Em formação

8.1: Como os micróbios crescem - Biologia


habilidades para desenvolver

  • Defina o tempo de geração para o crescimento com base na fissão binária
  • Identificar e descrever as atividades de microrganismos que passam por fases típicas de fissão binária (divisão celular simples) em uma curva de crescimento
  • Explique vários métodos de laboratório usados ​​para determinar contagens de células viáveis ​​e totais em populações em crescimento exponencial
  • Descreva exemplos de divisão celular que não envolve fissão binária, como brotamento ou fragmentação
  • Descreva a formação e as características dos biofilmes
  • Identifique os riscos à saúde associados aos biofilmes e como eles são tratados
  • Descreva o quorum sensing e seu papel na comunicação célula a célula e coordenação das atividades celulares

Clínico Caixa de foco: PARTE 1

Jeni, uma mulher grávida de 24 anos no segundo trimestre, visita uma clínica com queixas de febre alta, 38,9 ° C (102 ° F), fadiga e dores musculares - sinais e sintomas típicos de gripe. Jeni se exercita regularmente e segue uma dieta nutritiva com ênfase em alimentos orgânicos, incluindo leite cru que ela compra no mercado de um fazendeiro local. Todas as suas imunizações estão em dia. No entanto, o médico que atende Jeni está preocupado e pede que uma amostra de sangue seja enviada para teste no laboratório de microbiologia.

Exercício ( PageIndex {1} )

Por que o profissional de saúde está preocupado com os sinais e sintomas de Jeni?

O ciclo celular bacteriano envolve a formação de novas células por meio da replicação do DNA e da partição de componentes celulares em duas células-filhas. Em procariontes, a reprodução é sempre assexuada, embora ocorra uma extensa recombinação genética na forma de transferência horizontal de genes, como será explorado em outro capítulo. A maioria das bactérias tem um único cromossomo circular; no entanto, existem algumas exceções. Por exemplo, Borrelia burgdorferi, o agente causador da doença de Lyme, tem um cromossomo linear.

Fissão Binária

O mecanismo mais comum de replicação celular em bactérias é um processo denominado fissão binária, que é ilustrado na Figura ( PageIndex {1} ) :. Antes de se dividir, a célula cresce e aumenta seu número de componentes celulares. Em seguida, a replicação do DNA começa em um local no cromossomo circular denominado origem de replicação, onde o cromossomo está ligado à membrana celular interna. A replicação continua em direções opostas ao longo do cromossomo até que o término seja alcançado.

Figura ( PageIndex {1} ): (a) A micrografia eletrônica mostra duas células de Salmonella typhimurium após um evento de fissão binária. (b) A fissão binária em bactérias começa com a replicação do DNA à medida que a célula se alonga. Um septo de divisão se forma no centro da célula. Duas células-filhas de tamanho semelhante se formam e se separam, cada uma recebendo uma cópia do cromossomo original. (crédito a: modificação do trabalho pelos Centros de Controle e Prevenção de Doenças).

O centro da célula aumentada se contrai até que duas células-filhas sejam formadas, cada filho recebendo uma cópia completa do genoma parental e uma divisão do citoplasma (citocinese). Este processo de citocinese e divisão celular é dirigido por uma proteína chamada FtsZ. FtsZ monta em um anel Z na membrana citoplasmática (Figura ( PageIndex {2} )). O anel Z é ancorado por proteínas de ligação a FtsZ e define o plano de divisão entre as duas células filhas. Proteínas adicionais necessárias para a divisão celular são adicionadas ao anel Z para formar uma estrutura chamada divisomo. O divisomo é ativado para produzir uma parede celular de peptidoglicano e construir um septo que divide as duas células filhas. As células filhas são separadas pelo septo de divisão, onde todas as camadas externas das células (a parede celular e as membranas externas, se presentes) devem ser remodeladas para completar a divisão. Por exemplo, sabemos que enzimas específicas quebram ligações entre os monômeros em peptidoglicanos e permitem a adição de novas subunidades ao longo do septo de divisão.

Figura ( PageIndex {2} ): As proteínas FtsZ se reúnem para formar um anel Z que é ancorado à membrana plasmática. O anel Z aperta o envelope celular para separar o citoplasma das novas células.

Exercício ( PageIndex {2} )

Qual é o nome da proteína que se monta em um anel Z para iniciar a citocinese e a divisão celular?

Tempo de Geração

Em organismos eucarióticos, o tempo de geração é o tempo entre os mesmos pontos do ciclo de vida em duas gerações sucessivas. Por exemplo, o tempo de geração típico para a população humana é de 25 anos. Esta definição não é prática para bactérias, que podem se reproduzir rapidamente ou permanecer dormentes por milhares de anos. Em procariotos (Bactérias e Archaea), o tempo de geração também é chamado de tempo de duplicação e é definido como o tempo que leva para a população dobrar em uma rodada de fissão binária. Os tempos de duplicação bacteriana variam enormemente. Enquanto que Escherichia coli pode dobrar em apenas 20 minutos em condições ideais de crescimento no laboratório, bactérias da mesma espécie podem precisar de vários dias para dobrar em ambientes especialmente hostis. A maioria dos patógenos cresce rapidamente, como E. coli, mas há exceções. Por exemplo, Mycobacterium tuberculosis, o agente causador da tuberculose, tem um tempo de geração entre 15 e 20 horas. Por outro lado, M. leprae, que causa a hanseníase (lepra), cresce muito mais lentamente, com um tempo de duplicação de 14 dias.

CÁLCULO DO NÚMERO DE CÉLULAS

É possível prever o número de células em uma população quando elas se dividem por fissão binária a uma taxa constante. Como exemplo, considere o que acontece se uma única célula se dividir a cada 30 minutos por 24 horas. O diagrama na Figura ( PageIndex {3} ) mostra o aumento no número de células para as três primeiras gerações.

O número de células aumenta exponencialmente e pode ser expresso como 2n, Onde n é o número de gerações. Se as células se dividissem a cada 30 minutos, após 24 horas, 48 ​​divisões teriam ocorrido. Se aplicarmos a fórmula 2n, Onde n é igual a 48, a única célula daria origem a 248 ou 281.474.976.710.656 células em 48 gerações (24 horas). Ao lidar com números tão grandes, é mais prático usar notação científica. Portanto, expressamos o número de células como 2,8 × 1014 células.

Em nosso exemplo, usamos uma célula como o número inicial de células. Para qualquer número de células iniciais, a fórmula é adaptada da seguinte forma:

[N_n = N_02 ^ n ]

Nn é o número de células em qualquer geração n, N0 é o número inicial de células, e n é o número de gerações.

Figura ( PageIndex {3} ): A célula parental se divide e dá origem a duas células-filhas. Cada uma das células-filhas, por sua vez, se divide, dando um total de quatro células na segunda geração e oito células na terceira geração. Cada divisão dobra o número de células.

Exercício ( PageIndex {3} )

Com um tempo de duplicação de 30 minutos e um tamanho populacional inicial de 1 × 105 células, quantas células estarão presentes após 2 horas, supondo que não haja morte celular?

A Curva de Crescimento

Os microrganismos cultivados em cultura fechada (também conhecida como cultura em lote), na qual nenhum nutriente é adicionado e a maioria dos resíduos não é removida, seguem um padrão de crescimento reproduzível conhecido como curva de crescimento. Um exemplo de cultura em lote na natureza é um tanque no qual um pequeno número de células cresce em um ambiente fechado. A densidade da cultura é definida como o número de células por unidade de volume. Em um ambiente fechado, a densidade da cultura também é uma medida do número de células na população. As infecções do corpo nem sempre seguem a curva de crescimento, mas podem existir correlações dependendo do local e do tipo de infecção. Quando o número de células vivas é plotado em função do tempo, fases distintas podem ser observadas na curva (Figura ( PageIndex {4} )).

Figura ( PageIndex {4} ): A curva de crescimento de uma cultura bacteriana é representada pelo logaritmo do número de células vivas representadas em função do tempo. O gráfico pode ser dividido em quatro fases de acordo com a inclinação, cada uma delas correspondendo aos eventos na célula. As quatro fases são lag, log, estacionário e morte.

A Fase Lag

O início da curva de crescimento representa um pequeno número de células, referido como um inóculo, que são adicionadas a um meio de cultura fresco, um caldo nutricional que apoia o crescimento. A fase inicial da curva de crescimento é chamada de fase de latência, durante a qual as células se preparam para a próxima fase de crescimento. O número de células não muda durante a fase de latência; no entanto, as células crescem e são metabolicamente ativas, sintetizando proteínas necessárias para crescer no meio. Se alguma célula foi danificada ou recebeu choque durante a transferência para o novo meio, o reparo ocorre durante a fase de latência. A duração da fase de latência é determinada por muitos fatores, incluindo a espécie e a composição genética das células, a composição do meio e o tamanho do inóculo original.

A fase de registro

Na fase de crescimento logarítmico (log), às vezes chamada de fase de crescimento exponencial, as células estão se dividindo ativamente por fissão binária e seu número aumenta exponencialmente. Para qualquer espécie bacteriana, o tempo de geração sob condições específicas de crescimento (nutrientes, temperatura, pH e assim por diante) é determinado geneticamente e esse tempo de geração é chamado de taxa de crescimento intrínseca. Durante a fase de log, a relação entre o tempo e o número de células não é linear, mas exponencial; no entanto, a curva de crescimento é frequentemente traçada em um gráfico semilogarítmico, conforme mostrado na Figura ( PageIndex {5} ), que dá a aparência de uma relação linear.

Figura ( PageIndex {5} ): Ambos os gráficos ilustram o crescimento da população durante a fase logarítmica para uma amostra bacteriana com uma população inicial de uma célula e um tempo de duplicação de 1 hora. (a) Quando plotado em uma escala aritmética, a taxa de crescimento se assemelha a uma curva. (b) Quando plotado em uma escala semilogarítmica (significando que os valores no eixo y são logarítmicos), a taxa de crescimento parece linear.

As células na fase logarítmica apresentam taxa de crescimento constante e atividade metabólica uniforme. Por esse motivo, as células na fase logarítmica são utilizadas preferencialmente para aplicações industriais e trabalhos de pesquisa. A fase log também é o estágio em que as bactérias são mais suscetíveis à ação de desinfetantes e antibióticos comuns que afetam a síntese de proteínas, DNA e parede celular.

Fase Estacionária

À medida que o número de células aumenta durante a fase logarítmica, vários fatores contribuem para a desaceleração da taxa de crescimento. Os produtos residuais se acumulam e os nutrientes são gradualmente consumidos. Além disso, a depleção gradual de oxigênio começa a limitar o crescimento aeróbio das células. Esta combinação de condições desfavoráveis ​​desacelera e, finalmente, paralisa o crescimento populacional. O número total de células vivas atinge um platô denominado fase estacionária (Figura ( PageIndex {4} )). Nesta fase, o número de novas células criadas pela divisão celular agora é equivalente ao número de células morrendo; assim, a população total de células vivas é relativamente estagnada. A densidade da cultura em uma cultura estacionária é constante. A capacidade de suporte da cultura, ou densidade máxima da cultura, depende dos tipos de microrganismos na cultura e das condições específicas da cultura; no entanto, a capacidade de suporte é constante para um determinado organismo cultivado nas mesmas condições.

Durante a fase estacionária, as células mudam para um modo de metabolismo de sobrevivência. À medida que o crescimento desacelera, também diminui a síntese de peptidoglicanos, proteínas e ácidos nucléicos; assim, as culturas estacionárias são menos suscetíveis a antibióticos que interrompem esses processos. Em bactérias capazes de produzir endosporos, muitas células sofrem esporulação durante a fase estacionária. Metabólitos secundários, incluindo antibióticos, são sintetizados na fase estacionária. Em certas bactérias patogênicas, a fase estacionária também está associada à expressão de fatores de virulência, produtos que contribuem para a capacidade de um micróbio de sobreviver, se reproduzir e causar doenças em um organismo hospedeiro. Por exemplo, quorum sensing em Staphylococcus aureus inicia a produção de enzimas que podem quebrar o tecido humano e os restos celulares, abrindo caminho para que as bactérias se espalhem para novos tecidos, onde os nutrientes são mais abundantes.

A Fase da Morte

À medida que um meio de cultura acumula resíduos tóxicos e os nutrientes se esgotam, as células morrem em números cada vez maiores. Logo, o número de células morrendo excede o número de células em divisão, levando a uma diminuição exponencial no número de células (Figura ( PageIndex {4} )). Esta é a fase da morte apropriadamente chamada, às vezes chamada de fase de declínio. Muitas células lisam e liberam nutrientes no meio, permitindo que as células sobreviventes mantenham a viabilidade e formem endosporos. Algumas células, chamadas de persistentes, são caracterizadas por uma taxa metabólica lenta. As células persistentes são clinicamente importantes porque estão associadas a certas infecções crônicas, como a tuberculose, que não respondem ao tratamento com antibióticos.

Sustentando o crescimento microbiano

O padrão de crescimento mostrado na Figura ( PageIndex {4} ) ocorre em um ambiente fechado; nutrientes não são adicionados e resíduos e células mortas não são removidos. Em muitos casos, porém, é vantajoso manter as células na fase logarítmica de crescimento. Um exemplo são as indústrias que colhem produtos microbianos. Um quimiostato (Figura ( PageIndex {6} )) é usado para manter uma cultura contínua na qual os nutrientes são fornecidos em uma taxa constante. Uma quantidade controlada de ar é misturada para processos aeróbicos. A suspensão bacteriana é removida na mesma taxa que os nutrientes fluem para manter um ambiente de crescimento ideal.

Figura ( PageIndex {6} ): Um quimiostato é um recipiente de cultura equipado com uma abertura para adicionar nutrientes (alimentação) e uma saída para remover o conteúdo (efluente), diluindo efetivamente resíduos tóxicos e células mortas. A adição e remoção de fluidos são ajustadas para manter a cultura na fase logarítmica de crescimento. Se bactérias aeróbicas são cultivadas, níveis adequados de oxigênio são mantidos.

