distribuidos em placas de Petri; e aps a solidificao dos meios as placas so incubadas. As colnias se desenvolvero tanto acima quanto abaixo da superfcie (colnias internas).

Em cada uma dessas tcnicas o objetivo diminuir a populao microbiana, assim as clulas individuais estaro localizadas a uma certa distncia umas das outras. As clulas individuais, se estiverem distante o suficiente, produziro uma colnia que no entra em contato com outras colnias. Todas as clulas em uma colnia tem o mesmo parentesco. Para isolar uma cultura pura, uma colnia individual transferida do meio para um tubo de ensaio.

Conservao das Culturas Puras

Uma vez que os microrganismos tenham sido isolados em cultura pura, necessrio manter as culturas vivas por um perodo de tempo com o objetivo de estud-las.

Para armazenar por um perodo curto, as culturas podem ser mantidas temperatura de refrigeradores (4 a 10 oC)

Para armazenar por um perodo longo, as culturas so mantidas em nitrognio lquido (-196 oC) ou em freezers (-70 a -120 oC), ou ainda congeladas, e ento desidratadas e fechadas vcuo em um processo denominado liofilizao

Alguns dos mais usados mtodos de conservao:

1. transferncia peridica para meios novos 2. sob camada de leo mineral 3. liofilizao 4. congelamento

As colees de culturas so bancos de microrganismos e outras clulas que esto disposio de pesquisadores, professores, investigadores de patentes, e todo aquele que necessite estudar um tipo particular de microrganismos - um conjunto de clulas de referncia de uma coleo de cultura padro. As clulas so congeladas em cubas de nitrognio lquido ou liofilizadas para resistir a qualquer variao que possa destruir a identidade da clula original.

Preparo dos Microrganismos para a Microscopia Luminosa

Existem dois mtodos gerais utilizados para preparar espcimes microbiolgicas para observao por meio do microscpico luminoso.

1. Tcnica entre lmina e lamnula e gota pendente - utiliza uma suspenso de microrganismos vivos em uma gota ou uma camada lquida. Estas preparaes (a fresco) so especialmente teis quando a estrutura de um microrganismo pode ser distorcida pelo calor ou agentes qumicos, ou quando o microrganismo no se cora facilmente.

2. Tcnicas de Colorao - a camada fina do espcime seca e corada, assim os microrganismos ficam fixados superfcie e apresentam-se corados para facilitar a visualizao. Usadas para mostrar as vrias estruturas dos microrganismos, para identificar e separar suas estruturas internas e para ajudar a identificar e separar microrganismos similares.

As principais etapas do preparo de um espcime microbiano corado para exame microscpico so:

1. Confeccionar um esfregao, ou uma camada fina do espcime sobre uma lmina de vidro

2. Fixar o esfregao seco lmina, usualmente com o calor, para fazer aderir o microrganismo lmina

3. Colorao com um ou mais corantes

Colorao Simples - a colorao de microrganismo com uma nica soluo de corante; ex: azul de metileno para leveduras, ou bolores.

Colorao diferencial - envolve mais de uma soluo de corante; ex: colorao de lcool-cido para bactria causadora da tuberculose; distingue esta bactria patognicica, por meio da cor (vermelho, pelo corante principal), de outras bactrias (azul, pelo corante do fundo) encontradas em amostras como saliva e escarro.

Colorao de Gram - neste processo, o esfregao bacteriano tratado com os reagentes na seguinte ordem: o corante prpura cristal violeta, a soluo de iodo (substncia que fixa o corante no interior da clula), o lcool (remove o corante de certas bactrias) e o corante vermelho safranina.

Bactrias Gram-positivas, retm o corante cristal violeta e aparecem coradas em violeta-escuro

Bactrias Gram-negativas, perdem o cristal violeta quando tratadas com lcool, so ento coradas com o corante safranina e aparecem coradas em vermelho

Informaes utilizadas para Caracterizar os Microrganismos

As tcnicas laboratoriais para caracterizar os microrganismos variam desde uma microscopia relativamente simples anlise de material gentico encontrado na clula.

As principais categorias de informaes usadas para caracterizar espcies diferentes so :

1. Caractersticas Morfolgicas - tamanho, forma e arranjo das clulas 2. Caractersticas Metablicas - maneira pela qual o microrganismo desenvolve os

processos vitais 3. Caractersticas Antignicas - os anticorpos produzidos em animais de laboratrios

podem ser usados para detectar a presena de antgenos nicos em culturas bacterianas e so usados para caracterizar os microrganismos

4. Caractersticas Patognicas - importante determinar se o microrganismo causa doena (patognico) ou no causa doena (no-patognico)

5. Caractersticas Genticas - a maioria dos microbiologistas conta atualmente com tcnicas que permitem realizar anlises genticas para classificar ou identificar os microrganismos ou compreender a sua atividade. A sonda de DNA um exemplo de procedimento gentico rpido e amplamente utilizado - uma fita de DNA de uma espcie conhecida misturada com uma fita de uma espcie desconhecida. Se os microrganismos so da mesma espcie, as duas fitas se combinaro, ou se ligaro. Esta combinao aparece como uma fita dupla de DNA com um marcador ligado.

Classificao dos Organismos Vivos

Como fazer para determinar os nomes dos microrganismos e como catalog-lo de forma sistemtica?

As denominaes especficas no mundo biolgico, surgem da sistemtica, que pode ser descrita como "a cincia do desenvolvimento de um arranjo ordenado das espcies, dentro de cada uma das principais categorias de organismos". Sistemtica = Taxonomia

A cincia da taxonomia inclui a classificao (arranjo), nomenclatura (nomes) e identificao (descrio e caracterizao) dos organismos vivos.

Os organismos que compartilham certas caractersticas comuns, so agrupados em grupos taxonmicos denominados taxa (singular txon). O txon bsico a espcie, que uma coleo de cepas com caractersticas similares. Depois segue com :

ESPCIE-GNERO-FAMLIA-ORDEM-CLASSE-DIVISO-REINO

Regra dos nomes - SISTEMA BINOMIAL DE NOMENCLATURA

1. Cada espcie recebe um nome constitudo de duas palavras (ex. Neurospora crassa) 2. O primeiro trmo o nome do gnero e sempre se inicia com letra maiscula 3. A denominao do gnero uma palavra latina ou grega (um novo trmo composto de

razes latina ou grega, ou o nome latinizado de uma pessoa - masculino, feminino, ou neutro)

4. Os nomes prprios dos microrganismo so sempre escrito em itlico 5. O segundo trmo do nome de um microrganismo, especfico (espcie), escrito em

letras minsculas e usualmente descritivo: o adjetivo que modifica o nome (Bacillus albus - Bacillus branco) o adjetivo sob a forma de participio presente de um verbo (Clostridium dissolvens

- que dissolve) o substantivo no caso, possesivo que modifica o nome genrico (Salmonella

pullosum - Salmonella dos pintos) o nome de carter explicativo (Bacillus radicicola - Bacillus habitante da raz)

Ocasionalmente, necessrio subdividir uma espcie em variedades. Tal atitude tomada quando existem diferenas numa espcie, insuficientes para a criao de uma nova espcie, como por exemplo; a amostra de Streptococcus lactis que produz um aroma de malte e que designada de Streptococcus lactis var. maltigenes

CAPTULO 3: Estruturas das Clulas Procariticas e Eucariticas

Ultra-estrutura dos Microrganismos Procariticos

A maioria das bactrias (organismos procariticos) so unicelulares e apresentam uma forma simples (esfrica, cilndricas ou espiraladas), apesar dos 3,5 a 4 bilhes de anos durante os quais elas tem evoludo

Estrutura Geral de uma clula (bacteriana) procaritica tpica :

Flagelos e pelos

1. so estruturas externas parede celular. Filamentos finos e ocos, que se estendem a partir da membrana citoplasmtica atravessando a parede celular, e que nem todas as clulas possuem

2. os flagelos so usados para locomoo da bactria, pulsionando-a atravs do lquido em aproximadamente 100m/seg (3000 vezes o seu comprimento). So mais longos que a clula (medindo de 15 a 20m). A energia para mover os flagelos vem da fora protomotiva

3. os pelos ou fmbrias no so usados para locomoo, so mais finos, menores, mais retos e mais numerosos que os flagelos. So ocos e a maior parte deste tipo de filamento est envolvido com a adeso superfcie

Glicoclice

1. um material viscoso (geralmente polissacardeos) que circunda algumas clulas bacterianas. Chamado de cpsula quando se encontra organizado e acoplado parede celular; e camada limosa se se encontra desorganizado e acoplado frouxamente parede celular - esta ltima tende a ser solvel em gua deixando assim o meio viscoso (como o caso da viscosidade do leite)

2. apresentam vrias funes :

aderncia (em pedras onde passa gua em grande movimento; em razes de plantas; na superfcie lisa dos dentes humanos provocando a crie)

proteo (contra dessecamento) evitar a adsoro e lise das clulas por bacterifagos

Parede celular

1. rgida, suportam altas presses, mantendo assim a forma caracterstica de cada clula. Serve como uma barreira a algumas substncias prevenindo a evaso de certas enzimas que poderiam causar danos clula

2. podem reter corantes, alguns antibiticos, sais biliares, metais pesados e enzimas degradativas, em contra partida os nutrientes lquidos necessrios clula tem passagem permitida

