1) Nutrição e Metabolismo Energético
As bactérias sobrevivem e crescem em uma grande variedade de habitats. Em qualquer habitat, a bactéria necessita sintetizar componentes celulares de forma coordenada para crescer.
A replicação bacteriana é um processo coordenado no qual duas células filhas são produzidas. Para o crescimento ocorrer, deve haver metabólitos (nutriente) suficiente para suportar a síntese de componentes bacterianos e especialmente nucleotídeos para a síntese de DNA.
A Divisão Celular:
A replicação do cromossomo bacteriano é iniciada na membrana, e cada cromossomo filho é ancorado em diferentes porções da membrana. Em algumas células o DNA se associa com mesossomos.
Há uma intensa síntese de componentes bacterianos para a produção das células filhas, incluindo os componentes da parede celular. Observa-se a formação de um septo (duas membranas separadas pelas camadas de peptideoglicana) que cresce de lados opostos para se unirem no centro da célula, causando a clivagem das células filhas. Durante esse processo a membrana bacteriana cresce e os cromossomos filhos são puxados, separando-se.
Uma clivagem incompleta do septo pode ocorrer e assim as bactérias permanecem ligadas, formando cadeias (por exemplo, estreptococos) ou grupamentos (por exemplo, estafilococos).
Esporulação:
Algumas bactérias Gram-positivas, mas nunca Gram-negativas, são formadoras de esporos. Bactérias como membros do gênero Bacillus e Clostridium (bactérias do solo) são formadoras de esporo. Sob condições desfavoráveis ambientais, como carência nutricional, a bactéria pode se converter de um estado vegetativo para um estado de dormência, ou esporo.
O esporo é uma estrutura em forma de concha, desidratada que protege a bactéria e permite que ela exista em “suspensão animada”. O esporo contém uma cópia completa do cromossomo, uma concentração mínima de proteínas e ribossomos, e uma alta concentração de cálcio. O esporo possui uma membrana interna, duas camadas de peptideoglicana e uma capa protéica externa semelhante à queratina. Ao microscópio óptico o esporo é refringente. A estrutura do esporo tem a função de proteger o DNA bacteriano de dessecamento, calor intenso, radiação e ação de enzimas e agentes químicos presentes no ambiente.
Os esporos são tão resistentes a fatores ambientais que podem existir por séculos ainda viáveis. Assim, os esporos são de difícil descontaminação com desinfetantes convencionais.
Esporogênese:
A depleção de nutrientes específicos (por exemplo, alanina) de um meio de crescimento bacteriano, dispara uma cascata de eventos genéticos que leva a produção de esporos. O processo leva de 6 a 8 horas para se completar. Após a duplicação do cromossomo, uma cópia de DNA e conteúdo citoplasmático são circundados por uma membrana do septo. Forma-se então a estrutura do esporo (membrana interna, peptideoglicana e capa proteica semelhante a queratina).
A germinação ou transformação do esporo em uma bactéria em estado vegetativo novamente é estimulada pela quebra da capa externa proteica (por stress mecânico, pH, calor, ou outro agente que requeira água e um nutriente que sirva de disparo para o processo, por exemplo a alanina).
Uma vez o processo de germinação tenha iniciado, o esporo irá captar água, inchar e perder a capa protetora, produzindo uma nova célula bacteriana no estado vegetativo, idêntica à célula vegetativa inicial, assim completando o ciclo.
2) Requerimentos Metabólicos:
Para uma bactéria crescer ela necessita de uma fonte de energia e de matéria prima para produzir proteínas, estruturas e membranas que irão formar sua estrutura e a maquinaria bioquímica celular. Para isso então a bactéria deve obter ou sintetizar aminoácidos, carboidratos e lipídeos.
Em geral, as bactérias necessitam de uma fonte de carbono e nitrogênio, uma fonte de energia, água e vários íons para seu crescimento.
Com relação às necessidades nutricionais, as bactérias podem ser divididas em dois grandes grupos:
FOTOSSINTÉTICAS
QUIMIOSSINTÉTICAS (inclui todos os microganismos patogênicos)
As bactérias também possuem uma grande variedade de resposta ao oxigênio. Elas são classificadas como:
AERÓBIOS ESTRITOS: necessitam de oxigênio para crescer (por exemplo, M. tuberculosis);
ANAERÓBIOS ESTRITOS OU OBRIGATÓRIOS: não crescem na presença de oxigênio (C. tetani);
ANAERÓBIOS FACULTATIVOS: crescem na presença ou ausência de oxigênio (a maioria das bactérias de importância médica, por exemplo E. coli)
As bactérias utilizam os substratos presentes no meio em que estão e irão produzir energia através de dois tipos de reação química.
RESPIRAÇÃO: processo de obtenção de energia utilizado pelas bactérias aeróbicas através de reações de oxidação e redução dependentes de oxigênio.
FERMENTAÇÃO: processo de obtenção de energia utilizado pelas bactérias anaeróbicas estritas dependente de uma molécula orgânica.
RESPIRAÇÃO OU FERMENTAÇÃO: os anaeróbios facultativos são capazes de ambas formas de metabolismo, dependendo a presença ou ausência de oxigênio.
Quem fornece mais energia por molécula de substrato? As bactérias que utilizam a respiração ou as fermentadoras?
A respiração fornece mais energia por molécula de substrato oxidada que a fermentação. Portanto, os organismos fermentativos precisam modificar mais substrato para obter a mesma quantidade de energia.
O microbiologista industrial tira vantagem disso para maximizar a produção de massa celular ou a quantidade de produtos metabólicos formados.
3) Curva de Crescimento:
Quando uma bactéria é adicionada a um meio, ela necessita de um período de tempo para se adaptar ao novo ambiente antes dela começar a se dividir. Esse período é chamado de fase lag de crescimento. O tempo que uma bactéria leva para se dividir é chamado de tempo de geração ou tempo de duplicação. O tempo de duplicação que a bactéria irá levar depende da linhagem e das condições durante essa fase de crescimento, chamada de fase log ou fase exponencial. O crescimento continua até que a população atinja determinada densidade celular e aconteça a exaustão de nutrientes do meio ou o acúmulo de metabólitos tóxicos. Pode acabar a fonte de carbono, um composto inorgânico indispensável, aminoácidos ou vitaminas essenciais. Para as bactérias aeróbias, a superpopulação leva à exaustão de oxigênio, já que é pouco solúvel em água. O estágio da cultura em que o crescimento pára é conhecido como fase estacionária.
Após um período de tempo na fase estacionária, a qual varia com o organismo e com as condições de cultura, a razão de morte aumenta. Essa é a fase se declínio. Para uma célula bacteriana, morte significa a perda irreversível da capacidade de se reproduzir (crescer e se dividir). A suspensão do crescimento de algumas bactérias inicia a esporulação. Isso resulta na produção de esporos com extraordinária resistência a agressões físicas e químicas. Durante a esporulação, eventualmente ocorre a lise da “célula mãe”. O conteúdo citoplasmático liberado contém, algumas vezes, grande quantidade de toxinas. É o que acontece no tétano, na gangrena gasosa e em outras doenças provocadas por bactérias que esporulam.
Seção da curva
Fase
Razão de Crescimento
A
Lag
Zero
B
Aceleração
Aumenta
C
Exponencial
Constante
D
Retardamento
Diminui
E
Estacionária Máxima
Zero
F
Declínio
Negativo (morte)
(Fonte: Murray PR, Rosenthal KS, Kobayashi GS, Pfaller MA, Medical Microbiology, St, Louis, 1997.)
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