Exercício ( PageIndex {4} )

  1. Durante qual fase o crescimento ocorre com a taxa mais rápida?
  2. Cite dois fatores que limitam o crescimento microbiano.

Medição do crescimento bacteriano

Estimar o número de células bacterianas em uma amostra, conhecido como contagem bacteriana, é uma tarefa comum realizada por microbiologistas. O número de bactérias em uma amostra clínica serve como uma indicação da extensão de uma infecção. O controle de qualidade de água potável, alimentos, medicamentos e até cosméticos depende de estimativas de contagens de bactérias para detectar contaminação e prevenir a propagação de doenças. Duas abordagens principais são usadas para medir o número de células. Os métodos diretos envolvem a contagem de células, enquanto os métodos indiretos dependem da medição da presença ou atividade celular, sem realmente contar células individuais. Os métodos diretos e indiretos têm vantagens e desvantagens para aplicações específicas.

Contagem direta de células

A contagem direta de células refere-se à contagem de células em uma cultura líquida ou colônias em uma placa. É uma forma direta de estimar quantos organismos estão presentes em uma amostra. Vejamos primeiro um método simples e rápido que requer apenas uma lâmina especializada e um microscópio composto.

A maneira mais simples de contar bactérias é chamada de contagem microscópica direta de células, que envolve a transferência de um volume conhecido de uma cultura para uma lâmina calibrada e a contagem das células em um microscópio óptico. A lâmina calibrada é chamada de câmara Petroff-Hausser (Figura ( PageIndex {7} )) e é semelhante a um hemocitômetro usado para contar os glóbulos vermelhos. A área central da câmara de contagem é gravada em quadrados de vários tamanhos. Uma amostra da suspensão de cultura é adicionada à câmara sob uma lamela que é colocada a uma altura específica da superfície da grade. É possível estimar a concentração de células na amostra original contando células individuais em vários quadrados e determinando o volume da amostra observada. A área dos quadrados e a altura em que a lamela é posicionada são especificadas para a câmara. A concentração deve ser corrigida para diluição se a amostra foi diluída antes da contagem.

Figura ( PageIndex {7} ): (a) Uma câmara Petroff-Hausser é uma lâmina especial projetada para contar as células bacterianas em um volume medido de uma amostra. Uma grade é gravada no slide para facilitar a precisão na contagem. (b) Este diagrama ilustra a grade de uma câmara de Petroff-Hausser, que é composta de quadrados de áreas conhecidas. A visualização ampliada mostra o quadrado dentro do qual as bactérias (glóbulos vermelhos) são contadas. Se a lamela estiver 0,2 mm acima da grade e o quadrado tiver uma área de 0,04 mm2, então o volume é 0,008 mm3ou 0,000008 mL. Como existem 10 células dentro do quadrado, a densidade das bactérias é de 10 células / 0,000008 mL, o que equivale a 1.250.000 células / mL. (crédito a: modificação da obra de Jeffrey M. Vinocur)

As células em vários pequenos quadrados devem ser contadas e a média tomada para obter uma medição confiável. As vantagens da câmara são que o método é fácil de usar, relativamente rápido e barato. Por outro lado, a câmara de contagem não funciona bem com culturas diluídas porque pode não haver células suficientes para contar.

Usar uma câmara de contagem não necessariamente produz uma contagem precisa do número de células vivas porque nem sempre é possível distinguir entre células vivas, células mortas e detritos do mesmo tamanho sob o microscópio. No entanto, técnicas de coloração por fluorescência recentemente desenvolvidas tornam possível distinguir bactérias viáveis ​​e mortas. Essas manchas de viabilidade (ou manchas vivas) se ligam aos ácidos nucléicos, mas as manchas primárias e secundárias diferem em sua capacidade de atravessar a membrana citoplasmática. A mancha primária, com fluorescência verde, pode penetrar nas membranas citoplasmáticas intactas, manchando as células vivas e mortas. A mancha secundária, que fica com uma fluorescência vermelha, pode manchar uma célula apenas se a membrana citoplasmática estiver consideravelmente danificada. Assim, as células vivas apresentam fluorescência verde porque absorvem apenas a mancha verde, enquanto as células mortas parecem vermelhas porque a mancha vermelha desloca a mancha verde em seus ácidos nucléicos (Figura ( PageIndex {8} )).

Figura ( PageIndex {8} ): A coloração por fluorescência pode ser usada para diferenciar entre células bacterianas viáveis ​​e mortas em uma amostra para fins de contagem. As células viáveis ​​são coradas de verde, enquanto as células mortas são coradas de vermelho. (crédito: modificação da obra de Panseri S, Cunha C, D’Alessandro T, Sandri M, Giavaresi G, Maracci M, Hung CT, Tampieri A)

Outra técnica usa um dispositivo de contagem eletrônica de células (contador Coulter) para detectar e contar as mudanças na resistência elétrica em uma solução salina. Um tubo de vidro com uma pequena abertura é imerso em uma solução eletrolítica. Um primeiro eletrodo é suspenso no tubo de vidro. Um segundo eletrodo está localizado fora do tubo. Conforme as células são puxadas através da pequena abertura no tubo de vidro, elas mudam brevemente a resistência medida entre os dois eletrodos e a mudança é registrada por um sensor eletrônico (Figura ( PageIndex {9} )); cada mudança de resistência representa uma célula. O método é rápido e preciso dentro de uma faixa de concentrações; no entanto, se a cultura estiver muito concentrada, mais de uma célula pode passar pela abertura a qualquer momento e distorcer os resultados. Este método também não diferencia entre células vivas e mortas.

As contagens diretas fornecem uma estimativa do número total de células em uma amostra. No entanto, em muitas situações, é importante saber o número de células vivas ou viáveis. A contagem de células vivas é necessária ao avaliar a extensão de uma infecção, a eficácia de compostos e medicamentos antimicrobianos ou a contaminação de alimentos e água.

Figura ( PageIndex {9} ): Um contador Coulter é um dispositivo eletrônico que conta células. Ele mede a mudança na resistência em uma solução eletrolítica que ocorre quando uma célula passa por uma pequena abertura na parede interna do recipiente. Um detector conta automaticamente o número de células que passam pela abertura. (crédito b: modificação do trabalho pelo National Institutes of Health)

Exercício ( PageIndex {5} )

  1. Por que você contaria o número de células em mais de um quadrado na câmara de Petroff-Hausser para estimar o número de células?
  2. No método de coloração de viabilidade, por que as células mortas aparecem vermelhas?

Contagem em placas

A contagem de placa viável, ou simplesmente contagem de placa, é uma contagem de células viáveis ​​ou vivas. É baseado no princípio de que as células viáveis ​​se replicam e dão origem a colônias visíveis quando incubadas em condições adequadas para o espécime. Os resultados são geralmente expressos como unidades formadoras de colônia por mililitro (CFU / mL) em vez de células por mililitro, porque mais de uma célula pode ter pousado no mesmo local para dar origem a uma única colônia. Além disso, amostras de bactérias que crescem em grupos ou cadeias são difíceis de dispersar e uma única colônia pode representar várias células. Algumas células são descritas como viáveis, mas não cultiváveis ​​e não formarão colônias em meio sólido. Por todas essas razões, a contagem de placas viável é considerada uma estimativa baixa do número real de células vivas. Essas limitações não diminuem a utilidade do método, que fornece estimativas do número de bactérias vivas.

Microbiologistas normalmente contam placas com 30–300 colônias. Amostras com poucas colônias (<30) não fornecem números estatisticamente confiáveis, e placas superlotadas (> 300 colônias) tornam difícil contar com precisão as colônias individuais. Além disso, contagens nesta faixa minimizam a ocorrência de mais de uma célula bacteriana formando uma única colônia. Assim, o UFC calculado está mais próximo do verdadeiro número de bactérias vivas na população.

Existem duas abordagens comuns para inocular placas para contagens viáveis: os métodos de placa de verter e placa de espalhar. Embora o procedimento final de inoculação seja diferente entre esses dois métodos, ambos começam com uma diluição em série da cultura.

Diluição em Série

A diluição em série de uma cultura é um primeiro passo importante antes de prosseguir para o método de placa de vazamento ou placa de espalhamento. O objetivo do processo de diluição em série é obter placas com UFC no intervalo de 30–300, e o processo geralmente envolve várias diluições em múltiplos de 10 para simplificar o cálculo. O número de diluições em série é escolhido de acordo com uma estimativa preliminar da densidade da cultura. A Figura ( PageIndex {10} ) ilustra o método de diluição serial.

Figura ( PageIndex {10} ): A diluição em série envolve a diluição de um volume fixo de células misturado com a solução de diluição usando a diluição anterior como um inóculo. O resultado é a diluição da cultura original por um fator de crescimento exponencial. (crédito: modificação do trabalho por “Leberechtc” / Wikimedia Commons)

Um volume fixo da cultura original, 1,0 mL, é adicionado e completamente misturado com a solução do primeiro tubo de diluição, que contém 9,0 mL de caldo estéril. Esta etapa representa um fator de diluição de 10, ou 1:10, em comparação com a cultura original. Desta primeira diluição, o mesmo volume, 1,0 mL, é retirado e misturado com um novo tubo de 9,0 mL da solução de diluição. O fator de diluição é agora de 1: 100 em comparação com a cultura original. Este processo continua até que uma série de diluições seja produzida que irá ajustar a concentração de células desejada para uma contagem precisa. De cada tubo, uma amostra é semeada em meio sólido usando o método da placa de vazamento (Figura ( PageIndex {11} )) ou o método da placa de propagação (Figura ( PageIndex {12} )). As placas são incubadas até o aparecimento de colônias. Geralmente, são preparadas duas a três placas para cada diluição e o número de colônias contadas em cada placa é calculado. Em todos os casos, a mistura completa das amostras com o meio de diluição (para garantir que a distribuição das células no tubo seja aleatória) é fundamental para a obtenção de resultados confiáveis.

Figura ( PageIndex {11} ): No método de contagem de células em placa de vazamento, a amostra é misturada em ágar líquido aquecido (45–50 ° C) derramado em uma placa de Petri estéril e posteriormente misturada por agitação. Este processo é repetido para cada diluição em série preparada. As colônias resultantes são contadas e fornecem uma estimativa do número de células no volume original da amostra.

O fator de diluição é usado para calcular o número de células na cultura de células original. Em nosso exemplo, uma média de 50 colônias foi contada nas placas obtidas na diluição 1: 10.000. Como apenas 0,1 mL de suspensão foi pipetado na placa, o multiplicador necessário para reconstituir a concentração original é 10 × 10.000. O número de CFU por mL é igual a 50 × 100 × 10.000 = 5.000.000. O número de bactérias na cultura é estimado em 5 milhões de células / mL. A contagem de colônias obtida na diluição de 1: 1000 foi de 389, bem abaixo dos 500 esperados para uma diferença de 10 vezes nas diluições. Isso destaca a questão da imprecisão quando as contagens de colônias são maiores que 300 e mais de uma célula bacteriana cresce em uma única colônia.

Figura ( PageIndex {12} ): No método de contagem de células em placa espalhada, a amostra é vertida em ágar sólido e, em seguida, espalhada usando um espalhador estéril. As colônias resultantes são contadas e fornecem uma estimativa do número de células nas amostras de volume original.

Uma amostra muito diluída - água potável, por exemplo - pode não conter organismos suficientes para usar qualquer um dos métodos de contagem em placa descritos. Nesses casos, a amostra original deve ser concentrada em vez de diluída antes do plaqueamento. Isso pode ser feito usando uma modificação da técnica de contagem de placas, chamada de técnica de filtração por membrana. Volumes conhecidos são filtrados a vácuo assepticamente através de uma membrana com um tamanho de poro pequeno o suficiente para capturar microorganismos. A membrana é transferida para uma placa de Petri contendo um meio de crescimento apropriado. As colônias são contadas após a incubação. O cálculo da densidade celular é feito dividindo a contagem de células pelo volume de líquido filtrado.

Assista a este vídeo para demonstrações de diluições em série e técnicas de espalhamento de placas.

O número mais provável

O número de microrganismos em amostras diluídas é geralmente muito baixo para ser detectado pelos métodos de contagem em placa descritos até agora. Para essas amostras, os microbiologistas usam rotineiramente o método do número mais provável (NMP), um procedimento estatístico para estimar o número de microrganismos viáveis ​​em uma amostra. Freqüentemente usado para amostras de água e alimentos, o método MPN avalia o crescimento detectável observando mudanças na turbidez ou cor devido à atividade metabólica.

Uma aplicação típica do método MPN é a estimativa do número de coliformes em uma amostra de água de lagoa. Os coliformes são bactérias bastonetes gram-negativas que fermentam a lactose. A presença de coliformes na água é considerada um sinal de contaminação por matéria fecal. Para o método ilustrado na Figura ( PageIndex {13} ), uma série de três diluições da amostra de água é testada inoculando cinco tubos de caldo de lactose com 10 mL de amostra, cinco tubos de caldo de lactose com 1 mL de amostra e cinco tubos de caldo de lactose com 0,1 mL de amostra. Os tubos de caldo de lactose contêm um indicador de pH que muda de cor de vermelho para amarelo quando a lactose é fermentada. Após a inoculação e incubação, os tubos são examinados para uma indicação de crescimento de coliformes por uma mudança de cor no meio de vermelho para amarelo. O primeiro conjunto de tubos (amostra de 10 mL) apresentou crescimento em todos os tubos; o segundo conjunto de tubos (1 mL) mostrou crescimento em dois dos cinco tubos; no terceiro conjunto de tubos, nenhum crescimento é observado em nenhum dos tubos (diluição de 0,1 mL). Os números 5, 2 e 0 são comparados com a Figura B1 no Apêndice B, que foi construída usando um modelo de probabilidade do procedimento de amostragem. Da nossa leitura da tabela, concluímos que 49 é o número mais provável de bactérias por 100 mL de água do lago.