3. as paredes celulares so camadas de diferentes substncias que variam de acordo com o tipo de bactria envolvida, diferindo em espessura e composio

Gram-Positivas :

1. membrana citoplasmtica: o fosfolipdeos o protenas

2. parede celular: o peptidoglicano - polmero poroso e insolvel, em grande quantidade nestas

bactrias (50% ou mais do peso seco da clula), tornando a parede bem espessa

o cido teicico - polmero de glicerol e ribitol fosfato; carregados negativamente pode ajudar no trasporte de ons + para dentro e fora da clula; e no armazenamento de fsforo. Se encontram ligados ao peptidoglicano ou membrana citoplasmtica

o polissacardeos - ligados ao peptidoglicano

Gram-Negativas:

1. membrana citoplasmtica: o fosfolipdeos o protenas

2. parede celular - localizada no espao periplasmtico, ou seja, entre as membranas citoplasmtica e externa.

o peptidoglicano - representa 10% do peso seco da clula o lipoprotenas

3. membrana externa - presente apenas nestas bactrias, serve para distingui-las. o lipopolissacardeos - tpicos destas bactrias, ocorrem somente na

membembrana externa; formados de lpideos, cerne de polissacardeo e antgenos O. Podem atuar como um veneno (LPS ou endotoxina)

o trmeros de porina

Comparao entre as paredes celulares de bactrias Gram-Positivas e Gram-Negativas :

as paredes celulares das Arqueobactrias diferem das Eubactrias tanto em composio qumica quanto na estrutura. Tais paredes contm protenas, glicoprotenas ou polissacardeos completos. No contm peptidoglicono.

quando a parede de uma bactria Gram-positiva quase completamente destruda, por enzimas, o resultado uma clula esfrica conhecida como PROTOPLASTO, a qual permite a entrada de grande quantidade de gua, resultando em lise. As paredes das Gram-negativas so mais resistentes a estas enzimas

Mecanismo de Colorao de Gram :

Membrana Citoplasmtica

o stio de atividade enzimtica especfica, e do transporte de molculas para dentro e para fora da clula. uma barreira para a maior parte das molculas solveis em gua e muito mais seletiva que a parede celular

composta primariamente de: 20 a 30% de fosfolipdeos e 50 a 70% de protenas, estas podem fluir pelos fosfolipdeos

contm enzimas envolvidas :

no trasporte de molculas (permeases)

na produo de energia

sntese de parede celular

a fotossntese ocorre em invaginaes da membrana citoplasmtica, as quais fornecem uma extensa rea para acomodar uma alta concentrao de pigmentos absorvidos da luz

Difuso e Osmose atravs da Membrana Citoplasmtica

1. Difuso Simples - passivo e a clula no gasta energia para realiz-lo. O soluto se movimenta do lado menos diludo para o mais diludo at o equilbrio. Ex. entrada e sada de CO2 e O2

2. Difuso por meio de Permeases - transporte da maior parte de nutrientes para dentro da clula. Requer gasto de energia pela clula

3. Osmose - passagem do solvente de uma soluo de baixa concentrao de soluto (alta conc. de gua) para uma soluo com alta concentrao de soluto (ou baixa conc. de gua). A fora com que a gua se move atravs da membrana a presso osmtica. As clulas microbianas podem ser expostas a 3 tipos de condies osmticas :

o Isotnica - a concentrao total dos solutos a mesma em qualquer lado da membrana

o Hipotnica - a concentrao do soluto mais baixa no interior da clula. A gua entra na clula por presso osmtica. A maioria das clulas crescem nesta condio

o Hipertnica - a concentrao do soluto mais alta no interior da clula. A gua deixa a clula por presso osmtica

Estruturas Celulares Internas da Membrana Citoplasmtica (Citoplasma)

rea Citoplasmtica (poro fluida)

o citoplasma tem em torno de 80% de gua, alm de cidos nclicos, protenas, carboidratos, lipdeos, ons inorgnicos, muitos compostos de baixo peso molecular, e partculas com vrias funes :

1. Ribossomos - partculas densas, onde ocorre a sntese protica. Encontradas em todas as clulas procariticas e eucariticas. Consistem em 2 subunidades de tamanhos diferentes (50S e 30S), que juntas formam o ribossomo bacteriano 70S; S= unidade de quo rpido a partcula sedimenta quando centrifugada em alta velocidade

2. Poli--hidroxibutirato (PHB) - material lipdico solvel em clorofrmio. Atua como uma reserva de carbono e fonte de energia

3. Incluses - diferentes tipos de substncias qumicas que se acumulam formando depsitos insolveis. Os grnulos e incluses no so comuns a todas as clulas bacterianas

rea Nuclear

no apresenta ncleo delimitado por membrana, e ocupa uma poro prxima do centro da clula - parece estar ligado ao sistema "membrana citoplasmtica-mesossomo"

nucleide - consiste em um nico cromossomo (DNA) circular. O cromossomo a estrutura interna das clulas que fisicamente carrega a informao hereditria de uma gerao para outra

Formas Latentes de Microrganismos Procariticos - Esporos e Cistos

Esporos

so formas inativas (no esto em crescimento), que podem viver em condies desfavorveis, como dessecamento e calor, mas se expostas novamente em condies ambientais apropriadas comeam a crescer e tornar-se clulas vegetativas metabolicamente ativas

os esporos que se formam dentro da clula so chamados ENDSPOROS, e so exclusivos das bactrias

possuem parede celular espessa, brilham muito com a luz do microscpico, e so altamente resistente s mudanas ambientais - a maioria suportam ate 80 oC/10min

o esporo contm o cido dipicolnico (DPA) no encontrados em clulas vegetativas, responsvel por 5 a 10% do peso seco do endosporo, ocorre em combinao com grande quantidade de clcio, e provavelmente contribui na resistncia ao calor

durante a esporulao ocorre um processo de desidratao, eliminando a maior parte de gua do esporo, o que possivelmente tambm vem contribuir para a resistncia ao calor

as bactrias Actinomicetes produzem outro tipo de esporo, o CONDIO, muito resistente ao dessecamento mas no tanto ao calor. Este organismo pode produzir muitos destes condios na extremidade de um filamento, assim que tais condios so usados para a reproduo e para proteo

Endospros Condios produzidos no interior da clula

na extremidade de filamentos

1 por cada clula vegetal vrios so produzidos por clula resistentes ao calor e dessecamento

mais resistentes ao dessecamento

utilizados para proteo utilizado para reproduo e proteo

Cistos

apresenta estrutura e composio qumica diferente dos endsporos, e no apresentam alta resistncia ao calor. Ex. cistos presentes em Acetobacter

Ultra-estrutura dos Microrganismos Eucariticos - Fungos, Algas e Protozorios

A caracterstica predominante das clulas eucariticas o ncleo com cromossomos lineares, envolvidos por uma membrana que no encontrada em procariotos

Funo de cada estrutura :

Flagelos e Clios

estruturas delgadas, ocas, utilizadas para locomoo, diferem dos das clulas procariticas, no que a energia necessria para movimentar estes apndices prover da hidrlise do ATP

Parede celular

encontradas nas plantas, algas e fungos, apresenta a funo de manter a forma da clula e evitar que sofra lise pela presso osmtica

Eucariotos Composio da Parede Celular plantas polissacardeos - celulose e pectina fungos filamentosos quitina e celulose leveduras unicelulares mananas - um polmero de manose algas celulose ou outro polissacardeo, e CaCO3

Membrana Citoplasmtica

possui morfologia e funes semelhantes as das clulas procariticas, porm apresentam caractersticas diferenciais destas clulas como :

1. a presena de esteris - principalmente colesterol - os quais entrelaam-se na bicamada lipdica e conferem resistncia membrana citoplasmtica dos eucariotos que no apresentam parede celular

2. a membrana citoplasmtica reforada por fibras de microtbulos formados pelas protenas actina e miosina.

3. no possuem enzimas em sua membrana citoplasmtica envolvidas no metabolismo gerador de energia

Organelas Celulares

So estruturas envolvidas por uma membrana com funes especficas tais como, a fotossntese, respirao, sntese protica, etc. O citoplasma a "residncia" das organelas"

Ncleo

a caracterstica marcante do ncleo dos eucariotos a membrana nuclear, que contm muitos poros grandes, atravs dos quais protenas e RNA podem passar para o citoplasma

a membrana nuclear geralmente d origem ou contnua ao retculo endoplasmtico, organela onde as protenas so sintetizadas

esfrico ou oval, a maior organela na clula eucaritica. Nele est contida as informaes hereditrias da clula na forma de DNA

formado de 5 a 10% de RNA e o restante de protenas

Retculo Endoplasmtico

conectados s membranas nuclear e citoplasmtica, podem ter ribossomos ligados (rugosos) ou sem ribossomos ligados (lisos)

no retculo endoplasmtico rugoso as protenas produzidas pelos ribossomos presentes nestas organelas, so liberadas no citoplasma

o retculo endoplasmtico liso est envolvido na sntese de glicognio, lipdeos e esterides

Complexo de Golgi

o centro de empacotamento ou distribuio da clula. Responsvel pelo "transporte seguro" dos compostos sintetizados, para o exterior da clula, e tambm pela proteo da clula ao ataque de suas prprias enzimas

no complexo de Golgi enzimas que foram sintetizadas no retculo endoplasmtico rugoso (proteases, nucleases, glicosidases, sulfatases, lipases, e fosfatases) so empacotadas dentro de organelas chamadas lisossomos

as protenas sintetizadas no R.E. rugoso, so levadas para o complexo de Golgi, onde os aucares so adicionados a estas para produzir as glicoprotenas

