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9: Crescimento microbiano

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    Todos nós estamos familiarizados com a camada viscosa na superfície de um lago ou que torna as rochas escorregadias. Esses são exemplos de biofilmes — microrganismos embutidos em finas camadas de material matricial (Figura\(\PageIndex{1}\)). Os biofilmes foram por muito tempo considerados assembléias aleatórias de células e receberam pouca atenção dos pesquisadores. Recentemente, o progresso na visualização e nos métodos bioquímicos revelou que os biofilmes são um ecossistema organizado dentro do qual muitas células, geralmente de diferentes espécies de bactérias, fungos e algas, interagem por meio de sinalização celular e respostas coordenadas. O biofilme fornece um ambiente protegido em condições adversas e auxilia na colonização por microrganismos. Os biofilmes também têm importância clínica. Eles se formam em dispositivos médicos, resistem à limpeza e esterilização de rotina e causam infecções adquiridas pela saúde. Dentro do corpo, os biofilmes se formam nos dentes como placa, nos pulmões de pacientes com fibrose cística e no tecido cardíaco de pacientes com endocardite. A camada de limo ajuda a proteger as células das defesas imunológicas do hospedeiro e dos tratamentos com antibióticos.

    Estudar biofilmes requer novas abordagens. Devido às propriedades de adesão das células, muitos dos métodos de cultura e contagem de células que são explorados neste capítulo não são facilmente aplicados a biofilmes. Este é o início de uma nova era de desafios e de uma visão gratificante sobre como os microrganismos crescem e prosperam na natureza.

    Uma micrografia mostrando células esféricas ligadas a uma matriz em uma superfície. Uma foto de água verde em um balde.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Os dispositivos médicos que são inseridos no corpo do paciente geralmente são contaminados com uma fina biopelícula de microrganismos enredados no material pegajoso que eles secretam. A micrografia eletrônica (à esquerda) mostra as paredes internas de um cateter interno. As setas apontam para as células redondas da bactéria Staphylococcus aureus ligadas às camadas do substrato extracelular. A lata de lixo (à direita) serviu como coletor de chuva. A seta aponta para um biofilme verde nas laterais do recipiente. (crédito à esquerda: modificação do trabalho dos Centros de Controle e Prevenção de Doenças; crédito direito: modificação do trabalho pela NASA)

    • 9.1: Como os micróbios crescem
      O ciclo celular bacteriano envolve a formação de novas células por meio da replicação do DNA e da partição dos 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 um capítulo diferente. A maioria das bactérias tem um único cromossomo circular; no entanto, existem algumas exceções.
    • 9.2: Exigências de oxigênio para o crescimento microbiano
      Pergunte à maioria das pessoas “Quais são os principais requisitos para a vida?” e as respostas provavelmente incluirão água e oxigênio. Poucos discutiriam sobre a necessidade de água, mas e quanto ao oxigênio? Pode haver vida sem oxigênio? A resposta é que o oxigênio molecular nem sempre é necessário. Os primeiros sinais de vida datam de um período em que as condições na Terra eram altamente reduzidas e o gás oxigênio livre era essencialmente inexistente.
    • 9.3: Os efeitos do pH no crescimento microbiano
      As bactérias geralmente são neutrófilas. Eles crescem melhor em pH neutro próximo a 7,0. Os acidófilos crescem de forma ideal a um pH próximo de 3,0. Alcalífilos são organismos que crescem de forma ideal entre um pH de 8 e 10,5. Os acidófilos e alcalífilos extremos crescem lentamente ou não chegam perto do pH neutro. Os microrganismos crescem melhor em seu pH de crescimento ideal. O crescimento ocorre lentamente ou não está abaixo do pH mínimo de crescimento e acima do pH máximo de crescimento.
    • 9.4: Temperatura e crescimento microbiano
      Os microrganismos prosperam em uma ampla faixa de temperaturas; eles colonizaram diferentes ambientes naturais e se adaptaram a temperaturas extremas. Tanto temperaturas extremas de frio quanto de calor requerem ajustes evolutivos nas macromoléculas e nos processos biológicos. Os psicrófilos crescem melhor na faixa de temperatura de 0 a 15° C, enquanto os psicrotróficos prosperam entre 4° C e 25° C. Os mesófilos crescem melhor em temperaturas moderadas na faixa de 20° C a cerca de 45° C. Os patógenos geralmente são mesófilos.
    • 9.5: Outras condições ambientais que afetam o crescimento
      Os microrganismos interagem com seu ambiente em mais dimensões do que o pH, a temperatura e os níveis de oxigênio livre, embora esses fatores exijam adaptações significativas. Também encontramos microrganismos adaptados a diferentes níveis de salinidade, pressão barométrica, umidade e luz.
    • 9.6: Meios usados para o crescimento bacteriano
      O estudo dos microrganismos é muito facilitado se formos capazes de cultivá-los, ou seja, manter as populações reprodutoras vivas em condições de laboratório. Cultivar muitos microrganismos é um desafio devido aos requisitos nutricionais e ambientais altamente específicos e à diversidade desses requisitos entre diferentes espécies.
    • 9.E: Crescimento microbiano (exercícios)

    Miniatura: Chuvas fortes causam o escoamento de fertilizantes para o Lago Erie, desencadeando extensas proliferações de algas, que podem ser observadas ao longo da costa. Observe as terras agrícolas marrons não plantadas e plantadas em verde na costa. (crédito: NASA)