Figura ( PageIndex {13} ): No método do número mais provável, conjuntos de cinco tubos de caldo de lactose são inoculados com três volumes diferentes de água da lagoa: 10 mL, 1 mL e 0,1 mL. O crescimento bacteriano é avaliado por meio de uma mudança na cor do caldo de vermelho para amarelo à medida que a lactose é fermentada.

Exercício ( PageIndex {6} )

  1. O que é uma unidade formadora de colônia?
  2. Quais são os dois métodos freqüentemente usados ​​para estimar o número de bactérias em amostras de água?

Contagens indiretas de células

Além dos métodos diretos de contagem de células, outros métodos, baseados na detecção indireta da densidade celular, são comumente usados ​​para estimar e comparar as densidades celulares em uma cultura. A abordagem mais importante é medir a turbidez (nebulosidade) de uma amostra de bactérias em uma suspensão líquida. O instrumento de laboratório usado para medir a turbidez é chamado de espectrofotômetro (Figura ( PageIndex {14} )). Em um espectrofotômetro, um feixe de luz é transmitido através de uma suspensão bacteriana, a luz que passa pela suspensão é medida por um detector e a quantidade de luz que passa pela amostra e chega ao detector é convertida em porcentagem de transmissão ou um valor logarítmico chamado absorbância (densidade óptica). Conforme o número de bactérias em uma suspensão aumenta, a turbidez também aumenta e faz com que menos luz chegue ao detector. A diminuição da luz que passa pela amostra e chega ao detector está associada a uma diminuição na porcentagem de transmissão e aumento da absorbância medida pelo espectrofotômetro.

Medir a turbidez é um método rápido para estimar a densidade celular, desde que haja células suficientes em uma amostra para produzir turbidez. É possível correlacionar as leituras de turbidez com o número real de células, realizando uma contagem de placa viável de amostras retiradas de culturas com uma gama de valores de absorbância. Usando esses valores, uma curva de calibração é gerada traçando a turbidez como uma função da densidade celular. Uma vez que a curva de calibração foi produzida, ela pode ser usada para estimar as contagens de células para todas as amostras obtidas ou cultivadas em condições semelhantes e com densidades dentro da faixa de valores usados ​​para construir a curva.

Figura ( PageIndex {14} ): (a) Um espectrofotômetro é comumente usado para medir a turbidez de uma suspensão de células bacterianas como uma medida indireta da densidade celular. (b) Um espectrofotômetro funciona dividindo a luz branca de uma fonte em um espectro. O espectrofotômetro permite a escolha do comprimento de onda da luz a ser usado para a medição. A densidade óptica (turbidez) da amostra dependerá do comprimento de onda, portanto, uma vez que um comprimento de onda é escolhido, ele deve ser usado de forma consistente. A luz filtrada passa pela amostra (ou um controle apenas com meio) e a intensidade da luz é medida por um detector. A luz que passa para uma suspensão de bactérias é espalhada pelas células de tal forma que uma fração dela nunca chega ao detector. Esse espalhamento acontece em um grau muito menor no tubo de controle apenas com o meio. (crédito a: modificação da obra de Hwang HS, Kim MS; crédito b "fotos de tubo de ensaio": modificação da obra de Suzanne Wakim)

Medir o peso seco de uma amostra de cultura é outro método indireto de avaliar a densidade da cultura sem medir diretamente as contagens de células. A suspensão de células utilizada para a pesagem deve ser concentrada por filtração ou centrifugação, lavada e, em seguida, seca antes das medições. O grau de secagem deve ser padronizado para levar em conta o conteúdo de água residual. Este método é especialmente útil para microrganismos filamentosos, que são difíceis de enumerar por contagem direta ou viável em placas.

Como vimos, os métodos para estimar o número de células viáveis ​​podem ser trabalhosos e demorados porque as células precisam ser cultivadas. Recentemente, foram desenvolvidas formas indiretas de medir células vivas que são rápidas e fáceis de implementar. Esses métodos medem a atividade celular acompanhando a produção de produtos metabólicos ou o desaparecimento de reagentes. A formação de trifosfato de adenosina (ATP), a biossíntese de proteínas e ácidos nucléicos e o consumo de oxigênio podem ser monitorados para estimar o número de células.

Exercício ( PageIndex {7} )

  1. Qual é o propósito de uma curva de calibração ao estimar a contagem de células a partir de medições de turbidez?
  2. Quais são os novos métodos indiretos de contagem de células vivas?

Padrões alternativos de divisão celular

A fissão binária é o padrão mais comum de divisão celular em procariotos, mas não é o único. Outros mecanismos geralmente envolvem divisão assimétrica (como no brotamento) ou produção de esporos em filamentos aéreos.

Em algumas cianobactérias, muitos nucleoides podem se acumular em uma célula redonda aumentada ou ao longo de um filamento, levando à geração de muitas células novas de uma só vez. As novas células geralmente se separam do filamento pai e flutuam em um processo chamado fragmentação (Figura ( PageIndex {15} )). A fragmentação é comumente observada nos Actinomicetos, um grupo de bactérias anaeróbias gram-positivas comumente encontradas no solo. Outro exemplo curioso de divisão celular em procariotos, que lembra nascidos vivos em animais, é exibido pela bactéria gigante Epulopiscium. Várias células-filhas crescem totalmente na célula-mãe, que eventualmente se desintegra, liberando as novas células para o ambiente. Outras espécies podem formar uma extensão longa e estreita em um pólo em um processo denominado brotamento. A ponta da extensão incha e forma uma célula menor, o botão que eventualmente se desprende da célula-mãe. O brotamento é mais comum em leveduras (Figura ( PageIndex {15} )), mas também é observado em bactérias de prótese e algumas cianobactérias.

Figura ( PageIndex {15} ): (a) Cianobactérias filamentosas, como aquelas ilustradas aqui, replicam-se por fragmentação. (b) Nesta micrografia eletrônica, células da bactéria Gemmata obscuriglobus estão brotando. A célula maior é a célula-mãe. As etiquetas indicam os nucleoides (N) e o envelope nuclear ainda em formação (NE) da célula filha. (crédito a: modificação da obra de CSIRO; crédito b: modificação da obra de Kuo-Chang Lee, Rick I Webb e John A Fuerst)

A bactéria do solo Actinomyces crescem em filamentos longos divididos por septos, semelhantes aos micélios vistos em fungos, resultando em células longas com múltiplos nucleoides. Sinais ambientais, provavelmente relacionados à baixa disponibilidade de nutrientes, levam à formação de filamentos aéreos. Dentro desses filamentos aéreos, células alongadas se dividem simultaneamente. As novas células, que contêm um único nucleóide, se desenvolvem em esporos que dão origem a novas colônias.

Exercício ( PageIndex {8} )

Identifique pelo menos uma diferença entre fragmentação e brotamento.

Biofilmes

Na natureza, os microrganismos crescem principalmente em biofilmes, ecossistemas complexos e dinâmicos que se formam em uma variedade de superfícies ambientais, de condutos industriais e dutos de tratamento de água a rochas em leitos de rios. Biofilmes não se restringem a substratos de superfície sólida, no entanto. Quase qualquer superfície em um ambiente líquido contendo alguns nutrientes mínimos acabará por desenvolver um biofilme. Esteiras microbianas que flutuam na água, por exemplo, são biofilmes que contêm grandes populações de microrganismos fotossintéticos. Biofilmes encontrados na boca humana podem conter centenas de espécies bacterianas. Independentemente do ambiente onde ocorrem, os biofilmes não são coleções aleatórias de microrganismos; em vez disso, são comunidades altamente estruturadas que fornecem uma vantagem seletiva para seus microrganismos constituintes.

Estrutura do Biofilme

Observações usando microscopia confocal mostraram que as condições ambientais influenciam a estrutura geral dos biofilmes. Biofilmes filamentosos chamados streamers se formam em água que flui rapidamente, como riachos de água doce, redemoinhos e células de fluxo de laboratório especialmente projetadas que replicam as condições de crescimento em fluidos de movimento rápido. As serpentinas são ancoradas ao substrato por uma “cabeça” e a “cauda” flutua a jusante na corrente. Em água parada ou lenta, os biofilmes assumem principalmente a forma de cogumelo. A estrutura dos biofilmes também pode mudar com outras condições ambientais, como a disponibilidade de nutrientes.

Observações detalhadas de biofilmes sob laser confocal e microscópios eletrônicos de varredura revelam aglomerados de microorganismos embutidos em uma matriz intercalada com canais de água abertos. A matriz extracelular consiste em substâncias poliméricas extracelulares (EPS) secretadas pelos organismos no biofilme. A matriz extracelular representa uma grande fração do biofilme, respondendo por 50% -90% da massa seca total. As propriedades do EPS variam de acordo com os organismos residentes e as condições ambientais.

EPS é um gel hidratado composto principalmente de polissacarídeos e contendo outras macromoléculas, como proteínas, ácidos nucléicos e lipídeos. Ele desempenha um papel fundamental na manutenção da integridade e função do biofilme. Os canais no EPS permitem a movimentação de nutrientes, resíduos e gases por todo o biofilme. Isso mantém as células hidratadas, evitando a dessecação. EPS também protege organismos no biofilme da predação por outros micróbios ou células (por exemplo, protozoários, glóbulos brancos no corpo humano).

Formação de Biofilme

As células microbianas de livre flutuação que vivem em um ambiente aquático são chamadas de células planctônicas. A formação de um biofilme envolve essencialmente a fixação de células planctônicas a um substrato, onde se tornam sésseis (aderidas a uma superfície). Isso ocorre em etapas, conforme ilustrado na Figura ( PageIndex {16} ). O primeiro estágio envolve a fixação de células planctônicas a uma superfície revestida com um filme condicionador de matéria orgânica.Nesse ponto, a fixação ao substrato é reversível, mas à medida que as células expressam novos fenótipos que facilitam a formação de EPS, elas passam de um estilo de vida planctônico para um séssil. O biofilme desenvolve estruturas características, incluindo uma matriz extensa e canais de água. Apêndices como fímbrias, pili e flagelos interagem com o EPS, e a microscopia e a análise genética sugerem que tais estruturas são necessárias para o estabelecimento de um biofilme maduro. No último estágio do ciclo de vida do biofilme, as células na periferia do biofilme revertem para um estilo de vida planctônico, desprendendo o biofilme maduro para colonizar novos locais. Este estágio é conhecido como dispersão.

Figura ( PageIndex {16} ): Fases da formação e do ciclo de vida de um biofilme. (crédito: modificação do trabalho por Public Library of Science e American Society for Microbiology)

Dentro de um biofilme, diferentes espécies de microrganismos estabelecem colaborações metabólicas nas quais o produto residual de um organismo se torna o nutriente para outro. Por exemplo, microrganismos aeróbios consomem oxigênio, criando regiões anaeróbicas que promovem o crescimento de anaeróbios. Isso ocorre em muitas infecções polimicrobianas que envolvem patógenos aeróbios e anaeróbios.

O mecanismo pelo qual as células em um biofilme coordenam suas atividades em resposta a estímulos ambientais é denominado quorum sensing. O sensor de quorum - que pode ocorrer entre células de diferentes espécies dentro de um biofilme - permite que os microorganismos detectem sua densidade celular através da liberação e ligação de pequenas moléculas difusíveis chamadas autoindutores. Quando a população de células atinge um limiar crítico (um quorum), esses autoindutores iniciam uma cascata de reações que ativam genes associados a funções celulares que são benéficas apenas quando a população atinge uma densidade crítica. Por exemplo, em alguns patógenos, a síntese de fatores de virulência só começa quando células suficientes estão presentes para dominar as defesas imunológicas do hospedeiro. Embora principalmente estudado em populações bacterianas, o quorum sensing ocorre entre bactérias e eucariotos e entre células eucariotas, como o fungo Candida albicans, um membro comum da microbiota humana que pode causar infecções em indivíduos imunocomprometidos.

As moléculas de sinalização no sensor de quorum pertencem a duas classes principais. As bactérias Gram-negativas se comunicam principalmente usando lactonas de homoserina N-aciladas, enquanto as bactérias Gram-positivas usam principalmente pequenos peptídeos (Figura ( PageIndex {17} )). Em todos os casos, a primeira etapa na detecção de quorum consiste na ligação do autoindutor ao seu receptor específico somente quando um limiar de concentração de moléculas sinalizadoras é atingido. Uma vez que a ligação ao receptor ocorre, uma cascata de eventos de sinalização leva a mudanças na expressão do gene. O resultado é a ativação de respostas biológicas ligadas ao quorum sensing, notadamente um aumento na produção das próprias moléculas sinalizadoras, daí o termo autoindutor.

Figura ( PageIndex {17} ): Peptídeos curtos em bactérias gram-positivas e homoserina lactonas N-acetiladas em bactérias gram-negativas agem como autoindutores no quorum sensing e medeiam a resposta coordenada das células bacterianas. A cadeia lateral R da homoserina lactona N-acetilada é específica para as espécies de bactérias gram-negativas. Algumas lactonas homosserinas secretadas são reconhecidas por mais de uma espécie.

Biofilmes e saúde humana

O corpo humano abriga muitos tipos de biofilmes, alguns benéficos e outros prejudiciais. Por exemplo, as camadas de microbiota normal que revestem a mucosa intestinal e respiratória desempenham um papel na prevenção de infecções por patógenos. No entanto, outros biofilmes no corpo podem ter um efeito prejudicial à saúde. Por exemplo, a placa que se forma nos dentes é um biofilme que pode contribuir para doenças dentais e periodontais. Biofilmes também podem se formar em feridas, às vezes causando infecções graves que podem se espalhar. A bactéria Pseudomonas aeruginosa frequentemente coloniza biofilmes nas vias aéreas de pacientes com fibrose cística, causando infecções crônicas e às vezes fatais dos pulmões. Biofilmes também podem se formar em dispositivos médicos usados ​​dentro ou sobre o corpo, causando infecções em pacientes com cateteres internos, articulações artificiais ou lentes de contato.