Mitocndrias

local onde o ATP gerado durante a respirao aerbia. A membrana interna altamente invaginada (cristas) - as quais aumentam a rea da superfcie disponvel para a atividade respiratria

assemelham-se s clulas procariticas em vrios aspectos : o mede em torno de 0.5 a 1.0 m de dimetro; o contm seus prprios ribossomos, que tambm so 70S, em vez de 80S como

os presentes no citoplasma eucaritico; o contm seu prprio DNA, o qual uma molcula nica, em fita dupla como nos

procariotos - este DNA carrega informaes genticas para a sntese de um nmero limitado de protenas que so produzidas nos ribossomos mitocondriais

o dividem-se para formar uma nova mitocndria, praticamente da mesma forma que as clulas procariticas se dividem - se dividem independentemente do ncleo celular, entretanto so incapazes de se dividirem se forem removidos do citoplasma

Cloroplastos

presentes nas plantas e nas algas, tambm so organelas geradoras de energia. o sitio das reaes fotossintticas

apresenta um DNA circular (como nos procariotos) o qual codifica protenas no ribossomo destas organelas (70S) e enzimas necessrias para a utilizao de CO2 no ar

a membrana interna dobra-se no estroma (citoplasma dos cloroplastos) para formar pilhas de sacos em forma de disco ou fita chamadas tilacides - contm pigmentos clorofila e carotenides

so capazes de se dividir por fisso binria no citoplasma como as mitocndrias

Formas Latentes dos Microrganismos Eucariotos - Esporos e Cistos

Esporos

Os fungos produzem esporos sexuais e assexuais. Algumas caractersticas destas formas latentes de vida so :

os esporos sexuados so resultado de 2 clulas reprodutivas (gametas) em uma clula fertilizada. So produzidos menos frequentemente e em menor nmero que os esporos assexuados

os esporos assexuados so produzidos por hifas areas, e tem a funo de disseminar a espcie. So especialmente estruturados para serem dispersos do talo-me. So normalmente brancos quando rcem produzidos, e depois adquirem cores caractersticas coma a idade

os esporos dos fungos terrestres podem ser recobertos por camadas espessas para evitar ressecamento. Podem ser leves para serem carregados em correntes de ar

Cistos

Produzidos por muitos protozorios, podem apresentar funo de proteo ou de reproduo para estes eucariotos

CAPTULO 4: Exigncias Nutricionais e o Meio Microbiolgico

Elementos Qumicos como Nutrientes

Os elementos qumicos principais para o crescimento da clula so : carbono, nitrognio, oxignio, enxofre e fsforo

Carbono - C

todos os organismos requerem carbono de alguma forma. Em geral os compostos orgnicos so os que possuem carbono

o carbono forma o esqueleto das 3 maiores classes de nutrientes orgnicos : carboidratos, lipdeos, e protenas - estes fornecem energia para o crescimento da clula e serve como unidade bsica do material celular

os heterotrficos utilizam compostos orgnicos como sua principal fonte de carbono, obtendo tais molculas a partir do meio, ou ingerindo organismos autotrficos ou mesmo heterotrficos

os autotrficos utilizam o CO2 como sua principal ou nica fonte de carbono

Nitrognio - N

todos os organismos necessitam em alguma forma, a parte essencial dos aminocidos, que formam as protenas

as bactrias so mais versteis para usar o N que os organismos eucariotos. Algumas bactrias podem utilizar o N2 (nitrognio atmosfrico) - fixao de nitrognio - e outras podem utilizar compostos nitrogenados como : nitratos, nitritos e sais de amnia. E algumas utilizam ainda compostos de nitrognio orgnico tais como os aminocidos e peptdeos

Hidrognio (H), Oxignio (O), Enxofre (S) e Fsforo (P)

essenciais a todos os organismos. H e o O fazem parte de muitos compostos orgnicos e da gua S necessrio para a biossntese dos aminocidos cistena, cistina, e metionina P essencial para a sntese de cidos nuclicos e ATP alguns desses elementos so encontrados na gua ou na atmosfera gasosa do meio.

Os os inorgnicos como sulfatos e fosfatos, podem tambm suprir os principais elementos necessrios ao microrganismo

Outros Elementos

muitos outros elementos essenciais so requeridos, porm em menor quantidade que os citados acima - sdio, ferro, molibdnio, cobalto, zinco, cobre mangans

o sdio, Na+, requerido pelas permeases da membrana que transporta o acar melibiose em clulas de Escherichia coli

o ferro, Fe+2, requerido pelas enzimas citocromo, catalases e succinil desidrogenases (como cofator)

alguns minerais, em pequenas quantidades (mg/l) como o Zn+2, Cu+2, Mn+2, Mo+6, Co+2 so requeridos para ativar enzimas. O Mo+6 por exemplo requerido pela nitrogenase, a enzima que catalisa a converso do N2 para o NH3 (amnia) durante a fixao do N2

Classificao Nutricional dos Microrganismos

Grupo Nutricional Fonte de Carbono Fonte de Energia Exemplos Quimioautotrficos CO2 compostos inorgnicos

bactrias nitrificantes do Fe, H e S

Quimioheterotrficos compostos orgnicos compostos orgnicos muitas bactrias,

fungos, protozorios e animais

Fotoautotrficos CO2 luz bactrias sulfurosas

verde e prpura, algas, plantas e

cianofceas

Fotoheterotrficos compostos orgnicos luz bactrias prpuras e

verdes no enxofradas

Meios Utilizados para o Cultivo de Microrganismos

Os componentes comuns na estrutura do meio faro parte de uma destas categorias :

1. nutrientes nitrognio-amnico - peptonas, infuses, extratos ..... 2. fonte de energia - glicose .... 3. fatores de promoo de crescimento - sangue, soro, vitaminas, NADH .... 4. tampo fosfato, para manuteno de pH em meios de fermentao - sais de fosfato

acetatos e citratos solveis 5. sais minerais e metais, para melhorar o crescimento - PO4-2, SO4-2, Ca+2, Mg+2, Fe+2,

Mn+2 e metais 6. agentes seletivos - reagentes qumicos, antibiticos, e tinturas inibidoras 7. corantes indicadores, teis para indicar mudanas de pH no meio, durante e depois do

crescimento de microrganismos - fenol vermelho, vermelho neutro, bromocresol prpura ....

8. agentes gelificantes - gar, gelatina ....

Caractersticas de alguns produtos complexos usados como ingredientes dos meios de cultura

Ingredientes Caractersticas

Agar uma mistura de 2 polissacardeos, obtido de algas marinhas, usado para solidificar o meio; insolvel em gua fria, gelifica a

Extrato de Carne

extrato aquoso de tecido muscular, concentrado sob a forma de pasta, contm carboidratos, compostos orgnicos de nitrognio, vitaminas hidrossolveis e sais

Sais Biliares preparado de bilis de boi fresca, usado como agente inibidor seletivo em bacteriologia

Casena um digerido pancretico de casena, uma fonte importante de nitrognio-amnico Corantes fazer uso somente daqueles certificados pela CSBS Gelatina um produto protico purificado, usado para solidificar o meio

Gelisato um hidrolisado pancretico de gelatina que possue um contedo escasso de cistina, triptofano e carboidrato Infuses usa-se infuses de corao de boi ou de bezerro, e de crebro

Neopeptona digerido enzimtico de protinas, adequado p/ muliplicao de organismos cuja cultura in vitro se considera difcil Ox-Gall constitudo por bilis fresca purificada; um agente inibidor

Peptona um produto da digesto enzimtica da carne, solvel em gua e formada por polipeptdeos, gua e oligossacardeos. Se trata de uma peptona para uso geral

Fitona peptona vegetal preparada por digerido de farinha de soja com papana, til para culturas de organismos de multiplicao difcil

Polipeptona mistura de peptonas (tripticase + thiotone) para uso em meios que requerem ambas protenas Proteose Peptona

uma peptona especializada, preparada por digestivos de carne fresca selecionada com papana, til para produo de toxinas microbianas

Soytona hidrolizado anzimtico de farinha de sementes de soja, adequados para meios que no h hidratos de carbono

Acares todos devem ser quimicamente puros e adequados para fins bacteriolgico

Tiotona preparado por digestivo pptico de tecido animal; alto contedo de enxofre, til nas anlises de formao do H2S

Tripticase peptona derivada da casena por digesto pancretica, fonte rica em nitrognio de aminocidos

Triptona hidrolisado pancretico, fonte rica de nitrognio-amnico; destinado ao isolamento de cultivo de organismos de difcil crescimento

Extrato de Levedura

extrato aquoso de clulas de leveduras lisadas, fonte excelente de substncias estimulantes do crescimento como vitamina B; contm compostos orgnicos de N e C

gua deve-se usar somente gua desmineralizada, que no txica aos microrganismos

1. Meios para Cultivo de Bactrias

Os meios escolhidos para o cultivo de bactrias especficas normalmente imitam o habitat normal das mesmas, assim:

para as bactrias que preferem os nutrientes encontrados no sangue - adiciona-se sangue ao meio

se a glicose o constituinte comum de um nicho bacteriano - adiciona-se o acar ao meio

