9.5: Outras condições ambientais que afetam o crescimento

Objetivos de

• Identifique e descreva diferentes categorias de micróbios com necessidades específicas de crescimento que não sejam oxigênio, pH e temperatura, como pressão barométrica alterada, pressão osmótica, umidade e luz
• Dê pelo menos um exemplo de microrganismo para cada categoria de necessidade de 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.

Pressão osmótica e barométrica

A maioria dos ambientes naturais tende a ter concentrações mais baixas de soluto do que o citoplasma da maioria dos microrganismos. Paredes celulares rígidas protegem as células da explosão em um ambiente diluído. Não há muita proteção disponível contra alta pressão osmótica. Nesse caso, a água, seguindo seu gradiente de concentração, flui para fora da célula. Isso resulta em plasmólise (o encolhimento do protoplasma da parede celular intacta) e morte celular. Esse fato explica por que salmoura e camadas de carne e peixe em sal são métodos consagrados de conservar alimentos. Microorganismos chamados halófilos (“amantes do sal”), na verdade, requerem altas concentrações de sal para o crescimento. Esses organismos são encontrados em ambientes marinhos onde as concentrações de sal oscilam em 3,5%. Microorganismos halofílicos extremos, como a alga vermelha Dunaliella salina e a espécie arqueal Halobacterium in Figure\(\PageIndex{1}\), crescem em lagos hipersalinos, como o Grande Lago Salgado, que é 3,5 a 8 vezes mais salgado que o oceano, e o Mar Morto, que é 10 vezes mais salgado do que o oceano.

Figura\(\PageIndex{1}\): Fotografia tirada do espaço do Grande Lago Salgado, em Utah. A cor púrpura é causada pela alta densidade da alga Dunaliella e do arqueano Halobacterium spp. (crédito: NASA)

Dunaliella spp. combate a tremenda pressão osmótica do ambiente com uma alta concentração citoplasmática de glicerol e bombeando ativamente os íons de sal. Halobacterium spp. acumula grandes concentrações de K ⁺ e outros íons em seu citoplasma. Suas proteínas são projetadas para altas concentrações de sal e perdem atividade em concentrações de sal abaixo de 1—2 M. Embora a maioria dos organismos halotolerantes, por exemplo Halomonas spp. em pântanos salgados, não precisem de altas concentrações de sal para crescer, elas sobreviverão e se dividirão na presença de alto teor de sal . Não é de surpreender que os estafilococos, micrococos e corinebactérias que colonizam nossa pele toleram o sal em seu ambiente. Os patógenos halotolerantes são uma importante causa de doenças transmitidas por alimentos porque sobrevivem e se multiplicam em alimentos salgados. Por exemplo, as bactérias halotolerantes S. aureus, Bacillus cereus e V. cholerae produzem enterotoxinas perigosas e são as principais causas de intoxicação alimentar.

Os microrganismos dependem da água disponível para crescer. A umidade disponível é medida como a atividade da água (a _w), que é a razão entre a pressão de vapor do meio de interesse e a pressão de vapor da água destilada pura; portanto, o a _w da água é igual a 1,0. As bactérias requerem alto a _w (0,97—0,99), enquanto os fungos podem tolerar ambientes mais secos; por exemplo, a faixa de a _w para o crescimento de Aspergillus spp. é de 0,8—0,75. Diminuir o teor de água dos alimentos por meio da secagem, como na carne seca, por liofilização ou pelo aumento da pressão osmótica, como na salmoura e nas geleias, são métodos comuns para evitar a deterioração.

Os microrganismos que requerem alta pressão atmosférica para o crescimento são chamados de barófilos. As bactérias que vivem no fundo do oceano devem ser capazes de suportar grandes pressões. Como é difícil recuperar amostras intactas e reproduzir essas condições de crescimento em laboratório, as características desses microrganismos são amplamente desconhecidas.

Luz

Fotoautotróficos, como cianobactérias ou bactérias de enxofre verde, e fotoheterotróficos, como bactérias roxas sem enxofre, dependem de intensidade de luz suficiente nos comprimentos de onda absorvidos por seus pigmentos para crescer e se multiplicar. A energia da luz é capturada pelos pigmentos e convertida em energia química que impulsiona a fixação do carbono e outros processos metabólicos. A porção do espectro eletromagnético que é absorvida por esses organismos é definida como radiação fotossinteticamente ativa (PAR). Ele está dentro do espectro de luz visível que varia de 400 a 700 nanômetros (nm) e se estende no infravermelho próximo para algumas bactérias fotossintéticas. Vários pigmentos acessórios, como fucoxantina em algas marrons e ficobilinas em cianobactérias, ampliam a faixa útil de comprimentos de onda para a fotossíntese e compensam os baixos níveis de luz disponíveis em maiores profundidades de água. Outros microrganismos, como as arquéias da classe Halobacteria, usam a energia da luz para acionar suas bombas de prótons e sódio. A luz é absorvida por um complexo proteico pigmentar chamado bacteriorodopsina, que é semelhante ao pigmento ocular rodopsina. As bactérias fotossintéticas estão presentes não apenas em ambientes aquáticos, mas também no solo e em simbiose com fungos nos líquenes. A peculiar neve da melancia é causada por uma microalga Chlamydomonas nivalis, uma alga verde rica em um pigmento carotenóide vermelho secundário (astaxantina) que dá a tonalidade rosa à neve onde a alga cresce.

Exercício\(\PageIndex{1}\)

1. Quais pigmentos fotossintéticos foram descritos nesta seção?
2. Qual é o estresse fundamental de um ambiente hipersalino para uma célula?

Conceitos principais e resumo

• Os halófilos requerem alta concentração de sal no meio, enquanto organismos halotolerantes podem crescer e se multiplicar na presença de alto teor de sal, mas não precisam dele para o crescimento.
• Os patógenos halotolerantes são uma importante fonte de doenças transmitidas por alimentos porque contaminam os alimentos preservados em sal.
• As bactérias fotossintéticas dependem da luz visível para obter energia.
• A maioria das bactérias, com poucas exceções, requer alta umidade para crescer.