Patógenos embutidos em biofilmes exibem maior resistência a antibióticos do que seus homólogos flutuantes. Várias hipóteses foram propostas para explicar o porquê. As células nas camadas profundas de um biofilme são metabolicamente inativas e podem ser menos suscetíveis à ação de antibióticos que interrompem as atividades metabólicas. O EPS também pode retardar a difusão de antibióticos e anti-sépticos, impedindo-os de atingir as células nas camadas mais profundas do biofilme. Alterações fenotípicas também podem contribuir para o aumento da resistência exibida por células bacterianas em biofilmes. Por exemplo, o aumento da produção de bombas de efluxo, proteínas embutidas na membrana que expelem ativamente os antibióticos para fora das células bacterianas, demonstrou ser um importante mecanismo de resistência aos antibióticos entre as bactérias associadas ao biofilme. Finalmente, os biofilmes fornecem um ambiente ideal para a troca de DNA extracromossômico, que geralmente inclui genes que conferem resistência a antibióticos.

Exercício ( PageIndex {9} )

  1. De que é composta a matriz de um biofilme?
  2. Qual é o papel do quorum sensing em um biofilme?

Conceitos-chave e resumo

  • A maioria das células bacterianas se divide por fissão binária. Tempo de geração no crescimento bacteriano é definido como o duplicação Tempoda população.
  • As células em um sistema fechado seguem um padrão de crescimento com quatro fases: atraso, logarítmico (exponencial), estacionário, e morte.
  • As células podem ser contadas por contagem direta de células viáveis. o despeje o prato e prato de espalhar métodos são usados ​​para chapear diluições em série em ou sobre, respectivamente, ágar para permitir a contagem de células viáveis ​​que dão origem a Unidades formadoras de colônias. Filtração de membrana é usado para contar células vivas em soluções diluídas. o número de célula mais provável (MPN)método permite estimar o número de células em culturas sem o uso de meios sólidos.
  • Métodos indiretos podem ser usados ​​para estimar densidade de cultura medindo turbidez de uma cultura ou densidade de células vivas medindo a atividade metabólica.
  • Outros padrões de divisão celular incluem a formação de múltiplos nucleóides nas células; divisão assimétrica, como em florescendo; e a formação de hifas e esporos terminais.
  • Biofilmes são comunidades de microrganismos enredados em uma matriz de substância polimérica extracelular. A formação de um biofilme ocorre quando planctônico as células se ligam a um substrato e se tornam séssil. As células em biofilmes coordenam sua atividade, comunicando-se por meio de sensor de quorum.
  • Biofilmes são comumente encontrados em superfícies na natureza e no corpo humano, onde podem ser benéficos ou causar infecções graves. Os patógenos associados aos biofilmes costumam ser mais resistentes a antibióticos e desinfetantes.

Múltipla escolha

Qual dos métodos a seguir seria usado para medir a concentração de contaminação bacteriana na manteiga de amendoim processada?

A. medição de turbidez
B. contagem total de placas
C. medição de peso seco
D. contagem direta de bactérias em uma lâmina calibrada sob o microscópio

B

Em qual fase você esperaria observar a maioria dos endosporos em um Bacilo cultura de células?

A. fase de morte
B. fase de latência
C. fase log
D. as fases de log, lag e morte teriam aproximadamente o mesmo número de endosporos.

UMA

Durante qual fase a penicilina, um antibiótico que inibe a síntese da parede celular, seria mais eficaz?

A. fase estacionária

C

Qual das alternativas a seguir é a melhor definição de tempo de geração em uma bactéria?

A. o tempo que leva para chegar à fase de registro
B. o tempo que leva para uma população de células dobrar
C. o tempo que leva para chegar à fase estacionária
D. a duração da fase exponencial

B

Qual é a função do anel Z na fissão binária?

A. Ele controla a replicação do DNA.
B. Forma um anel contrátil no septo.
C. Ele separa as moléculas de DNA recém-sintetizadas.
D. Ele medeia a adição de novas subunidades de peptidoglicano.

B

Se uma cultura começa com 50 células, quantas células estarão presentes após cinco gerações sem morte celular?

A. 200
B. 400
C. 1600
D. 3200

C

As cianobactérias filamentosas costumam se dividir por qual dos seguintes?

A. brotando
B. mitose
C. fragmentação
D. formação de endosporos

C

Qual é a razão para a resistência antimicrobiana ser maior em um biofilme do que em células bacterianas flutuantes?

A. O EPS permite uma difusão mais rápida de produtos químicos no biofilme.
B. As células são mais metabolicamente ativas na base de um biofilme.
C. As células são metabolicamente inativas na base de um biofilme.
D. A estrutura de um biofilme favorece a sobrevivência de células resistentes a antibióticos.

C

O sensor de quorum é usado por células bacterianas para determinar qual dos seguintes?

A. o tamanho da população
B. a disponibilidade de nutrientes
C. a velocidade do fluxo de água
D. a densidade da população

D

Qual das seguintes afirmações sobre autoindutores está incorreta?

A. Eles se ligam diretamente ao DNA para ativar a transcrição.
B. Eles podem ativar a célula que os secretou.
C. As lactonas de homosserina N-aciladas são autoindutoras em células gram-negativas.
D. Os autoindutores podem estimular a produção de fatores de virulência.

UMA

Preencher a lacuna

A contagem direta do total de células pode ser realizada usando ________ ou ________.

hemocitômetro, câmara de contagem Petroff-Hausser

O método ________ permite a contagem direta do total de células crescendo em meio sólido.

contagem em placas

Uma estimativa estatística do número de células vivas em um líquido geralmente é feita por ________.

número mais provável

Para este método indireto de estimar o crescimento de uma cultura, você mede ________ usando um espectrofotômetro.

turbidez

O crescimento ativo de uma cultura pode ser estimado indiretamente medindo os seguintes produtos do metabolismo celular: ________ ou ________.

ATP, ácido de fermentação

Coincidindo

Combine a definição com o nome da fase de crescimento na curva de crescimento.

___ O número de células que morrem é maior do que o número de células que se dividemA. Fase de atraso
___Número de células novas igual ao número de células morrendoB. Fase de registro
___Novas enzimas para usar os nutrientes disponíveis são induzidasC. Fase estacionária
___ A fissão binária está ocorrendo em taxa máximaD. Fase de morte

D, C, A, B

Resposta curta

Por que é importante medir a transmissão da luz através de um tubo de controle contendo apenas caldo ao fazer medições de turbidez de culturas bacterianas?

Em termos de contagem de células, o que um método de galvanização consegue que um método de contagem eletrônica de células não consegue?

Ordene as seguintes etapas do desenvolvimento de um biofilme, da primeira à última etapa.

  1. secreção de EPS
  2. anexo reversível
  3. dispersão
  4. formação de canais de água
  5. apego irreversível

As infecções em pacientes hospitalizados geralmente estão relacionadas à presença de um dispositivo médico no paciente. Quais condições favorecem a formação de biofilmes em cateteres internos e próteses?

Pensamento crítico

Um paciente no hospital tem um cateter intravenoso inserido para permitir a entrega de medicamentos, fluidos e eletrólitos. Quatro dias após a inserção do cateter, o paciente desenvolve febre e infecção na pele ao redor do cateter. As hemoculturas revelam que o paciente tem uma infecção transmitida pelo sangue. Testes no laboratório clínico identificam o patógeno transmitido pelo sangue como Staphylococcus epidermidise testes de sensibilidade aos antibióticos são realizados para fornecer aos médicos informações essenciais para a seleção do melhor medicamento para o tratamento da infecção. A quimioterapia antibacteriana é iniciada e administrada por meio do cateter intravenoso que foi originalmente inserido no paciente. Em 7 dias, a infecção de pele desaparece, as hemoculturas são negativas para S. epidermidis, e a quimioterapia antibacteriana é interrompida. No entanto, 2 dias após a interrupção da quimioterapia antibacteriana, o paciente desenvolve outra febre e infecção de pele e as hemoculturas são positivas para a mesma cepa de S. epidermidis que havia sido isolado na semana anterior. Desta vez, os médicos removem o cateter intravenoso e administram antibióticos orais, que tratam com sucesso a pele e infecções transmitidas pelo sangue causadas por S. epidermidis. Além disso, a infecção não retorna após a interrupção da quimioterapia antibacteriana oral. Quais são algumas das possíveis razões pelas quais a quimioterapia intravenosa falhou em curar completamente o paciente, apesar dos testes laboratoriais mostrarem que a cepa bacteriana era suscetível ao antibiótico prescrito? Por que a segunda rodada de terapia com antibióticos pode ter sido mais bem-sucedida? Justifique suas respostas.

Por que os autoindutores são moléculas pequenas?

Consulte a Figura B1 no Apêndice B. Se os resultados de uma amostra de água do lago foram registrados como 3, 2, 1, qual seria o NMP da bactéria em 100 mL de água do lago?

Consulte a Figura. Por que a turbidez perde confiabilidade em altas concentrações de células quando a cultura atinge a fase estacionária?

Contribuinte

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) e Brian M. Forster (Saint Joseph's University) com muitos autores contribuintes. Conteúdo original via Openstax (CC BY 4.0; acesse gratuitamente em https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Como os micróbios crescem? Acontece que não é como pensamos

Quantificar como os micróbios crescem é fundamental para áreas como genética, bioengenharia e segurança alimentar. Em uma colaboração entre o laboratório Schmid e a Duke Statistics, Tonner e seus colegas revisitam o antigo problema de compreensão do crescimento microbiano.

Este problema, pensado para ser resolvido na década de 1940 por Jacob e Monod, estava na verdade longe de ser compreendido. Um novo artigo, publicado em 26 de outubro de 2020, na revista PLOS Computational Biology, relata que efeitos aleatórios, como variabilidade experimental, efeitos de lote ou diferenças no material experimental, afetam a estimativa dos parâmetros de crescimento dos micróbios.

Essa equipe interdisciplinar foi liderada por Peter Tonner, ex-aluno da CBB do laboratório Schmid, que atualmente é pós-doutorado no National Institute for Standards in Technology. Tonner e seus colaboradores desenvolveram um novo modelo de crescimento populacional que permite estimativas mais precisas do efeito biológico de interesse, enquanto contabiliza melhor a variação devido a fatores técnicos, como efeitos de lote.

“Estou orgulhosa de como este artigo realmente funciona em todas as disciplinas para avançar nos campos da estatística e da biologia simultaneamente”, disse Amy Schmid, professora de Biologia e autora do artigo.

Esta colaboração está longe de ser concluída: “Estamos trabalhando com uma equipe de Mestrado em Ciência de Dados por meio da iniciativa de informação Duke (iiD) para desenvolver uma interface gráfica de usuário para este modelo”, disse Schmid. Muito em breve, não apenas seremos capazes de quantificar o crescimento microbiano de maneiras muito mais precisas, mas também seremos capazes de visualizá-lo facilmente.


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Análise

“O peso da evidência por trás das advertências do Dr. Blaser sobre os antibióticos é impressionante.” -O jornal New York Times

“Missing Microbes apresenta uma perspectiva surpreendentemente clara sobre um problema complexo.” -The Philadelphia Inquirer

"No Micróbios ausentes, Martin Blaser soa [um] alarme. Ele pacientemente e cuidadosamente constrói um caso convincente de que a ameaça do uso excessivo de antibióticos vai muito além de infecções resistentes. ” -Natureza

“Blaser apresenta um plano sensato para recuperar nosso equilíbrio microbiano e evitar calamidades como sociedade. . . e em um nível individual. ” -Descobrir

“Por que você está gorda, seu filho tem asma e sua filha de 13 anos tem um metro e oitenta? O Dr. Blaser diz que seus corpos estão sem bactérias benéficas e vitais e eu garanto que depois de ler este livro você concordará. Dê uma olhada nos antibióticos e leia Micróbios ausentes.” ―Laurie Garrett, escritora vencedora do Prêmio Pulitzer e pesquisadora sênior de Saúde Global no Conselho de Relações Exteriores

“Dr. A credibilidade de Blaser como um cientista e médico de classe mundial torna esta exploração do mundo microbiano do nosso corpo particularmente provocante. Micróbios ausentes o fará repensar algumas idéias fundamentais sobre infecção. O dom de Blaser é escrever com clareza e levar o leitor a uma viagem fascinante através dos paradoxos e percepções sobre o mundo abundante dentro de nós. ” -Abraham Verghese MD, autor de Cutting for Stone

“Ao contrário de alguns livros sobre medicina e micróbios, o Dr. Blaser não desperta temores de doenças exóticas ou‘ superbactérias ’pandêmicas resistentes a todos os medicamentos conhecidos. Ele se concentra em uma preocupação mais simples, mas mais profunda: os danos que a vida moderna inflige ao vasto número de micróbios que todos nós, mesmo pessoas saudáveis, carregamos dentro de nós o tempo todo. ” -Jornal de Wall Street

“Legível e desafiador, Micróbios ausentes fornece um estímulo para sondar o dogma existente. ” -Ciência

Micróbios ausentes abre um novo caminho. ” -The Huffington Post

"Um exame envolvente da forma de vida relativamente desconhecida, mas dominante, na Terra." -Publishers Weekly (revisão com estrela)

“Blaser Micróbios ausentes é um trabalho magistral de saúde preventiva e excelente redação científica. ” -Lista de livros (revisão com estrela)

“Agradecemos a Blaser por exibir as maravilhas e a importância de um vasto submundo que estamos ameaçando, mas sem o qual não podemos viver.” -Kirkus

“Missing Microbes adiciona uma nova fronteira para a compreensão das contribuições-chave amplamente subestimadas do microbioma humano para a saúde e as doenças humanas. Como líder mundial na definição do microbioma, o Dr. Blaser explica como a perturbação de seu equilíbrio natural está afetando condições comuns como obesidade e diabetes, há muito considerados problemas primordialmente relacionados à nutrição e estilo de vida. O livro escrito de maneira cuidadosa e convincente de Blaser descreve novas dimensões que precisam ser consideradas no combate a uma série de doenças comuns e na promoção da saúde e do bem-estar. ” -Richard Deckelbaum, Diretor, Instituto de Nutrição Humana, Universidade de Columbia