Para aquelas bactrias que apresentam maiores exigncias nutricionais - fastidiosas - utiliza-se os meios complexos, citados acima na tabela, os quais contm uma grande variedade de substncias orgnicas preparadas a partir de matrias naturais

Alguns exemplos de meios quimicamente definidos utilizados no crescimento de bactrias :

1. bactria quimioautotrfica :

fonte de nitrognio - (NH4)2SO4

fonte de carbono (na forma de CO2) - NaHCO3

tampo e ons essenciais - Na2HPO4 ; K2HPO4

ons essenciais - MgSO4.7H2O ; FeCl3.6H2O ; CaCl2.2H2O

solvente - H2O

2. bactria heterotrfica no fastidiosa :

fonte de energia e carbono - glicose (0.1%)

fonte de nitrognio, tampo e ons essenciais - NH4H2PO4

tampo e ons essenciais - KH2PO4

ons essenciais - MgSO4.7H2O

solvente - H2O

3. bactria heterotrfica fastidiosa :

fonte de carboidrato, nitrognio orgnico, vitaminas, sais - extrato de carne

fonte de nitrognio orgnico e algumas vitaminas - peptona

ons e requerimento osmtico - NaCl

solvente - H2O

2. Meios para o Cultivo de Fungos

Assim como as bactrias os fungos absorvem nutrientes em vez de inger-los. A adsoro auxiliada por enzimas secretadas no meio, que quebram as molculas orgnicas em pores menores que podem ser transportadas mais facilmente parta dentro da clula

Todos os fungos so heterotrficos. E podem crescer no laboratrio;

em uma mistura simples contendo acar, uma fonte de nitrognio inorgnico ou orgnico e alguns minerais;

alguns necessitam de vitaminas;

e outros podem crescer somente em meio complexo que contenha uma grande variedade de compostos orgnicos providos da peptona e extrato de carne.

Em geral, o meio utilizado para culturas de fungo tem : (1) uma concentrao maior de acar que as bactrias - 4%; (2) e um pH menor - 3.8 a 5.6

Composio de um meio utilizado para o isolamento e crescimento de fungos em geral : gar Sabourand

fonte de carbono, nitrognio - peptona

fonte de carbono e energia - glicose (em alta concentrao inibe o crescimento bacteriano)

agente solidificante - gar

solvente - H2O

3. Meios para o Cultivo de Algas

As algas utilizam luz para produzir energia, e requerem somente CO2, H2O e vrios ons inorgnicos para crescer.

Os meios complexos para algas normalmente contm extrato de soja. Mais existem poucos meios "prontos" como os existentes para bactrias e fungos

Meios com finalidades especiais - MEIOS ESPECIAIS

So utilizados quando se quer isolar, identificar ou contar os microrganismos, eles fornecem informaes especficas sobre os microrganismos

Meios para Anaerbios

os primeiros cultivos de anaerbios foram em camadas profundas de meios solidificado, assim podem crescer pois a camada de gar da superfcie exclui o oxignio atmosfrico

a adio de um agente redutor ao meio remove o oxignio - MEIO REDUZIDO - ex. tioglicolato de sdio

para anaerbios estritos, como as arqueobactrias produtoras de metano por exemplo, o cuidado deve ser maior. Deve-se :

(1) ferver o meio para que a maior parte do oxignio dissolvido seja retirado

(2) adicionar o gs N2, livre de oxignio, nos tubos contendo o meio

(3) adicionar um agente redutor, p.ex. a cistena remove os ltimos traos de oxignio

(4) esterilizao do meio (recomendvel a utilizao de vlvula de selagem no topo do frasco para prevenir a entrada de oxignio)

Meios Seletivos

serve para selecionar um microrganismo permitindo um tipo particular de microrganismo ou suprimindo o crescimento de outros microrganismos. Exemplos : gar sabourand para fungos; gar verde brilhante para Salmonella; o corante verde brilhante adicionado ao meio inibe as bactrias Gram + comuns do trato intestinal; o gar feniletanol inibe o crescimento de Gram-negativas, mais no das Gram-positivas

recentemente os antibiticos vem sendo adicionado aos meios, tornando-os seletivos para os microrganismos resistentes estes agentes antimicrobianos

Meios Diferenciais

servem para diferenciar os vrios tipos de microrganismos em uma placa com gar. P.ex. : se uma amostra de secreo da garganta semeada numa placa de gar sangue, pode-se diferenciar as batrias hemolticas (produzem enzimas que lisam as clulas vermelhas formando uma zona clara ao redor da colnia) das no hemolticas (que no dissolvem as clulas vermelhas, e portanto no formam este halo ao redor das colnias)

Meios Seletivos/Diferenciais

agem tanto como seletivos como diferenciais, so particularmente teis em microbiologia de sade pblica, como na determinao da qualidade da gua ou na identificao de causas de infeco alimentar

gar MacConkey - contm sais biliares e corante cristal violeta, os quais inibem o crescimento de Gram+ e permitem o desenvolvimento de Gram-negativas, e ainda a lactose, que distingue as Gram + (produtoras de cido a partir do acar tornando-as vermelhas) das Gram-negativas (no produtoras de cido)

Meios de Enriquecimento

utilizados para selecionar microrganismo que est presente em determinado local, em pequenas quantidades com relao populao. O meio favorece o crescimento da espcie desejada, mas no o crescimento das outras espcies presentes em uma populao mista

ao contrrio do meio seletivo, nenhum agente inibido utilizado para prevenir o crescimento de microrganismos indesejveis

um exemplo so as bactrias que oxidam o fenol - que podem ser isoladas de amostras do solo, utilizando um meio de enriquecimento, constituido de sais de amnia, e fenol como nica fonte de carbono e energia - assim somente os microrganismos capazes de oxidar o fenol estaro presente em grande nmero depois de vrios cultivos seletivos

Meios de Estocagem

utilizado para a manuteno da viabilidade e das caractersticas fisiolgicas de uma cultura, a qual pode exigir um meio diferente daquele timo para o seu crescimento - o desenvolvimento rpido e luxuriante pode estar associado com a rpida morte celular. Assim p.ex., a glicose, que favorece com frequncia o crescimento, tambm desenvolve maior quantidade de cidos no meio, sendo prefervel omitir a glicose na preparao de um meio de estocagem.

CAPTULO 5: Cultivo e Crescimento dos Microrganismos

Crescimento - o aumento ordenado de todos os componentes de um organismo. Morte - a perda irreversvel da capacidade de reproduo, crescimento e diviso, por parte de um organismo ou de uma clula

Condies Fsicas para o cultivo dos Microrganismos

A temperatura, os gases do meio, e o pH so os principais fatores fsicos, que juntos criam condies timas para o crescimento celular

1. Temperatura :

De grande influncia no cresciemnto dos microrganismos - todos os processo de crescimento so dependentes de reaes qumicas, as quais so afetadas pela temperatura

A temperatura na qual uma espcie de microrganismo cresce mais rapidamente a temperatura tima de crescimento - em temperaturas mais favorveis para o crescimento, o nmero de divises celulares por hora, chamada de taxa de crescimento, dobra para cada aumento de temperatura de 10 oC

Para qualquer microrganismo particular h 3 temperaturas importantes a conhecer : mnima, tima e mxima (nesta ltima as enzimas so danificadas pelo calor e a clula para de crescer)

Os microrganismos podem ser divididos em 3 grupos de acordo com a variao de temperatura na qual crescem melhor :

Psicrfilos - crescem em baixas temperaturas (15 - 20 oC)

alguns morrem se expostos temperatura ambiente (25 oC). A temperaturas muito alta certas enzimas e a membrana citoplasmtica podem ser danificadas

existem bactrias, fungos, algas e protozorios que so psicrfilos. Em temperaturas de 4-10 oC os microrganismos psicrfilos deterioram alimentos estocados por longo perodos

so encontrados principalmente em guas frias e solos, tais como os oceanos e regies polares. Alguns gneros so : Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligens.

Mesfilos - crescem em temperaturas moderadas (25 - 40 oC)

a maioria dos microrganismos pertencem a este grupo. As bactrias saprfitas, os fungos, as algas e os protozorios crescem no limite mnimo da variao de temperaturas mesfilas (25 oC), e os parasitrios de humanos e animais no limite mximo dessa variao (40 oC)

Termfilos - crescem a altas temperaturas (40 - 85 oC)

podem ser encontrados em reas vulcnicas, em misturas de fertilizantes e em nascentes quentes

a maioria so procaritos, nenhuma clula eucaritica cresce em uma temperatura superior a 60 oC - a perda de funo da membrana citoplasmtica a baixa temperatura pode ser o que determina a temperatura de crescimento mnima dos termfilos

2. Atmosfera Gasosa

Os microrganismos no seu habitat natural necessitam de quantidades variadas de gases tais como : O2, CO2, N2, CH3 .