“Em um mundo que recorre aos antibióticos para todas as infecções do ouvido, dos seios da face ou da pele, o Dr. Blaser faz até o pai mais nervoso pensar duas vezes antes de dar ao filho esses medicamentos onipresentes. O Dr. Blaser afirma que o uso excessivo de antibióticos - especialmente em crianças - está na raiz de nossas doenças modernas emergentes mais sérias, desde asma e alergias alimentares à obesidade e certos tipos de câncer.Ele nos conduz pela ciência por trás de suas teorias e examina a dualidade dos micróbios, tanto como agentes essenciais de boa saúde quanto perpetradores de doenças. Em um momento em que os Centros de Controle e Prevenção de Doenças estão fazendo campanha para um uso mais criterioso de antibióticos, o Dr. Blaser apresenta um caso cuidadoso, bem escrito e convincente de por que os médicos precisam ser mais cautelosos ao prescrever esses medicamentos e por que os consumidores devem considerar alternativas antes de tomá-los. ” -Nirav R. Shah, MD, MPH, Comissário da Saúde, Nova York

“Muitas vezes me perguntei por que as crianças de hoje parecem ter uma incidência tão alta de asma, infecções de ouvido, alergias, esofagite de refluxo e tantas outras doenças que raramente vi quando estava crescendo. Este mistério foi resolvido pelo trabalho pioneiro do Dr. Marty Blaser e é comunicado de forma brilhante em Micróbios ausentes. Não consigo enfatizar o suficiente a importância deste livro para sua própria saúde, a saúde de seus filhos e netos e para a saúde de nosso país. Micróbios ausentes é realmente uma leitura obrigatória. ” -Arthur Agatston, autor de The South Beach Diet

“Vivemos hoje em um mundo de pragas modernas, definidas pelo aumento alarmante de asma, diabetes, obesidade, alergias alimentares e distúrbios metabólicos. Isso não é por acaso, argumenta o Dr. Blaser, o renomado pesquisador médico: o elo comum é a destruição de bactérias vitais por meio do uso excessivo de antibióticos de amplo espectro. Micróbios ausentes a ciência está escrevendo no seu melhor - argumentado com clareza e bem escrito, com percepções impressionantes sobre o microbioma humano e soluções viáveis ​​para uma crise global urgente ”. -David M. Oshinsky, autor do livro Pulitzer Prize-winning Polio: An American Story


8.1: Como os micróbios crescem - Biologia

Produzido por Jim Deacon
Instituto de Biologia Celular e Molecular, Universidade de Edimburgo

Microrganismos transportados pelo ar

As partículas transportadas pelo ar são uma das principais causas de doenças respiratórias em humanos, causando alergias, asma e infecções patogênicas do trato respiratório. Os esporos de fungos transportados pelo ar também são importantes agentes de doenças de plantas e o meio para a disseminação de muitos fungos saprotróficos (saprofíticos) comuns.

  • algumas doenças respiratórias importantes em humanos
  • os papéis dos esporos transportados pelo ar em doenças das colheitas
  • os métodos usados ​​para monitorar as populações de esporos no ar

Da coleção de slides, Departamento de Microbiologia Médica, Universidade de Edimburgo

Durante um espirro, milhões de minúsculas gotículas de água e muco são expelidas a cerca de 200 milhas por hora (100 metros por segundo). As gotículas inicialmente têm cerca de 10-100 micrômetros de diâmetro, mas secam rapidamente para núcleos de gotículas de 1-4 micrômetros, contendo partículas de vírus ou bactérias. Este é um dos principais meios de transmissão de diversas doenças do ser humano, demonstradas na tabela a seguir.

Algumas doenças importantes em humanos são transmitidas de pessoa para pessoa por inalação de partículas transportadas pelo ar
Doenças virais
(tipo de vírus entre colchetes)
Doenças bacterianas
(nome da bactéria entre parênteses)
Varicela (Varicela) Tosse convulsa (Bordetella pertussis)
Gripe (Influenza) Meningite (Neisseria espécies)
Sarampo (Rubeola) Difteria (Corynebacterium diphtheriae)
Sarampo alemão (rubéola) Pneumonia (Mycoplasma pneumoniae, Streptococcus espécies)
Caxumba (caxumba) Tuberculose (Mycobacterium tuberculosis)
Varíola (Varíola)

Várias outras doenças, a seguir, são adquiridas pela inalação de partículas de fontes ambientais, não diretamente de uma pessoa infectada.
Doença
Fonte
Psitacose (Chlamydia psittaci) Excrementos secos e pulverulentos de aves infectadas (papagaios, pombos, etc.)
doença dos legionários (Legionella pneumophila) Gotas de sistemas de ar condicionado, tanques de armazenamento de água, etc., onde a bactéria cresce.
Alveolite alérgica aguda (vários esporos de fungos e actinomicetos) Esporos de fungos ou actinomicetos de matéria orgânica em decomposição (compostos, depósitos de grãos, feno, etc.)
Aspergilose (Aspergillus fumigatus, A. flavus, A. niger) Esporos de fungos inalados de matéria orgânica em decomposição
Histoplasmose (Histoplasma capsulatum) Esporos do fungo, em excrementos de morcegos ou pássaros velhos
Coccidioidomicose (Coccidioides immitis) Esporos em poeira lançada pelo ar em regiões desérticas (Central, Sul e América do Norte) onde o fungo cresce no solo

__________________________________________________________________________________________

Psitacose é uma doença grave adquirida pelo manuseio de pássaros ou pela inalação da poeira das fezes das aves. É causada pela bactéria Chlamydia psittaci, um parasita intracelular obrigatório. Depois de entrar no trato respiratório, as células são transportadas para o fígado e baço, se multiplicam e invadem os pulmões, causando inflamação, hemorragia e pneumonia.

doença dos legionários é uma forma bastante comum de pneumonia em pessoas idosas ou imunocomprometidas. Raramente é transmitido diretamente de pessoa para pessoa. A bactéria é uma espécie aquática em forma de bastonete com uma temperatura ótima de cerca de 36 o C e é um habitante comum de sistemas de água quente em edifícios. A infecção ocorre quando as pessoas inalam gotículas de aerossol contendo a bactéria.

Alveolite alérgica extrínseca é uma resposta hipersensível grave, geralmente associada à exposição repetida a esporos transportados pelo ar no ambiente de trabalho. Um exemplo clássico é a condição denominada pulmão do fazendeiro, causada pela exposição a esporos de actinomicetos termofílicos.

Aspergilose, Histoplasmose e Coccidioidomicose são exemplos de infecções fúngicas graves em humanos, iniciadas por esporos depositados nos alvéolos. Eles podem ser doenças fatais de pessoas imunocomprometidas, quando os fungos se disseminam dos pulmões para os principais órgãos do corpo. No entanto, em todos os casos, a infecção em humanos é acidental ao fungo, não desempenhando nenhum papel em sua biologia normal. São fungos que crescem naturalmente como organismos decompositores no solo, fezes de pássaros ou outros substratos orgânicos.

Aspergillus fumigatus. ( UMA ) Cabeças de esporos típicas do fungo em cultura de laboratório. Os esporos são produzidos a partir de fiálides que surgem da parte superior de um inchaço em forma de taco (vesícula) de uma hifa ereta (o esporangióforo). [Ver microrganismos termofílicos]. ( B ) Seção microscópica de tecido pulmonar, corada para mostrar hifas de Aspergillus em um saco de ar. Essa bola de hifas crescendo saprotroficamente no pulmão é chamada de aspergiloma.

A amostragem de ar é usada rotineiramente para monitorar as populações de partículas transportadas pelo ar e para informar o público sobre a qualidade do ar e a contagem de pólen / esporo por meio de transmissão pública (relatórios meteorológicos, etc.). É usado por grandes hospitais para monitorar as populações de partículas alergênicas específicas (esporos de fungos, etc.), para que as causas das alergias dos pacientes possam ser determinadas. E é usado em patologia de cultivo para previsão de doenças, de modo que os produtores possam aplicar fungicidas quando necessário.

Aqui, consideraremos três tipos principais de dispositivo de amostragem para detectar cargas de esporos de fungos no ar:

o amostrador rotorod (Figura C abaixo) é um amostrador de ar barato, simples e portátil. Consiste em uma haste de metal em forma de U presa por um eixo a um motor elétrico alimentado por bateria. O motor faz com que os braços verticais da haste de metal girem em alta velocidade. Para usar o amostrador, os braços verticais são cobertos com tiras estreitas de fita adesiva, de modo que quaisquer esporos no ar colidam com as fitas. Em seguida, as fitas são removidas e examinadas microscopicamente para identificar os esporos e outras partículas, como grãos de pólen, no ar. Alguns exemplos são mostrados em Figuras D e E.


Figura C : Amostrador Rotorod. Figuras D, E: Pedaços de fita adesiva nos quais esporos e outras partículas foram impactados. As partículas identificáveis ​​incluem: em D, um ascósporo (Como), um esporo de fungo hialino (incolor) (h) e um conídio do fungo comum da superfície da folha Cladosporium (c) no E, conídios multicelulares (semelhantes a raquetes de neve) de um fungo comum da superfície da folha Alternaria (uma), conídios (c) e fragmentos de hifas (CH) do Cladosporium, e um grande esporo hialino de um fungo do oídio (m).

Este tipo de amostrador é mais eficaz para capturar partículas relativamente grandes (mais de cerca de 7 micrômetros), como esporos de fungos maiores e grãos de pólen. A razão para isso é mostrada em Figura F abaixo.

Quando o ar está viajando em direção a um objeto, como um cilindro estreito, ou vice-versa, ele é desviado ao redor do objeto. Quaisquer partículas no ar tenderão a continuar ao longo de sua trajetória original, mas sua capacidade de fazer isso (e para impactar no objeto) é regido por seus impulso (definido como massa x velocidade). Em qualquer velocidade do ar, as partículas mais pesadas são mais propensas a impactar (uma no diagrama), enquanto as partículas menores (mais leves) provavelmente serão desviadas ao redor do objeto. Velocidades de ar muito altas seriam necessárias para impactar as partículas menores (b no diagrama), e tais velocidades do ar raramente são encontradas em condições naturais.

Na prática, portanto, esporos de fungos e outras partículas transportadas pelo ar podem ser agrupados em duas categorias amplas - aquelas que podem impactar nas superfícies (impactores), e aqueles que são menores e só são removidos do ar por sedimentação em condições de calmaria prolongada ou que são removidos do ar pela chuva.

Uma das vantagens do amostrador rotorod é que ele pode ser usado para localizar com precisão uma fonte de esporos de um fungo específico. O famoso aerobiólogo, PH Gregory, fez isso na década de 1950, colocando amostradores de rotorod em diferentes posições em um campo e & quotingindo & quot em uma fonte de esporos do fungo Pithomyces chartarum, que causa uma condição conhecida como eczema facial em ovelhas.

Muitos patógenos importantes de plantas cultivadas têm grandes esporos que impactam prontamente nas superfícies das plantas para iniciar a infecção. Os exemplos incluem o oídio do trigo, Erysiphe graminis (Figura G, com esporos de cerca de 30 micrômetros de comprimento) e manchas soltas de trigo, Ustilago tritici (Figuras H, I) Esta doença do smut é caracterizada por uma massa de esporos pretos onde o grão normalmente seria produzido. Esses esporos têm 8-10 micrômetros de diâmetro. (Veja Patógenos biotróficos).

Mais informações sobre o amostrador rotorod podem ser encontradas no site de um fornecedor comercial, http://www.multidata.com/samplingtechnologies.html (não neste servidor).

O amostrador de esporos Burkard atua no mesmo princípio que o amostrador rotorod, mas é usado para fornecer um registro contínuo de partículas no ar por um período de 24 horas ou até 7 dias. O aparelho (Figuras J, K) consiste em um tambor selado a ar que contém um disco giratório em forma de relógio (ponta de seta na Fig. K) que faz uma única volta em 7 dias. A superfície deste disco é coberta com fita adesiva, para prender os esporos que impactam nele. Quando o aparelho é montado, o ar é sugado para dentro do tambor em alta velocidade através de um orifício de fenda (ponta de seta na Fig. J) por meio de um motor na base do aparelho. Quaisquer partículas no ar impactam na fita adesiva perto do orifício da fenda, fornecendo um registro das partículas na atmosfera em um horário específico do dia. No final de uma execução de 7 dias, a fita é removida, cortada em seções representando períodos horários ou diários e, em seguida, examinada microscopicamente.

Desta forma, é possível distinguir claramente entre esporos ou outras partículas liberados pela noite e pelo dia, e também relacionar os tipos de partícula a diferentes condições climáticas (por exemplo, períodos úmidos ou secos) enquanto o aparelho estava funcionando. A armadilha de esporos Burkard é comumente usada para monitoramento contínuo de esporos ou cargas de pólen no ar. Por exemplo, essas armadilhas são comumente localizadas em telhados de hospitais, estações meteorológicas e outros edifícios públicos, e fornecem informações públicas por meio de transmissões de TV e rádio.

O princípio é exatamente o mesmo do amostrador rotorod porque o aprisionamento de partículas é baseado na impactação. As limitações também são as mesmas: apenas as partículas maiores com massa suficiente terão impacto nas fitas nas velocidades de ar geradas por este tipo de amostrador.

Figuras J-K. O dispositivo de amostragem de esporos de Burkard, mostrado na forma montada (J) e durante a preparação (K).

The Anderson sampler

A amostra de Anderson (Figura L) é um dispositivo engenhoso para capturar seletivamente diferentes tamanhos de partículas de acordo com seu tamanho (momento). Este amostrador consiste em uma pilha de 8 seções de metal que se encaixam com anéis de vedação para formar um cilindro hermético. Cada seção de metal tem uma base perfurada (ver Figura N), e o número de perfurações é o mesmo em cada seção, mas o tamanho dessas perfurações é progressivamente reduzido do topo para a parte inferior da coluna. Para usar este amostrador, placas de ágar abertas são colocadas entre cada seção de metal, apoiadas em três pinos (mostrados como pontas de seta na Figura N).

Figuras L, M . O amostrador de ar Anderson, mostrado em um laboratório (eu) e montado com um cata-vento em um local de campo (M).

Quando totalmente montado (com uma placa de ágar aberta entre cada unidade), um motor elétrico suga o ar da parte inferior da unidade, fazendo com que o ar carregado de esporos entre no topo (ponta de seta na Figura L) e passe para baixo através do cilindro. O caminho percorrido por este ar é mostrado em Figura O, abaixo.

O ar aspirado no topo da coluna viaja a uma velocidade relativamente baixa em direção à primeira placa de ágar e, portanto, apenas as partículas maiores impactam na superfície do ágar. O ar então viaja ao redor da borda da placa de ágar e através das perfurações para a segunda placa de ágar e assim por diante. À medida que esse processo continua descendo pela pilha, o mesmo volume de ar é forçado a viajar através de perfurações sucessivamente menores e, assim, a velocidade do ar é aumentada progressivamente. O aumento progressivo da velocidade do ar na parte inferior da coluna aumenta o momento das partículas transportadas pelo ar, de modo que mesmo as partículas mais pequenas (menos de 3 micrômetros de diâmetro) podem impactar nas placas de ágar inferiores.

Quando o amostrador é executado por 5-15 minutos ou mais, as placas de metal são separadas e as placas de Petri são removidas para incubação para identificar as colônias que se desenvolvem. Figuras P-R (abaixo) mostram alguns exemplos de placas de ágar de um amostrador Anderson. Nesse caso, a amostra de ar continha esporos de feno mofado e as placas de ágar foram incubadas a 37 o C.

Figura P : Uma placa de ágar do nível inferior de um amostrador Anderson. As colônias são de actinomicetos termofílicos (Micropolyspora faeni ou Thermoactinomyces vulgaris) que são causas comuns de Doença pulmonar do fazendeiro (alveolito alérgico extrínseco). Os esporos de actinomicetos são muito pequenos (1 a 2 micrômetros), portanto, geralmente entram nos pulmões. Eles formam colônias densas e de crescimento lento no ágar, e o padrão de colônias visto nesta placa de ágar reflete o padrão das perfurações pelas quais o ar passou. Esta figura também mostra como uma placa de Petri dividida (três setores) pode ser preenchida com diferentes meios de ágar para detectar diferentes tipos de organismos no ar. Figuras Q e R mostram placas de ágar da parte intermediária do amostrador Anderson, onde várias espécies de Aspergillus e Penicillium desenvolveram-se a partir de esporos com cerca de 3-5 micrômetros de diâmetro.

Uma das características interessantes do amostrador Anderson é que ele imita a deposição de esporos (ou outras partículas ariborne) no trato respiratório humano (ver Figura O) Por exemplo, esporos de fungos e grãos de pólen relativamente grandes tendem a ficar presos nos cabelos cobertos de muco de nossas narinas, onde podem causar sintomas de "febre alta" em indivíduos sensibilizados. Partículas menores não ficam presas nas narinas, mas, em vez disso, são carregadas para os bronquíolos e alvéolos. Aqui, a velocidade do ar é muito baixa, porque a ramificação sucessiva do trato respiratório reduziu a velocidade do ar ao mínimo. Mas esporos de cerca de 2-4 micrômetros de diâmetro podem se estabelecer nas superfícies mucosas dos alvéolos. Alguns desses esporos são importantes para iniciar infecções nos pulmões. Contudo, é importante notar que os mecanismos subjacentes de deposição de esporos no amostrador Anderson são totalmente diferentes daqueles no trato respiratório humano - o amostrador Anderson captura esporos por impactação, enquanto os esporos são depositados no trato respiratório humano principalmente por sedimentação.

O trato respiratório é altamente eficaz na captura de partículas transportadas pelo ar, às vezes com consequências graves para a saúde. Os mecanismos envolvidos dependem do tamanho da partícula.

    Partículas grandes (cerca de 10 micrômetros) têm massa suficiente para impacto em superfícies, mesmo em baixas velocidades de ar. Eles se libertam do ar enquanto este flui ao redor de obstáculos. Durante a respiração normal, o fluxo de ar no nariz e na traqueia é de cerca de 100 cm por segundo - suficiente para grãos de pólen e esporos de fungos maiores ( Alternaria , etc.) para ser retido na mucosa, onde podem causar típicas sintomas de febre do feno como rinite e asma.

Onde os patógenos bacterianos e virais se encaixam nesse esquema?

As infecções nasofaríngeas por vírus estão associadas a grandes gotas de espirro que impactam nas vias aéreas superiores. A maioria das doenças bacterianas também é iniciada nas vias respiratórias superiores, quando as bactérias são transportadas em grandes gotículas ou em "fragmentos" da pele que impactam na mucosa. No entanto, infecções por Mycobacterium (tuberculose) e Bacillus anthracis (antraz) são iniciados nos pulmões. Estes são patógenos altamente virulentos, e até células únicas ou esporos (cerca de 3 micrômetros para Bacilo) pode iniciar infecções após a deposição nos alvéolos.

PH Gregory (1973) Microbiologia da Atmosfera. Segunda edição. Leonard Hill

J Lacey (1988) Dispersão aérea e o desenvolvimento de comunidades microbianas. pp. 207-237 em: Microrganismos em ação: conceitos e aplicações em ecologia microbiana (Eds JM Lynch e JE Hobbie). Blackwell Scientific Publications, Oxford.

HA Burge (1985) Fungus allergens. Clin. Rev. Allergy 3, 319-329.

B Flannigan & amp JD Miller (1993) Implicações para a saúde de fungos em ambientes internos - uma visão geral. No Implicações de Fungos para a Saúde em Ambientes Internos (eds. R.A. Samson, B. Flannigan, M.E. Flannigan e S. Gravesen), Elsevier, Amsterdam.

B Flannigan, EM McCabe & amp F McGarry (1991) Allergenic and toxigenic microorganic in houses. Journal of Applied Bacteriology Suplemento do Simpósio. 70, 61S-73S.

Muitas informações úteis podem ser encontradas no Departamento de Saúde e Segurança Ambiental da Universidade de Minnesota: Fungos em Edifícios (não neste servidor)

Outros links úteis via Aerobiologia Internacional (não neste servidor)


DNA “egoísta” ajuda as bactérias a trapacear e crescer em comunidades microbianas densamente compactadas

Os cientistas têm um termo para os genes que se espalham pela população a qualquer custo: DNA “egoísta”. Uma maneira pela qual esses genes se transmitem através das comunidades bacterianas é por meio de um tipo de sexo bacteriano denominado conjugação.Quando uma bactéria entra em contato com outra, o DNA da célula hospedeira pode ser injetado em uma célula receptora.

O laboratório de Alan Grossman no Departamento de Biologia do MIT estuda um pedaço pequeno, mas egoísta de DNA chamado ICEBs1. Seu grupo identificou várias maneiras pelas quais esse elemento genético móvel realmente beneficia sua bactéria hospedeira enquanto ela luta para se espalhar. Com base neste trabalho, o laboratório de Grossman colaborou com colegas da Universidade de Tel Aviv em um novo estudo publicado recentemente em eLife. A equipe internacional descobriu que o ICEBs1 contém um gene em particular, que permite à célula hospedeira continuar a se dividir em comunidades microbianas densamente compactadas. Isso ajuda o hospedeiro a crescer em condições onde os nutrientes são escassos, ao mesmo tempo que ajuda potencialmente o ICEBs1 para se propagar.

“Elementos genéticos móveis como ICEBs1 são encontrados nos cromossomos de muitos tipos diferentes de bactérias ”, diz Grossman, chefe do departamento e co-autor sênior do estudo. “Estudar esses elementos - como eles se espalham e como afetam suas células hospedeiras - é fundamental para entender a evolução das bactérias, projetar alguns tipos de bactérias para fazer coisas úteis e, possivelmente, prevenir os efeitos deletérios causados ​​por bactérias nocivas.”

Como muitos segmentos de DNA em movimento, ICEBs1 inclui genes que codificam a maquinaria molecular necessária para se transferir de uma célula para outra. Mas os elementos genéticos móveis também podem conter genes de “carga” que conferem à bactéria hospedeira novas características, como resistência a antibióticos. No entanto, em muitos casos, as propriedades que um gene cargo irá conferir são difíceis de prever.

“A célula hospedeira pode obter muitos genes novos rapidamente por meio de elementos genéticos móveis como o ICEBs1, e há muito que ainda não sabemos sobre os tipos de fenótipos que os genes de carga conferem ”, diz o primeiro autor do estudo, Joshua Jones PhD '20. “A gama de características possíveis é provavelmente muito mais diversa do que avaliamos atualmente.”

Para investigar as mudanças que o ICEBs1 gatilhos na célula hospedeira, Jones e colegas examinaram grandes comunidades microbianas chamadas biofilmes. Eles se formam quando muitas bactérias se agregam em uma superfície e secretam uma “cola” viscosa feita de açúcar, proteínas e DNA que envolve a população. Exemplos comuns de biofilmes incluem placa dentária, a lama que reveste o interior dos tubos ou as infecções deletérias que se formam nos implantes cirúrgicos nos corpos dos pacientes.

Como há tantas bactérias em contato próximo, os biofilmes são pontos importantes para a troca de elementos genéticos móveis como o ICEBs1. No entanto, secretar os materiais necessários para produzir a cola viscosa pode esgotar rapidamente os recursos. Como resultado, as bactérias em um biofilme nem sempre têm a capacidade de crescer, se dividir e potencialmente espalhar ICEBs1. Em vez disso, certos tipos de bactérias em forma de bastão começam a produzir esporos que são análogos às sementes das plantas. Esse processo, chamado esporulação, permite que essas bactérias fiquem dormentes e sobrevivam a condições extremas.

Jones descobriu que Bacillus subtilis bactérias contendo ICEBs1 atrasaram sua contribuição para a cola de biofilme e também atrasaram a produção de esporos dormentes. Como resultado, essas bactérias podem continuar a se dividir por mais tempo do que as bactérias sem ICEBs1 - aumentando o número de bactérias com ICEBs1 e a probabilidade de que ICEBs1 iria se espalhar. Os pesquisadores foram capazes de identificar um ICEBs1 gene de carga em particular, chamado de inibidor de desenvolvimento (devI), que desencadeou esse atraso no desenvolvimento e na esporulação do biofilme.

“De certa forma, as células com ICEBs1 estão ‘trapaceando’, atrasando a esporulação e não contribuindo para o bem maior da comunidade do biofilme ”, diz Jones. Mas, ele explica, eles podem se safar porque o devI via apenas inicia quando ICEBs1-células contendo são a minoria em uma população microbiana. Para se espalhar o mais amplamente possível, é melhor para ICEBs1 para transferir para novas células que ainda não contêm cópias existentes. Além disso, o acúmulo de cópias duplicadas pode ter efeitos prejudiciais no ICEBs1 em si.

“É um sistema muito inteligente para avaliar a situação ao redor da célula e decidir se vale a pena para o ICEBs1 para tentar transferir ”, acrescenta Jones.

Em seguida, o laboratório de Grossman planeja determinar precisamente como devI exerce seus efeitos na formação e esporulação de biofilme. Eles suspeitam que outro ICEBs1elementos semelhantes também podem usar genes análogos a devI para executar estratégias de propagação semelhantes. Sondar essas táticas de "trapaça" orquestradas por genes egoístas ajudará os cientistas a entender melhor a evolução microbiana e, eventualmente, talvez até mesmo inspirar drogas para interromper biofilmes prejudiciais, como aqueles que se formam em torno de implantes cirúrgicos.


Os padrões fractais de colônias bacterianas

As bactérias podem ser organismos unicelulares, mas muito raramente existem como células isoladas por conta própria. Em vez disso, as bactérias formam colônias compostas de muitas células, todas crescendo e se dividindo juntas. Essas colônias são freqüentemente ordenadas em forma e forma e vários sistemas físicos foram criados para modelar essa auto-organização, por exemplo, pequenas hastes vibratórias nas proximidades que se organizam em padrões. No entanto, esses sistemas geralmente perdem dois dos fatores mais cruciais do desenvolvimento de colônias bacterianas: todas as células estão crescendo e se dividindo continuamente.

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Cambridge usou técnicas de biologia sintética para observar os padrões vistos em uma colônia crescente de bactérias E. coli. A fim de observar os padrões de organização celular, os genes para uma proteína fluorescente vermelha, verde ou azul foram introduzidos nas bactérias, que foram então permitidas a crescer e se desenvolver em uma superfície plana.

Existem muitas razões diferentes pelas quais as bactérias devem formar padrões durante o crescimento e o desenvolvimento. Pode ser devido às moléculas de sinalização que se movem entre as bactérias, às forças adesivas que as mantêm unidas ou à física das formas em divisão empurrando-se umas contra as outras. Os pesquisadores usaram um sistema de modelagem computacional chamado CellModeller para ver se eles poderiam fazer um sistema de divisão de formas de bastão que produzisse os padrões vistos nas colônias físicas.

O modelo foi elaborado com uma série de premissas. Em primeiro lugar, ele continha apenas cápsulas de alongamento rígidas, a mesma forma da divisão E. coli. Essas cápsulas cresceriam até um determinado comprimento e se dividiriam ao meio. Cada cápsula não se moveu sob sua própria propulsão, mas apenas quando submetida a forças externas. Finalmente, eles restringiram o crescimento com forças de arrasto viscosas causadas pelas interações de células pressionando e crescendo umas contra as outras. O modelo CellModeller foi então comparado com o modelo de crescimento natural E. coli, conforme mostrado abaixo (o gráfico à direita mostra as medidas da dimensão fractal da bactéria e do modelo):

Conforme mostrado pelo modelo computacional, esses padrões não dependem de características genéticas ou celulares da bactéria, mas das interações físicas entre os bastonetes em crescimento e seu ambiente físico circundante. As forças das hastes pressionando umas contra as outras e lutando por espaço à medida que crescem criam os padrões observados.