Alguns gases so utlizados no metabolismo celular; outros podem ter sido excludos de uma cultura por serem txicos s clulas. O O2 e CO2, so os dois gases principais que afetam o crescimento de clulas microbianas

De acordo com a resposta ao O2 os microrganimismos so divididos em 4 grupos :

Aerbios - requerem oxignio para o crescimento (padro: 21% de O2)

alguns aerbios podem crescer mais lentamente quando o O2 limitado. Se os microrganismos crescem em meio lquido podem rapidamente utilizar o O2 dissolvido na camada superficial do meio. Para evitar este problema, as culturas lquidas de microrganismos aerbios so algumas vezes agitadas (shaker) para aumentar o suprimento de O2 dissolvido e produzir um estoque celular maior num tempo de incubao menor

existem alguns grupos de microrganismos que requerem nveis elevados de CO2 - Neisseria gonorrhoea - 5 a 10% de CO2. Neste caso pode-se colocar a placa com meio semeado com o microrganismos dentro de uma jarra hermeticamente fechada, contendo uma vela acessa, a qual queimar enquanto tiver O2 suficiente para manter esta combusto (C + O2 --- CO2), assim a atmosfera dentro da jarra vai conter uma quantidade de O2 reduzida e uma concentrao de CO2 aumentada.

Facultativos - crescem na presena de O2 ou podem tambm crescer em anaerobiose

quando em condies de anaerobiose, obtm energia pelo processo metablico chamado fermentao. Ex. genros da famlia bacteriana Enterobacteriacea (Escherichia coli), leveduras (Saccharomyces cerevisae)

Anaerbios - aqueles que podem ser mortos pelo oxignio

no utilizam o O2 para reaes de produo de energia alguns at toleram baixas concentraes de oxignio :

o Clostridium perfringens - altamente tolerantes ao O2 o Clostridium tetani - moderadamente tolerantes ao O2 o Methanobacterium - anaerbios estritos

a toxicidade do oxignio para os anaerbios : o O2 + e- ---- O2 - (radical superxido) : podem causar danos s clulas (1) o 2O2 - + 2H+ ---- O2 + H2O2 (perxido de hidrognio) : podem destruir os

componentes vitais da clula (2) o O2 - + H2 O ---- O2 + OH-2 + OH (hidroxila) : pode danificar quase todo tipo de

molcula encontrada em uma clula viva, inclusive o DNA (3)

Os microrganismos aerbios e facultativos, que crescem em aerobiose, e at alguns microrganismos anaerbios, desenvolveram vrios mecanismos protetores contra estas formas txicas de O2 :

(1) produo da enzima superxido dismutase - que elimina os radicais superxidos convertendo-os rapidamente em perxido de hidrognio

(2) metabolizao do perxido de hidrognio por mais duas enzimas - catalase, que converte o H2O2 em O2 e H2O; e a peroxidase que converte o H2O2 em H2O. Assim a reao (3) no mais ocorre e os radicais OH no mais so formados

Cultivo de bactrias anarobias :

(1) uma incubadora - cmara de anaerobiose

(2) jarra de anaerobiose - este sistema inadequado para o cultivo de anaerbios estritos

Depois que a jarra fechada o O2 presente removido em horas pela reao catalisada pelo pldio :

O2 + 2H2 paldio 2H2O

Microaerfilos - podem utilizar oxignio nas reaes qumicas para a produo de energia (1 a 15% de O2)

no suportam nveis de O2 de 21% presentes na atmosfera, como requerem os aerbios, mais podem utilizar o O2 em nveis mais baixos

a tolerana moderada ao oxignio deve-se alta susceptibilade aos radicais perxidos e o perxido de hidrognio que so formados nas culturas incubadas sob condies de anaerobiose. Exemplo : Campylobacter jejuni (provoca diarria em humanos)

3. pH - Potencial Hidrogeninico

pH = - log {H+}. Quanto > {H+}, < pH, e mais cido

o pH timo normalmente bem definido para cada espcie. Encontra-se no valor mediano de variao de pH sobre o qual o crescimento acontece, diferentemente da tempertura tima

para o melhor crescimento do microrganismo num meio cido ou bsico, ele deve ser capaz de manter o seu pH intracelular em torno de 7.5, no importando qual o valor do pH externo. A maneira de obter o pH da clula viva nessa faixa, expulsando ou absorvendo ons hidrognio (at um certo limite)

as variaes de pH podem ser mortal ao cultivo de microrganismo, isto pode ser prevenido pela adio de um tampo ao meio

pH de alguns ambientes : o guas de escoamento de solos vulcnicos e de minas : pH = 1 a 3 o guas de nascentes : pH = 10 o solos ricos em amnia : pH = 11 o oceanos : pH = 8; guas polares : pH = 6

Microrganismos pH timo bactrias 4 a 9 fungos 5 a 6

protozorios 6.7 e 7.7 algas 4 a 8.5

4. Outras condies

os microrganismos podem apresentar outras necessidades como : a luz, para os organismos fotossintticos. Alm da funo ligada ao metabolismo celular e aos nutrientes, a gua influencia o crescimento por meio da presso osmtica e da presso hidrosttica

Presso Osmtica - fora com a qual a gua se move atravs da membrana citoplasmtica de uma soluo contendo uma baixa concentrao de solutos para uma contendo alta concentrao de soluto. As clulas podem estar em um meio:

(a) Isotnico - onde a concentrao de solutos em um meio igual quela no interior da clula. No h movimento de gua para dentro e para fora da clula

(b) Hipertnico - onde a concentrao de solutos fora da clula maior que no interior. A gua flui para fora da clula resultando na desidratao e contrao do protoplasto

(c) Hipotnico - a concentrao de soluto no interior da clula maior que fora dela. A gua flui para dentro da clula, o influxo da gua fora o protoplasto contra a parede celular. Se a parede for fraca, pode romper-se; o protoplasto pode inchar, e eventualmente rompe

Presso Hidrosttica - a presso exercida pelo peso da gua que permanece na superfcie dela. Os microrganismos dependente de presso so chamados barfilos, estes microrganismos morrem um meio com baixa presso hidrosttica pois contm vesculas de gs que se expandem com grande fora na descompresso e rompem as clulas

Reproduo e Crescimento dos Microrganismos

O crescimento em uma cultura microbiana normalmente significa um crescimento no nmero total de clulas devido reproduo dos organismos individuais na cultura

Dois fenmenos ocorrem : (1) o crescimento, ou reproduo das clulas individualmente; (2) crescimento ou aumento na populao de uma cultura microbiana

Reproduo em Microrganismos Eucariticos

Na natureza a reproduo ocorre de duas maneiras :

(1) Reproduo Assexuada - basicamente resulta em novas clulas idnticas s originais

(2) Reproduo Sexuada - permite a troca de material gentico e assim a gerao de um novo ser

1. Reproduo Assexuada

apesar de no implicar em variao gentica mais eficiente que a reproduo sexuada em propagar as espcies. Neste tipo de reproduo os novos indivduos so produzidos por: (1) um organismo parental ou; (2) uma clula (organismos unicelulares)

a reproduo assexuada nos organismos eucaritos mais complexa que nos procaritos, onde uma nica clula parental simplesmente se divide em duas clulas-filhas idnticas. Nos eucaritos deve ser precedida de MITOSE - uma forma de diviso nuclear na qual todos os cromossomos da clula so duplicados e os dois novos conjuntos se separam para formar os ncleos filhos idnticos. A clula ento se divide em 2 clulas-filhas, cada uma recebendo um ncleo

Etapas da Mitose em detalhe :

(1) assim que as clulas entram em PRFASE os cromossomos condensa-se em estruturas em forma de fitas e tornam-se visveis ao microscpico

(2) os cromossomos so duplicados, dispondo-se lado a lado, unidos no centro pelo centrmero (um anel de protenas), ao mesmo tempo, os centrolos (cilndricos de microtbulos protecos) migram para lados opostos da clula

(3) a medida que os centrolos se separam um fuso mittico comea a se formar entre eles. No FINAL DA PRFASE os centrolos se movem para os plos opostos da clula com o fuso entre eles. Durante esta fase, a membrana nuclear comea a desintegrar-se

(4) a membrana nuclear desaparece, e os cromossomos parecem estar acoplados pelos seus centrmeros s fibras do fuso. O centrmero de cada cromossomo se divide e os dois cromossomos-filhos em cada conjunto se separam completamente

(5) este o estgio mais curto da MITOSE, onde os cromossomos-filhos se move para um dos lados da clula utilizando as fibras do fuso como guia

(6) marcada pela chegada dos dois conjuntos de cromossomos em um dos plos do fuso. Uma membrana nuclear forma-se ao redor do agrupamento dos cromossomos em cada plo e o cromossomo se alonga em fitas de cromatina tpica da INTERFASE (fase em que as clulas se apresentam em estgio de repouso)

(7) todas as clulas derivadas da MITOSE de um organismo eucarito tem ento o mesmo nmero de cromossomos e o mesmo tipo de genes das clulas parentais

2. Reproduo Sexuada

fuso de duas clulas sexuais diferentes (gametas) que so procedentes de dois pais de sexos diferentes ou tipo de relao sexuada

a fuso de gametas denominada fertilizao e a clula resultante, de zigoto na reproduo sexual tem-se :

(1) fuso de dois ncleos haplides

(2) formao de um zigoto (diplide)

(3) MEIOSE, resultando novamente em clulas haplides

(4) a fuso das clulas haplides completando o ciclo

O ciclo celular dos eucaritos

o todas as clulas eucariticas perfazem um ciclo celular semelhante, com exceo dos gametas.

o a duraco do ciclo celular varia de um tipo de clula para outra. o as fases do ciclo pode ser resumida :

G1 - fase de crescimento - a clula cresce e sintetiza protenas

S - fase de sntese de DNA - a clula continua a crescer e a sntese de DNA ocorre no ncleo at que a quantidade de DNA seja duplicada