A fim de explorar isso mais a fundo, os pesquisadores usaram um mutante de seu E. coli cepa que é redonda, ao invés de em forma de bastonete (cepa KJB24). Essas células crescem e se dividem da mesma maneira que as células em forma de bastão, mas não formam os mesmos padrões pontiagudos. Em vez disso, limites de domínio suavizados são vistos, e grandes e decepcionantes formas de blocos em vez de picos e depressões coloridos.

Este modelo usa interações físicas para criar os padrões de crescimento vistos em uma única camada de E. coli células. Apesar da aparente simplicidade do sistema, padrões fractais emergentes ainda são vistos se formando. O desenvolvimento de modelos mais complexos para incluir fatores genéticos e celulares vistos em colônias bacterianas mais sofisticadas, como aquelas que exibem comportamento de enxameação, natação ou biofilme, pode fornecer uma maneira útil de pesquisar o desenvolvimento e o crescimento de colônias bacterianas.

Referência: Cell Polarity-Driven Instability Generates Self-Organized, Fractal Patterning of Cell Layers, Timothy J. Rudge, Fernán Federici, Paul J. Steiner, Anton Kan e Jim Haseloff, ACS Synthetic Biology 2013 Na imprensa DOI: 10.1021 / sb400030p

As opiniões expressas são do (s) autor (es) e não necessariamente da Scientific American.

SOBRE OS AUTORES)

Um bioquímico com amor pela microbiologia, o Lab Rat gosta de explorar, ler e escrever sobre bactérias. Tendo finalmente conseguido se afastar da universidade, ela agora trabalha para uma pequena empresa em Cambridge, onde transforma dados em palavras gerenciáveis ​​e gráficos incríveis.


Bactérias em crescimento

O objetivo deste experimento é aprender como cultivar bactérias em um ambiente controlado. Usando materiais simples de casa em vez de placas de Petri, os alunos aprenderão como realizar uma técnica estéril. O resultado desse experimento depende muito de sua capacidade de manter seu equipamento esterilizado.

  • O que são bactérias? O que é molde? O que é fungo?
  • Como as bactérias se reproduzem? Como os moldes se reproduzem?
  • Quão bem-sucedida foi sua técnica de esterilização? Algo cresceu no prato 2? Se sua técnica de esterilização for perfeita, você não verá nada crescendo neste prato.
  • Como o controle se compara ao prato que foi exposto ao ar? O que isso diz sobre a qualidade do ar em sua cozinha?
  • Como seus outros pratos se comparam?

Embora sejam pequenos demais para serem vistos, bactérias e esporos de fungos preenchem o ar e param na maioria das superfícies. Embora algumas bactérias e fungos causem doenças, a maioria dos organismos que você encontra todos os dias é geralmente inofensiva, a menos que as condições favoreçam seu crescimento. Quando você vê adultos limpando superfícies na cozinha que parecem estar perfeitamente limpas, os adultos estão realmente se certificando de que não há bactérias, esporos de mofo ou migalhas que possam alimentar esses organismos.

Este experimento é semelhante a outros frequentemente realizados com placas de Petri. No entanto, este experimento oferece a oportunidade de praticar uma técnica estéril. Cirurgiões e cientistas que fazem cultura de tecidos praticam técnicas estéreis porque a introdução de fungos ou bactérias pode prejudicar o paciente ou destruir a cultura que o cientista está cultivando.

As bactérias são organismos unicelulares simples que se reproduzem dividindo-se em duas. Os bolores são semelhantes às bactérias, mas se reproduzem gerando esporos semelhantes a sementes. Um molde comum é Mucor mucedo.

  • Uma lata de sopa de tomate condensado
  • Seis pequenas xícaras de creme, ramequins ou pratos de sobremesa. Qualquer prato serve, desde que tenha uma pequena tampa de não mais que 3-4 polegadas de diâmetro.
  • Embrulho de saran
  • Seis elásticos
  • Pinças de cozinha
  • Uma panela pequena, uma panela grande e uma frigideira grande onde você pode ferver água
  • Câmera
  1. Encha a panela grande com água e leve para ferver. Reduza o fogo para ferver suave. Coloque os copos de creme e as pinças na água fervente. Cozinhe por vinte minutos.
  2. Abra a lata de sopa de tomate e despeje na panela pequena. Adicione & frac12 pode regar e mexer. Deixe ferver, tampe e deixe ferver em fogo baixo por 20 minutos.
  3. Enquanto a sopa de tomate está fervendo, encha a panela grande com água e leve para ferver. Reduza o fogo para ferver suave. Coloque os copos de creme, a colher de sopa e as pinças na água fervente. Cozinhe por vinte minutos.
  4. Encha a frigideira com água e leve para ferver. Reduza a temperatura para que ferva suavemente.
  5. Corte seis quadrados de filme plástico grandes o suficiente para caber na frigideira. Tenha cuidado para não deixar o envoltório de Saran emaranhado nele. Solte suavemente a folha inteira cortada na água fervente. Ele encolherá imediatamente. Adicione todos os quadrados à água. Você pode ter que cortar quadrados adicionais para usar no caso de o envoltório de Saran ficar emaranhado.
  6. Certifique-se de ter uma bandeja ao lado do fogão que tenha espaço adequado para todos os seis copos de creme. Escreva & ldquoDish # 1, & rdquo & ldquoDish # 2, & rdquo & ldquoDish # 3, & rdquo & ldquoDish # 4, & rdquo & ldquoDish # 5 & rdquo e & ldquoDish # 6 & rdquo em seis cartões 3 x 5. Coloque os cartões individualmente com a escrita voltada para cima.
  7. Remova a pinça da água fervente enganchando o cabo de uma colher ou garfo na alça da pinça. Coloque as pinças com cuidado para que fiquem planas sobre um vidro limpo. Não deixe as pinças tocarem na mesa ou em qualquer outra coisa. Não toque em nenhuma parte da pinça, exceto na alça. O objetivo desta etapa é manter as pinças estéreis até que esfriem o suficiente para que você possa manuseá-las confortavelmente.
  8. Depois que as pinças esfriarem, use-as para remover a colher de sopa da água. Coloque a colher de sopa sobre o contêiner, como fez na etapa 7. O objetivo aqui é manter a colher esterilizada enquanto ela esfria o suficiente para você usar confortavelmente.
  9. Usando sua pinça esterilizada, remova cuidadosamente um copo de creme da água fervente e coloque-o na bandeja. Usando sua colher de sopa esterilizada, adicione duas colheres de sopa ao prato. Ao pousar a colher de sopa ou a pinça, certifique-se de colocá-los sobre o vidro para minimizar a contaminação.
  10. Usando sua pinça, remova um quadrado de filme plástico da água e coloque-o sobre o copo do deserto que você preparou na etapa 9. Coloque sua pinça sobre o vidro. Prenda o Saran Wrap no lugar usando um elástico. Este é o prato nº 1.
  11. Retire um segundo copo de creme da água e adicione a sopa exatamente como fez na etapa # 9. Espere 30 minutos antes de cobrir o prato com filme plástico, exatamente como fez com o prato nº 1 na etapa 10. Este é o prato nº 2.
  12. Retire um terceiro copo de creme da água e adicione a sopa exatamente como fez na etapa # 9. Como você tem as mãos muito limpas, peça a um irmão, irmã, pai ou amigo para enfiar o dedo sujo na sopa de tomate. Cubra imediatamente o prato com filme plástico e prenda com um elástico, como fez na etapa 10. Este é o prato # 3.
  13. Repita o passo 9 com os pratos # 5 e # 6. Para o prato 5, passe um dedo pelo chão da cozinha antes de apresentá-lo à sopa de tomate. Cubra imediatamente o prato 5, como fez na etapa 10. Para o prato 6, espalhe algumas migalhas na sopa de tomate e tampe imediatamente.
  14. Crie uma tabela com sete colunas de forma que você tenha uma coluna para a data e uma para cada um dos seis pratos. Na coluna da esquerda, você digitará a hora e a data. Escreva suas observações para cada prato. Continue fazendo observações duas vezes por dia durante uma semana.

Termos / Conceitos: Bactérias Microbiologia Crescimento bacteriano Técnica estéril Reprodução bacteriana Esporos de fungos Mucor Mucedo

  • Oetting, Judy e Tad Herr. Germs (Rookie Readers) Children & rsquos Press (2007)
  • Cole, Joanna, Jon Speirs e Bruce Degan. O ônibus escolar mágico dentro de Ralphie: um livro sobre germes. Scholastic Paperbacks, 1995
  • DiConsiglio, John. Há um fungo entre nós: histórias verdadeiras de moldes assassinos. Children & rsquos Press (2007).
  • Viegas, Jennifer. Fungos e bolores (Germes! A Biblioteca de Organismos Causadores de Doenças). Rosen Publishing Group (2004)

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Onde vivem as bactérias?

As bactérias são organismos unicelulares. Eles são muito pequenos & mdashtiny o suficiente para que você não possa ver um a olho nu (embora você possa ver um grupo inteiro). As bactérias desempenham todos os tipos de funções no meio ambiente e no corpo, como ajudar os nutrientes no solo e ajudá-lo a digerir o almoço. São também bactérias nocivas, razão pela qual as pessoas sempre enfatizam a importância de lavar as mãos. Não há como escapar das bactérias e, diabos, elas estão por toda parte!

As bactérias são assexuadas, o que significa que se reproduzem sozinhas. Eles se reproduzem por fissão binária, que se divide na célula em duas, duas células em quatro e quatro células em oito! É assim que você vai cultivar bactérias suficientes para ver a olho nu.

Problema

Descubra quais locais públicos têm mais bactérias.

Materiais

  • 5 ou mais placas de Petri
  • Prato pequeno de vidro (Pyrex)
  • Sacos plásticos com zíper
  • pó de ágar
  • Água
  • Cotonetes
  • Fita de rotulagem
  • Marcador
  • Luvas descartáveis ​​de nitrilo

Procedimento

  1. Use cotonetes para coletar suas amostras de bactérias. Tudo o que você precisa fazer é limpar o cotonete em uma superfície. Alguns bons locais para encontrar muitas bactérias são maçanetas, assentos de ônibus ou trem, mesas e maçanetas de torneiras. Use apenas um cotonete por local. É uma boa idéia usar luvas durante este experimento para que você não fique doente com nenhum dos germes. Certifique-se de lavar as mãos durante e após o procedimento.
  2. Armazene cada cotonete em sua própria sacola com zíper rotulada.
  3. Identifique suas placas de Petri com os locais onde você coletou cada amostra.
  4. Misture o pó de ágar com água, seguindo as instruções do fabricante.
  5. Despeje uma pequena quantidade do ágar líquido no pequeno prato de vidro.
  6. Pegue um cotonete limpo e novo e passe uma placa de Petri limpa.
  7. Mergulhe o cotonete no prato de ágar. Em seguida, limpe novamente a placa de Petri e identifique-a como & ldquocontrol. & Rdquo Por que você sempre deve ter um controle? A que propósito o controle serve?
  8. Limpe o prato pequeno. Você não quer contaminar o ágar entre as amostras.
  9. Pegue cada uma das amostras coletadas, mergulhe-as em ágar e esfregue a placa de Petri devidamente rotulada.
  10. Mantenha os pratos em temperatura ambiente e registre suas observações ao longo de alguns dias. Quais locais parecem ter mais bactérias?

Resultados

As placas de ágar com mais bactérias vêm de locais que abrigam mais bactérias. Os resultados irão variar dependendo dos locais que você escolheu para testar.

O ágar é usado como superfície para o crescimento das bactérias. O ágar em si não pode ser digerido pela maioria dos organismos, mas os pacotes de ágar para células em crescimento geralmente contêm aditivos que as bactérias comem e usam para crescer. As bactérias também crescem rapidamente com umidade e calor relativo.

O grupo de controle é importante porque fornece uma base para comparar o crescimento de outras bactérias. Felizmente, se as placas de Petri estiverem limpas, você não terá crescimento.Se houver crescimento de bactérias na placa de Petri de controle, ela foi de alguma forma contaminada com bactérias, e você terá que considerar isso ao examinar os resultados de seu experimento.

Os locais onde muitas pessoas diferentes tocam uma determinada superfície têm maior probabilidade de apresentar uma grande quantidade de bactérias (por exemplo, o corrimão de uma escada rolante). As bactérias podem se espalhar através dos fluidos corporais, deixando o corpo quando alguém tosse ou espirra e estabelecendo um novo lar temporário na área circundante. Como as pessoas costumam espirrar ou tossir nas mãos, as superfícies que entram em contato com as mãos, como as maçanetas das portas, tendem a ter muitas bactérias. É por isso que é melhor tossir e espirrar na curva do braço, porque assim você pode evitar que as bactérias se espalhem para outras pessoas com as suas mãos.

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Ecologia de bactérias

Os procariontes são onipresentes na superfície da Terra. Eles são encontrados em todos os ambientes acessíveis, do gelo polar às fontes termais borbulhantes, do topo das montanhas ao fundo do oceano e de corpos vegetais e animais a solos florestais. Algumas bactérias podem crescer no solo ou na água em temperaturas próximas de congelamento (0 ° C [32 ° F]), enquanto outras prosperam na água em temperaturas próximas à ebulição (100 ° C [212 ° F]). Cada bactéria é adaptada para viver em um nicho ambiental específico, seja em superfícies oceânicas, sedimentos de lama, solo ou superfícies de outro organismo. O nível de bactérias no ar é baixo, mas significativo, especialmente quando há poeira suspensa. Em corpos de água naturais não contaminados, as contagens bacterianas podem ser na casa dos milhares por mililitro em solo fértil, as contagens bacterianas podem ser na casa dos milhões por grama e nas fezes, as contagens bacterianas podem exceder bilhões por grama.