G2 - fase de crescimento - o crescimento celular atinge o seu mximo

M - mitose - a sntese de macromolculas quase cessa e o ncleo sofre mitose

Reproduo em Microrganismos Procariticas

A maioria das bactrias se multiplicam pelo processo de reproduo assexuada - FISSO BINRIA TRANSVERSA - onde as clulas dividem-se individualmente em 2 clulas-filhas de tamanho aproximadamente igual

Alguns procariotos reproduzem-se assexuadamente por outros modelos de diviso celular :

(1) Brotamento - ex. Rhodopseudomonas acidophila

(2) Fragmentao - ex. Nocardia

(3) Formao de Exospros - ex. Streptomyces

Crescimento de uma cultura bacteriana

durante o crescimento ativo de uma cultura microbiana as populaes de clulas crescem exponencialmente, aumentando por meio de uma progresso geomtrica (2n)

o intervalo de tempo requerido para que cada microrganismo se divida conhecido como TEMPO DE GERAO, os quais so fortemente influenciados no somente pela composio nutricional do meio mais tambm pelas condies fsicas de incubao

tempo de gerao: g = t/n ; t = intervalo de tempo particular, n = nmero de geraes

taxa de crescimento: R = n/t

Exemplos :

Escherichia coli: tg = 12.5 min; Mycobacterium tuberculosis: tg = 13 a 15 h

Curva de crescimento bacteriana tpica

Fase de crescimento

Taxa de crescimento Caractersticas

(a) - Lag zero nenhum aumento no nmero de clulas, aumentam de tamanho, so sintetizadas novas enzimas para as clulas se adaptarem ao novo meio

(b) - Exponencial ou Log

mxima ou constante

condies de crescimento balanceado; as clulas so uniformes em termos de composio qumica e atividade metablicas e fisiolgicas. Pico da atividade e eficincia fisiolgica

(c) - Estacionria zero

acmulo de produtos metablicos txicos e/ou exausto de nutrientes. Algumas clulas morrem, outras crescem e se dividem. O nmero de clulas viveis diminue

(d) - Morte negativa

acmulo adicional de produtos metablicos inibitrios. A taxa de morte acelerada; o nmero de clulas diminue de modo exponencial. Tipicamente todas as clulas morre em dias ou meses

Medida de crescimento da populao

os microbiologistas utilizam uma variedade de tcnicas para quantificar o crescimento microbiano. Os mais comuns so :

(1) Contagem Microscpica - muito comum, aplicada para quantificar clulas em vacinas, leite e culturas, e expresso em nmero de clulas/ml

(2) Contagem Celular Eletrnica - muito comum, aplicada para quantificar clulas em vacinas, leite e culturas, e expresso em nmero de clulas/ml

(3) Contagem em Placa - muito comum, aplicada para quantificar clulas em vacinas, de leite, culturas, solos e alimentos, expresso em UFC/ml (unidade formadora de colnia)

(4) Membrana Filtrante - aplicada para quantificar clulas em vacinas, de leite, culturas, solos e alimentos, expresso em UFC/ml (unidade formadora de colnia)

(5) Turbidez - aplicado para ensaio microbiolgico, estimativa de unidades de absorbncia da massa de clulas em caldo ou outras suspenses

(6) Contedo de Nitrognio - muito comum, aplicado para a medida indireta da massa celular, expresso em mg de N/ml

(7) Peso Seco - muito comum, aplicado para a medida indireta da massa celular, expresso em mg de N/ml

(8) Produtos Metablicos - aplicados a ensaios microbiolgicos e medidas indiretas da atividade metablica (crescimento), expressa em quantidade do produto/ml

Cultura Contnua

usadas para simular o habitat natural de uma espcie microbiana para estudar sua estabilidade gentica em relao ao tempo

nas indstrias, manter as clulas em fase de crescimento logartmico ativo cessar o volume mximo de produtos desejados. Estes sistemas abertos ou CULTURAS CONTNUAS podem ser obtidos assim :

o quimiostato um aparelho amplamente usado para o crescimento contnuo dos microrganismos

Culturas Sincrnicas

as clulas se dividem todas ao mesmo tempo, mais pode se conseguir isto (por um determinado perodo), por exemplo semeando uma cultura em uma temperatura

razovel para seu crescimento, mantendo-a nessa temperatura, onde elas metabolizaro lentamente, mas no se dividiro. Quando a temperatura rapidamente aumentada para a de crescimento timo da clula, estas sofrero divises sincronizadas (ao mesmo tempo)

as culturas sincrnicas permitem aos pesquisadores estudar o cresciemnto microbiano, a organizao e a morfognese durante estgios particulares do ciclo de diviso celular

na verdade no prtico analisar uma nica clula microbiana, por causa do seu tamanho diminuto. Entretanto, se todos as clulas em uma cultura esto no mesmo estgio de cresciemtno a informao que se pode extrair de toda a populao de clulas pode ser extrapolada para fornecer informaes aplicveis a uma nica clula

CAPTULO 6: Controle dos Microrganismos

Controlar - destruir, inibir ou remover. Vrios sao os agentes fsicos e qumicos que podem ser utilizados para manter os microrganismos em nveis aceitveis

processos usados : aquecimento, baixas temperaturas, radiao, filtrao e dessecao. O mtodo de escolha depende do tipo de material que contm o microrganismo : (1) meio de cultura; (2) produtos farmacuticos; (3) superfcie de instrumentos cirrgicos; (4) sala de cirurgia de um hospital; (5) alimento de consumo humano

substncias qumicas que matam os microrganismos, ou previnem o seu crescimento so chamados de agentes ANTIMICROBIANOS (antibacterianos, antivrus, antifngicos, antiprotozorios)

Antimicrobianos :

que matam os microrganismos - MICROBICIDA (bactericida, fungicida, viricida)

Esterilizao - destruio de todos os microrganismos presentes em um material, incluindo esporos

que apenas inibem o crescimento dos microrganismos - MICROBIOSTTICOS (fungisttico ou bacteriosttico)

aspectos fundamentais que se deve aplicar aos agentes fsicos e qumicos :

1. Padro de morte em uma populao microbiana

o critrio de morte de um microrganismo em Microbiologia baseado em uma nica propriedade : a capacidade de se reproduzir. Assim a morte de um microrganismo definida como a perda da capacidade de reproduo

a avaliao da eficincia de um agente microbicida pode ser testada cultivando uma amostra do material tratado para determinar o nmero de sobreviventes

2. Condies que influenciam a atividade antimicrobiana

tamanho da populao microbiana - quanto maior mais tempo para morrer concentrao do agente microbicida - quanto menor a concentrao mais tempo leva

para destruir tempo de exposio ao agente microbicida - quanto maior o tempo de exposio maior

ser o nmero de clulas mortas temperatura em que so expostos ao agente microbicida - quanto mais alta a

temperatura mais rapidamente a populao morta

natureza do material que contm os microrganismos - tempo de exposio menor - meio fluido e pH 5.0

caractersticas dos microrganismos que esto presentes

3. Mecanismo de destruio das clulas microbianas

conhecendo o mecanismo de ao de um dado composto possvel predeterminar as condies sob as quais atuar mais eficientemente, alm de tambm revelar que espcies de microrganismos sero mais susceptveis quele agente

os possveis mecanismos esto associados com os principais aspectos estruturais : alterao do estado fsico do citoplasma, inativao de enzimas, ou rompimento da membrana ou parede celular - podem levar morte da clula

Agentes Fsicos

Altas Temperaturas : calor mido, calor seco, incinerao

1. Calor mido

mais eficiente que o calor seco para destruir os microrganismos - leva menos tempo e a temperaturas menores

causa desnaturao e coagulao das protenas vitais, as enzimas, enquanto o calor seco causa oxidao dos constituintes orgnicos da clula (queima lentamente)

os endosposporos bacterianos so as formas mais resistentes de vida

clulas vegetativas de bactrias - mortas de 5-10 min a 60-70 oC

clulas vegetativas de fungos - mortas de 5-10 min a 50-60 oC

esporos de fungos - mortas de 5-10 min a 70-80 oC

o calor mido utilizado para matar os microrganismos pode ser na forma de : vapor, gua fervente, gua aquecida a temperaturas abaixo do seu ponto de ebulio (100 oC)

(a) Vapor d'gua

o vapor d'gua sob presso a mais prtica e segura aplicao do calor mido. O aparelho destinado a este fim a AUTOCLAVE, desenvolvida no sculo XIX

1 - vazo; 2 - cano de sada; 3 - sada; 4 - cmara de exausto; 5 - vapor para a cmara; 6 - vlvula de segurana; 7 - manmetro; 8 - vlvula operadora; 9 - porta; 10 - maaneta; 11 - fecho de segurana; 12 - tela removvel; 13 - termmetro; 14 - regulador de presso; 15 - injetor de ar de condensao automtica; 16 - revestimento de vapor; 17 - vapor; 18 - ar.