Os procariontes são membros importantes de seus habitats. Embora sejam pequenos em tamanho, seus números absolutos significam que seu metabolismo desempenha um papel enorme - às vezes benéfico, às vezes prejudicial - na conversão de elementos em seu ambiente externo. Provavelmente, todas as substâncias que ocorrem naturalmente, e muitas outras sintéticas, podem ser degradadas (metabolizadas) por algumas espécies de bactérias. O maior estômago da vaca, o rúmen, é uma câmara de fermentação na qual as bactérias digerem a celulose das gramíneas e se alimentam, convertendo-os em ácidos graxos e aminoácidos, que são os nutrientes fundamentais usados ​​pela vaca e a base de sua produção. de leite. Resíduos orgânicos em esgoto ou pilhas de composto são convertidos por bactérias em nutrientes adequados para o metabolismo das plantas ou em metano gasoso (CH4) e dióxido de carbono. Os restos de todos os materiais orgânicos, incluindo plantas e animais, são eventualmente convertidos em solo e gases por meio da atividade de bactérias e outros microorganismos e, portanto, são disponibilizados para crescimento posterior.

Muitas bactérias vivem em riachos e outras fontes de água, e sua presença em baixas densidades populacionais em uma amostra de água não indica necessariamente que a água seja imprópria para consumo. No entanto, a água que contém bactérias como E. coli, que são habitantes normais do trato intestinal de humanos e animais, indica que o esgoto ou material fecal poluiu recentemente essa fonte de água. Essas bactérias coliformes podem ser eles próprios patógenos (organismos causadores de doenças), e sua presença sinaliza que outros patógenos bacterianos e virais menos facilmente detectados também podem estar presentes. Os procedimentos usados ​​em estações de purificação de água - sedimentação, filtração e cloração - são projetados para remover esses e quaisquer outros microorganismos e agentes infecciosos que possam estar presentes na água destinada ao consumo humano. Além disso, o tratamento de esgoto é necessário para evitar a liberação de bactérias e vírus patogênicos das águas residuais para o abastecimento de água. As estações de tratamento de esgoto também iniciam a decomposição de materiais orgânicos (proteínas, gorduras e carboidratos) nas águas residuais. A quebra da matéria orgânica por microrganismos na água consome oxigênio (demanda bioquímica de oxigênio), causando uma diminuição no nível de oxigênio, que pode ser muito prejudicial à vida aquática em riachos e lagos que recebem as águas residuais. Um dos objetivos do tratamento de esgoto é oxidar o máximo de matéria orgânica possível antes de sua descarga no sistema de água, reduzindo assim a demanda bioquímica de oxigênio das águas residuais. Tanques de digestão de esgoto e dispositivos de aeração exploram especificamente a capacidade metabólica das bactérias para esse fim. (Para obter mais informações sobre o tratamento de águas residuais, Vejo obras ambientais: controle da poluição da água.)

As bactérias do solo são extremamente ativas em efetuar mudanças bioquímicas, transformando as várias substâncias, húmus e minerais, que caracterizam o solo. Os elementos centrais da vida, como carbono, nitrogênio e enxofre, são convertidos por bactérias a partir de compostos gasosos inorgânicos em formas que podem ser usadas por plantas e animais. As bactérias também convertem os produtos finais do metabolismo vegetal e animal em formas que podem ser usadas por bactérias e outros microrganismos. O ciclo do nitrogênio pode ilustrar o papel das bactérias em efetuar várias mudanças químicas. O nitrogênio existe na natureza em vários estados de oxidação, como nitrato, nitrito, gás dinitrogênio, vários óxidos de nitrogênio, amônia e aminas orgânicas (compostos de amônia contendo um ou mais hidrocarbonetos substituídos). A fixação de nitrogênio é a conversão do gás dinitrogênio da atmosfera em uma forma que pode ser usada por organismos vivos. Algumas bactérias fixadoras de nitrogênio, como Azotobacter, Clostridium pasteurianum, e Klebsiella pneumoniae, são de vida livre, enquanto as espécies de Rhizobium vivem em associação íntima com plantas leguminosas. Rhizobium organismos no solo reconhecem e invadem os fios de cabelo de sua planta hospedeira específica, entram nos tecidos da planta e formam um nódulo de raiz. Esse processo faz com que as bactérias percam muitas de suas características de vida livre. Eles se tornam dependentes do carbono fornecido pela planta e, em troca de carbono, convertem o gás nitrogênio em amônia, que é usado pela planta para sua síntese e crescimento de proteínas. Além disso, muitas bactérias podem converter nitrato em aminas para fins de síntese de materiais celulares ou em amônia quando o nitrato é usado como aceptor de elétrons. Bactérias desnitrificantes convertem nitrato em gás dinitrogênio. A conversão de amônia ou aminas orgânicas em nitrato é realizada pelas atividades combinadas dos organismos aeróbicos Nitrosomonas e Nitrobacter, que usam amônia como um doador de elétrons.

No ciclo do carbono, o dióxido de carbono é convertido em materiais celulares por plantas e procariotos autotróficos, e o carbono orgânico é devolvido à atmosfera por formas de vida heterotróficas. O principal produto da decomposição microbiana é o dióxido de carbono, que é formado pela respiração de organismos aeróbios.

O metano, outro produto final gasoso do metabolismo do carbono, é um componente relativamente menor do ciclo global do carbono, mas de importância em situações locais e como fonte de energia renovável para uso humano. A produção de metano é realizada por procariotos metanogênicos altamente especializados e obrigatoriamente anaeróbios, todos eles arqueas. Os metanogênios usam dióxido de carbono como seu aceptor de elétrons terminal e recebem elétrons do gás hidrogênio (H2) Algumas outras substâncias podem ser convertidas em metano por esses organismos, incluindo metanol, ácido fórmico, ácido acético e metilaminas. Apesar da gama extremamente estreita de substâncias que podem ser usadas pelos metanógenos, a produção de metano é muito comum durante a decomposição anaeróbica de muitos materiais orgânicos, incluindo celulose, amido, proteínas, aminoácidos, gorduras, álcoois e muitos outros substratos. A formação de metano a partir desses materiais requer que outras bactérias anaeróbicas degradem essas substâncias em acetato ou em dióxido de carbono e gás hidrogênio, que são então usados ​​pelos metanógenos. Os metanógenos apóiam o crescimento de outras bactérias anaeróbias na mistura, removendo o gás hidrogênio formado durante suas atividades metabólicas para a produção de metano. O consumo do gás hidrogênio estimula o metabolismo de outras bactérias.

Apesar do fato de os metanógenos terem uma capacidade metabólica restrita e serem bastante sensíveis ao oxigênio, eles estão amplamente difundidos na Terra. Grandes quantidades de metano são produzidas em ambientes anaeróbicos, como pântanos e pântanos, mas quantidades significativas também são produzidas no solo e por animais ruminantes. Pelo menos 80% do metano na atmosfera foi produzido pela ação de metanógenos, sendo o restante liberado de depósitos de carvão ou poços de gás natural.


Como saber se a bactéria está viva ou não?

Estou realizando um projeto de feira de ciências sobre os efeitos dos raios ultravioleta nas bactérias e testarei as bactérias internas e externas da bochecha. Provavelmente tirarei cotonetes do rosto com uma ponta q. É uma boa maneira de medir a quantidade de bactérias que existe, o quanto está crescendo e a quantidade de bactérias que morrem por causa dos raios uva. Quanto tempo deve levar para um raio uva matar bactérias adaptadas e não adaptadas (aos raios uv)? Obrigado!

Cultive as bactérias. Se as colônias crescerem, a bactéria estará viva. Se as colônias não crescerem (ou crescerem menos), a bactéria estará morta. Esta é uma medição rudimentar e não leva em conta possíveis mutações que causam menos ou mais replicação da bactéria, mas para uma feira de ciências, I & # x27d digo que foi suficiente. Você vai querer ter certeza de controlar o número total de células que swab, o que obviamente afetará sua medição. Como você vai tratar a bactéria com os raios ultravioleta? Você pode usar um reticulador UV, que é comumente usado em laboratórios de biologia, se tiver acesso a um.


Biossíntese, nutrição e crescimento de bactérias

As bactérias diferem dramaticamente no que diz respeito às condições que são necessárias para seu crescimento ideal. Em termos de necessidades nutricionais, todas as células requerem fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo, numerosos sais inorgânicos (por exemplo, potássio, magnésio, sódio, cálcio e ferro) e um grande número de outros elementos chamados micronutrientes (por exemplo, zinco , cobre, manganês, selênio, tungstênio e molibdênio). O carbono é o elemento mais exigido pelas bactérias, uma vez que o hidrogênio e o oxigênio podem ser obtidos da água, um pré-requisito para o crescimento bacteriano. Também é necessária uma fonte de energia para alimentar o metabolismo da bactéria. Um meio de organizar as bactérias é baseado nessas necessidades nutricionais fundamentais: a fonte de carbono e a fonte de energia.

Existem duas fontes que uma célula pode usar para o carbono: compostos inorgânicos e compostos orgânicos. Organismos que usam o dióxido de carbono composto inorgânico (CO2) como sua fonte de carbono são chamados de autótrofos. As bactérias que requerem uma fonte orgânica de carbono, como açúcares, proteínas, gorduras ou aminoácidos, são chamadas de heterotróficas (ou organotróficas). Muitos heterotróficos, como Escherichia coli ou Pseudomonas aeruginosa, sintetizam todos os seus constituintes celulares a partir de açúcares simples, como a glicose, porque possuem as vias biossintéticas necessárias. Outros heterótrofos perderam algumas dessas vias biossintéticas para crescer; eles exigem que seus ambientes contenham aminoácidos, bases nitrogenadas ou vitaminas específicas que estejam quimicamente intactas.

Além do carbono, as bactérias precisam de energia, que quase sempre é obtida pela transferência de um elétron de um doador de elétrons para um aceitador de elétrons. Existem três fontes básicas de energia: luz, compostos inorgânicos e compostos orgânicos. As bactérias fototróficas usam a fotossíntese para gerar energia celular na forma de trifosfato de adenosina (ATP) a partir da energia da luz. Os quimiotróficos obtêm sua energia de produtos químicos (compostos orgânicos e inorgânicos), os quimiolitotróficos obtêm sua energia de reações com sais inorgânicos e os quimioheterotróficos obtêm seu carbono e energia de compostos orgânicos (a fonte de energia também pode servir como fonte de carbono nesses organismos).

Na maioria dos casos, a energia celular é gerada por meio de reações de transferência de elétrons, nas quais os elétrons se movem de uma molécula doadora orgânica ou inorgânica para uma molécula aceptora por meio de um caminho que conserva a energia liberada durante a transferência de elétrons, prendendo-a em uma forma que a célula pode usar para seu trabalho químico ou físico. A principal forma de energia capturada da transferência de elétrons é o ATP. Os processos metabólicos que quebram as moléculas orgânicas para gerar energia são chamados de reações catabólicas. Em contraste, os processos metabólicos que sintetizam moléculas são chamados de reações anabólicas.

Muitas bactérias podem usar um grande número de compostos como fontes de carbono e energia, enquanto outras bactérias são altamente restritas em suas capacidades metabólicas. Embora os carboidratos sejam uma fonte de energia comum para os eucariotos, essas moléculas são metabolizadas apenas por um número limitado de espécies de bactérias, uma vez que a maioria das bactérias não possui as enzimas necessárias para metabolizar essas moléculas frequentemente complexas. Em vez disso, muitas espécies de bactérias dependem de outras fontes de energia, como aminoácidos, gorduras ou outros compostos. Outros compostos importantes para as bactérias incluem fosfato, sulfato e nitrogênio. Os baixos níveis de fosfato em muitos ambientes, principalmente na água, podem ser um fator limitante para o crescimento de bactérias, uma vez que muitas bactérias não podem sintetizar fosfato. Por outro lado, a maioria das bactérias pode converter sulfato ou sulfeto na forma orgânica necessária para a síntese de proteínas. A capacidade de um organismo vivo de incorporar nitrogênio da amônia é difundida na natureza, e as bactérias diferem em sua capacidade de converter outras formas de nitrogênio, como nitrato no solo ou gás dinitrogênio (N2) na atmosfera, em material celular.

Um nutriente particularmente importante das bactérias é o ferro, um elemento abundante na crosta terrestre. O ferro é um componente das proteínas heme, como a hemoglobina nos glóbulos vermelhos e os citocromos nas cadeias de transferência de elétrons, bem como muitas outras proteínas que contêm ferro envolvidas nas reações de transferência de elétrons. O ferro é necessário para o crescimento de quase todos os organismos. Em ambientes aeróbios com valores de pH neutros, o ferro ferroso (ferro no estado +2) é oxidado em ferro férrico (ferro no estado +3), que é virtualmente insolúvel em água e incapaz de entrar nas células. Muitas bactérias sintetizam e secretam substâncias químicas chamadas sideróforos, que se ligam fortemente ao ferro e o tornam solúvel em água. As bactérias então absorvem esses complexos de ferro-sideróforo e removem o ferro para suas tarefas sintéticas. A capacidade de adquirir ferro dessa forma é particularmente importante para bactérias patogênicas (causadoras de doenças), que devem competir com seu hospedeiro pelo ferro. Em ambientes anaeróbicos, o ferro pode existir no estado ferroso mais solúvel e está prontamente disponível para as bactérias.

Algumas bactérias são parasitas obrigatórios e crescem apenas dentro de uma célula hospedeira viva. Rickettsia e Clamídia, por exemplo, crescer em células eucarióticas, e Bdellovibrio crescem em células bacterianas. Treponema pallidum é difícil, senão impossível, de crescer em cultura, provavelmente porque requer baixa tensão de oxigênio e baixos níveis de oxidação-redução, que são fornecidos pela presença de células animais, ao invés de qualquer nutriente específico. Como algumas bactérias podem se desenvolver apenas como parasitas de animais ou plantas ou apenas em uma fonte rica em nutrientes como o leite, elas provavelmente não se desenvolvem como bactérias livres na natureza. Muitas bactérias de ambientes naturais existem em um consórcio com outras bactérias e são difíceis de isolar e cultivar separadamente dos outros membros dessa parceria.


Assista o vídeo: Microbiologia e Imunologia Aula 04 - Crescimento microbiano e controle (Novembro 2021).