Procedimento do funcionamento da autoclave :

1. a cmara de parede dupla da autoclave primeiramente lavada com vapor fluente para remover todo o ar

2. ento preenchida com vapor puro e mantida a uma determinada temperatura e presso por um perodo especfico de tempo. essencial que todo o ar residual inicialmente presente na cmara seja completamente substitudo por vapor d'gua - se o ar estiver presente reduzir a temperatura interna da autoclave , e a temperatura e no a presso no interior da cmara que mata os microrganismos

3. uma autoclave usualmente operada uma presso de 15 lb/pol2, na qual a temperatura de vapor de 121 oC. Leva mais tempo para um calor penetrar em um material viscoso ou slido do que em um matterial fluido. Quanto maior o volume mais tempo para o calor penetrar

Recipiente Tempo de exposio (min, a 121 - 123 oC) Tubos de ensaios 18 x 150 mm

32 x 200 mm

38 x 200 mm

12 - 14

13 - 17

15 - 20 Frascos Erlenmeyer 50 ml

500 ml

1.000 ml

2.000 ml

12 - 14

17 - 22

20 - 25

30 - 35 Garrafas de diluio, 100 ml 13 - 17 Frascos de soro, 9.000 ml 50 - 55

(b) gua Fervente

gua levada ao ponto de ebulio : 100 oC mata microrganismos vegetativos presente no lquido os materiais ou objetos contaminados no so esterilizados com seguraa pos alguns

endosporos bacterianos podem resistir a 100 oC por mais de 1 hora gua em ebulio no considerado um mtodo de esterilizao

(c) Temperaturas abaixo do seu ponto de ebulio (100 oC) - Pasteurizao

aquecimento lento a baixas temperaturas mata as clulas vegetativas de patgenos, mais no esteriliza

2. Calor Seco

calor seco ou ar quente em temperaturas suficientemente altas levam os microrganismos morte. Leva mais tempo que o calor mido

h materiais que no podem ser esterilizados por calor mido, neste caso o calor seco o preferido

3. Incinerao

uma prtica de rotina : ala ou agulhas de semeaduras bacteriolgicas no bico de Bunsen

Baixas Temperaturas

temperaturas abaixo de 0 oC inibiro o metabolismo dos microrganismos em geral. No mata, preserva-os como forma de latncia

Ex. freezer domstico: - 20 oC; freezer: - 70 oC; nitrognio lquido: -196 oC

Radiaes

energia na forma de ondas eletromagnticas transmitidas atravs do espao ou atravs de um material

as radiaes magnticas so classificadas de acordo com seus comprimentos de onda : Quanto maior, menos energia (contedo energtico)

radiaes de alta energia (comprimento de onda baixo) podem matar as clulas, inclusive microrganismos - raios X, gama e luz UV

Formas de Radiaes :

1. Radiao Ionizante

as radiaes de alta energia tem energia suficiente para causar ionizao das molculas - rompendo as molculas em tomos ou grupo de tomos (H2O ---- H+ + OH-) - e os radicais hidroxilas por exemplo so altamente reativos e destroem compostos celulares como o DNA e protenas

exemplos: raios X e raios gama. Alm de microbicidas os raios de alta energia so capazes de penetrar em pacotes de produtos e esterilizar seus interiores

so mais utilizados para esterilizar alimentos e equipamentos mdicos

2. Radiao No-Ionizante

a radiao UV tem um comprimento de onda entre 136 a 400 nm, que ao invs de ionizar uma molcula excita os eltrons - resultando em uma molcula que reage diferente das molculas no-irradiadas. O DNA sofre a maior avaria

a maior atividade bactericida ocorre no comprimento de onda prximo de 260 nm (mais fortemente absorvido pelo DNA)

lmpadas especiais que emitem luz UV com comprimento de onda microbicida so utilizadas para matar microrganismos - apenas os microrganismos da superfcie de um objeto so mortos

Filtraes

as membranas filtrantes so teis para esterilizao, e separao de diferentes tipos de microrganismos e para coletar amostras microbianas

tamanho dos poros que retem ou no os microrganismos :

bactrias - 0.5 a 1.0 m (geral)

leveduras - 1.0-5.0 m x 5-30 m

alguns tamanhos de poros comerciais : 0.25 m ; 0.45 m ; 0.5 m ; 1 m

Dessecao

clulas microbianas vegetativas quando dessecadas interrompem suas atividades metablicas, levando a um declnio na populao total vivel

no processo chamado liofilizao os microrganismos so submetidos desidratao extrema em temperaturas de congelamento mantidas em ampolas fechadas vcuo

Agentes Qumicos

Aplicao dos compostos qumicos

reduo do nmero de microrganismos na superfcie de material inanimado (assoalhos, mesas, e utensilios domsticos)

em leses de pele para prevenir a infeco eliminao de microrganismos patognicos da gua potvel e de piscinas

No existe um nico composto qumico que seja ideal para todos os propsitos. Assim importante conhecer algumas propriedades para que se possa escolher o mais adequado:

1. as vantagens que o agente apresenta quando utilizados em determinadas situaes 2. as principais categorias de agentes qumicos antimicrobianos 3. algumas de suas caractersticas e suas utilizaes prticas 4. e como atuam nos microrganismos

Definio de Trmos

Esterilizante - um composto qumico que realiza uma esterilizao. Estril um termo absoluto, ou seja, um material est estril ou no. No pode ser "parcialmente estril" ou "quase estril"

Desinfetante - uma substncia qumica que mata as formas vegetativas de microrganismos patognicos, mais no necessariamente suas formas esporuladas. Refere-se normalmente a substncias utilizadas em objetos inanimados

Germicida - sinnimo do desinfetante; entretanto os microrganismos mortos por um germicida no so necessariamente patgenos. So usados mais termos especficos como fungicida, bactericida, etc

Anti-sptico - um composto qumico usualmente aplicado na superfcie do corpo humano para prevenir a multiplicao dos microrganismos. Mata os microrganismos, ou inibe seu crescimento e sua atividade metablica

Saneador - agente que mata 99,9% dos microrganismos contaminantes de uma rea. So normalmente aplicados em objetos inanimados (copos, talheres, pratos e utenslios em restaurantes), e tambm na limpeza de equipamentos de laticneos e industrias de alimentos

As normas de sade pblica determinam que em certos lugares, a populao microbiana no deve exceder um nmero especfico. em atendimento a estas determinaes utiliza-se um SANEADOR

Caractersticas de um agente qumico ideal

1. Atividade antimicrobiana - a capacidade de uma substncia de inibir ou preferencialmente matar os microrganismos - Esta sempre a primeira exigncia

2. Solubilidade - a substncia deve ser solvel em gua ou outros solventes (lcool) em quantidades necessria ao seu uso efetivo

3. Estabilidade - o armazenamento da substncia durante um perodo razovel no deve resultar em uma perda significativa de ao antimicrobiana

4. Ausncia de toxicidade - no deve prejudicar o homem ou os animais 5. Homogeneidade - as preparaes devem ser uniformes em sua composio (os

componentes ativos devem estar presentes em cada aplicao) 6. Inativao mnima por material estranho - alguns compostos qumicos antimicrobianos

combinam facilmente com protenas, diminuindo a quantidade de substncia qumica disponvel para agir contra os microrganismos

7. Atividade em temperatura ambiente ou corporal - no deve ser necessrio aumentar a temperatura alm daquela normal encontrada no ambiente, onde os compostos qumicos so utilizados

8. Poder de penetrao - a ao antimicrobiana limitada ao local de aplicao, entretanto a ao na superfcie algumas vezes necessrias

9. Ausncia de poderes corrosivos e tintoriais - os componentes no devem corroer ou desfigurar metais nem corar ou danificar os tecidos

10. Poder desodorizante - o desinfetante ideal deve ser inodoro ou apresentar um odor agradvel

11. Capacidade detergente - um agente antimicrobiano que tem propriedades detergente tem a vantagem de ser capaz de remover mecanicamente os microrganismos da superfcie que esta sendo tratada

12. Disponibilidade a baixo custo - o produto deve ser facilmente encontrado e de baixo custo

Principais Grupos de Desinfetantes e Anti-spticos :

1. Fenol e Compostos Fenlicos:

soluo de fenol 5% mata rapidamente as formas vegetativas dos microrganismos, porm os esporos so muito mais resistentes

o fenol por ser txico e apresentar odor desagradvel no muito utilizado como desinfetante ou anti-sptico. Tem sido substituido por vrios derivados qumicos, os quais so menos txicos para os tecidos e mais ativos para os microrganismos. Exemplos : lysol - desinfetante produzido a partir de uma soluo de sabo contendo o-fenilfenol, o-benzil-p-clorofenol e xilenol, usado para desinfetar objetos inanimados (assoalhos, paredes e superfcies de mesa, termmetro retal); hexaclorofeno - atua como um bacteriosttico em bactrias Gram +, particularmente em estafilococos

mecanismo de ao : fenol e derivados, alteram a permeabilidade seletiva da membrana, desnaturam e inativam protenas como enzimas, causando uma perda de substncias intracelulares (lisam as clulas). Dependendo da concentrao utilizada podem ser bacteriosttico ou bactericida

2. lcoois

em concentrao entre 70 e 90 % as solues de etanol so eficientes contra as formas vegetativas dos microrganismos

no utilizado para esterilizar um objeto porque no mata os endosporos bacterianos (Bacillus anthracis pode sobreviver no lcool por 20 anos)

o metanol no utilizado como agente bactericida - altamente txico. Quanto maior for a cadeia de carbono do lcool maior suas propriedades bactericida, porm os lcoois maiores como o proplico e isoproplico j no so mais solveis em gua

os lcoois proplicos e isoproplicos 40 a 80% so bactericidas para clulas vegetativas. O lcool etlico 70% e o lcool isoproplico 90% (mais eficiente contra vrus) so utilizados como anti-spticos de pele e como desinfetantes de termmetro clnicos de uso oral, e de certos instrumentos cirrgicos

Mecanismo de ao : capazes de desnaturar protenas; como so solventes de lipdeos, lesam as estruturas lipdicas da membrana das clulas microbianas

3. Halognios

iodo cloro e bromo - fortes agentes oxidantes e altamente reativos - destruindo os componentes vitais da clula microbiana

(1) Iodo e compostos Iodados :

o iodo puro um elemento cristalino preto azulado com brilho metlico, pouco solvel em gua mais altamente solvel em lcool e iodeto de potssio ou sdio

tradicionalmente usado como agente anti-sptico. um agente microbicida de alta eficincia contra todos as espcies bacterianas. tambm esporicida, fungicida, virucida e amebicida

usados principalmente para assepsia da pele. Tambm desinfecta pequenas quantidades de gua; na sanitificao de utenslios de alimentao; desinfecta o ar (vapores de iodo)

mecanismos de ao : destruio de compostos metablitos essenciais dos microrganismos por meio de oxidao. Ex. inativao do aminocido tirosina

(2) Cloro e Compostos Clorados

o cloro na forma gasosa (Cl2) ou em combinaes qumicas representa um dos desinfetantes mais largamente utilizados

o gs comprimido em forma lquida a escolha universal para a purificao de guas de abastecimento, pblica, piscinas e estaes de tratamento de gua e esgoto.

pelo fato da dficil manipulao do cloro gasoso, se utiliza muito os compostos inorgnicos clorados, como os hipocloritos e cloraminas, esta ltima mais estvel, mais o cloro liberado num perodo maior que nos hipocloritos

para ser efetivo a concentrao do cloro deve atingir 0.5 a 1.0 ppm. Uma soluo de hipoclorito 1% usada como desinfetante domstico; de 5 a 12% como alvejantes e desinfetantes domsticos e como sanitificantes em instalaes de laticneos e indstrias de alimentos

mecanismo de ao :

Cl2 + H2O ------- HCl + HClO

HClO ------- HCl + O (poderoso agente oxidante que pode destruir subst. celulares)

*o cloro pode tambm combinar diretamente com as protenas celulares e destruir suas atividades biolgicas

4. Metais Pesados e seus Compostos - Hg, Pb, Zn, Ag, Cu

antigamente a gua era armazenada em recipientes de prata (Ag) e cobre (Cu) pois as pessoas notavam que ali a gua de beber era conservada

o HgCl2 era amplamente usado. Hoje tem sido substitudo por outros agentes menos txico e e menos corrosivos

*ao oligodinmica - a capacidade de quantidade extremamente pequenas de certos metais, particularmente a prata de exercer efeito letal sobre as bactrias - acredita-se que a atividade desses ons metlicos se deve inativao de certas enzimas que se combinam com o metal

compostos contendo Hg orgnico possuem maior atividade antomicrobiana e menos toxicidade que os inorgnicos - mercuriocromo, mertiolate

o sulfato de cobre efetivo como um algicida em resduos abertos de gua e piscinas, tem tambm ao fungicida

mecanismo de ao : inativam as protenas celulares combinando-se com alguns componentes da protena

Detergentes ou Surfactantes

compostos que diminuem a tenso superficial, utilizados para a limpeza de superfcies a ao umectante deve-se ao fato de serem compostos anfipticos (possuem uma

parte polar e outra apolar), como por exemplo os sabes

Quimicamente os detergentes so classificados em :

1. Detergentes Aninicos - a propriedade detergente do composto reside na poro aninica. Ex. sabo - [C9H19COO]-Na+

2. Detergentes Catinicos - a propriedade detergente do composto reside na poro catinica. Ex. cloreto de cetilpiridnico - [Ar-N C16H33]+Cl-

3. Detergentes No-Inicos - no ionizam quando dossolvidos na gua. Ex. polissorbato 80; octoxinol. No so antimicrobianos

muitos detergentes antimicrobianos pertencem ao grupo catinico, dos quais os COMPOSTOS QUATERNRIOS DE AMNIO so mais largamente usados

Compostos Quaternrios de Amnio

Estrutura Geral

so bactericidas (Gram-positivas e Gram-negativas) mesmo em concentraes muito baixas

apresentam uma combinao de propriedades que fazem dele um excelente anti-sptico, desinfetante e sanificante :

1. baixa toxicidade 2. alta solubilidade em gua 3. alta estabilidade em soluo 4. no so corrosivos

largamente aplicados em assoalhos, paredes e outras superfcies em hospital, enfermarias e outros estabelecimentos pblicos. E tambm em equipamentos em instalaes de processamento de alimentos

mecanismo de ao : desnaturao de protenas das clulas, interferncias com os processos metablicos, e leso da membrana citoplasmtica

Alguns desinfetantes, antispticos e detergentes mais comumente usados

Agente Qumico

Concentrao (%) Aplicaes

Nvel de Atividade

Compostos Fenlicos 0.5 - 3.0

desinfeco de objeto inanimado intermedirio

lcoois 70 - 90 antisepsia da pele, desinfeco de instrumento cirrgico

intermedirio

Iodo 1 antisepsia da pele, pequenos cortes, desinfeco da gua intermedirio

Compostos Clorados 0.5 - 5.0

desinfeco de gua, superfcies no metlicas, equipamento de laticnios, materiais domsticos

baixo

Compostos Quaternrios 0.1 - 0.2

saneamento ambiental de superfcies e equipamentos baixo

Compostos Mercuricos 1

antisepsia da pele, desinfeco de instrumentos baixo

* alta - mata todas as formas de vida microbiana, inclusive os esporos bacterianos

intermedirio - mata o bacilo da tuberculose, fungos e vrus, mais no os esporos bacterianos

baixo - no mata esporos bacterianos, nem o bacilo da tuberculose ou os vrus em um tempo aceitvel

Avaliao do poder antimicrobiano dos desinfetantes e anti-spticos

o agente qumico testado contra um microrganismo especfico (organismo-teste) - usualmente Staphylococcus aureus representando os Gram + ou Salmonella representando as Gram -

os 3 procedimentos amplamente usados no laboratrio so : (1) tcnica de diluio em tubo; (2) tcnica de inoculao em placa; (3) tcnica de coeficiente fenlico

Esterilizantes Qumicos

so particularmente utilizados para a esterilizao de materiais medido sensveis ao calor. Os principais so :

1. xido de Etileno

lquidos a temperaturas abaixo de 10.8 oC, acima disso torna-se gs; seus vapores so altamente irritantes para os olhos e a mucosa . so inflamveis mesmo a baixa concentrao tem um grande poder de penetrao; atravessa e esteriliza o interior de grandes

pacotes com objetos, roupas e mesmo certos plsticos - as seringas descartveis p. ex.

apresenta a desvantagem de agir a baixa velocidade, necessitando de vrias horas de exposio para ser eficiente

utilizados rotineiramente para a esterilizao de materiais mdicos e laboratoriais. No programa espacial pelos cientistas americanos e russos para a descontaminao dos compostos das naves espaciais

mecanismos de ao : inativa as enzimas e outras protenas que tem tomos de hidrognio lbeis (grupos sulfidrilas

2. -Propiolactona

lquido incolor em temperatura ambiente; p.e = 155 oC; no inflamvel; e causa bolhas quando em contato com a pele e irritao nos olhos

bactericida, esporicida, fungicida e viricida no apresenta poder de penetrao, mais considerado mais ativo contra os

microrganismos que os xidos de etileno. Ex. necessrio 2 a 5 mg/l de -propiolactona para fins de esterilizao de material, contra 400 a 800 mg/l do xido de etileno

desvantagem: alm de seu baixo poder de penetrao provavelmente apresente propriedades carcinognica, o que torna seu uso como esterilizante restringido

3. Glutaraldedo

lquido oleoso, incolor; e 2% j tem um largo espectro de atividade antimicrobiana efeito contra vrus, clulas vegetativas e esporuladas de bactrias e fungos utilizado na medicina para esterilizar instrumentos urolgicos, equipamentos

respiratrios

4. Formaldedo

um gs que se mostra estvel somente em alta concentrao e temperatura extremamente txico e seus vapores intensamente irritantes mucosa em temperatura ambiente polimeriza-se formando uma substncia slida incolor

(paraformaldedo) que libera o formaldedo pelo aquecimento o formaldedo em soluo utilizado para desinfeco de certos instrumentos. Na

forma gasosa pode ser utilizado para desinfeco e esterilizao de reas fechadas mecanismo de ao : inativao de constituintes celulares (protenas e cidos

nuclecos)

Mecanismos de ao de vrios compostos qumicos antimicrobianos em clula bacteiana :

CAPTULO 7: Os Principais Grupos de Microrganismos

Eubactrias e Arqueobactrias

Caractersticas Morfolgicas da Bactrias

Embora existam milhares de espcies bacterianas diferentes, os organismos isolados apresentam uma das trs formas :

1. Elipsoidal ou Esfrica (COCOS) - apresentam tipos e arranjos diferentes:

diplococos - dois cocos estreptococos - vrios cocos arranjados em cadeias ttrades - cocos arranjados em 4 - quadrado estafilococos - cocos arranjados em cachos de uva sarcina - cocos arranjados em forma cbica

2. Cilndricas ou Bastonetes (BACILOS)

diplobacilos - ocorrem em pares estreptobacilos - ocorrem em cadeias

3. Espiraladas ou Elicoidais - o