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Estudos sobre a multiplicação de microrganismos são fundamentais para diversas indústrias, incluindo a alimentícia, farmacêutica, agrícola e ambiental. Compreender os processos e fatores que afetam a multiplicação microbiana permite otimizar a produção, melhorar a segurança e desenvolver novas tecnologias. |
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Os microrganismos são organismos microscópicos que incluem bactérias, fungos, vírus e protozoários. Esses organismos desempenham papéis no meio ambiente e na indústria, são fundamentais para processos como a decomposição de matéria orgânica, a fixação de nitrogênio no solo, produção de combustíveis, fermentação na produção de alimentos, entre outros processos. Esses tipos de microrganismos possuem características distintas e desempenha diferentes funções no meio ambiente e em diversos setores industriais. |
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Bactérias: São procariontes, organismos unicelulares que podem ser encontrados em diversos ambientes. Algumas bactérias são benéficas, desempenhando papéis cruciais na decomposição de matéria orgânica e na fixação de nitrogênio, enquanto outras podem causar doenças. |
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Fungos: São eucariontes, uni ou pluricelulares. Incluem organismos como leveduras, bolores e cogumelos. Fungos desempenham um papel na decomposição de matéria orgânica e reciclagem de nutrientes no ecossistema. Na indústria, eles são usados na produção de alimentos, bebidas e medicamentos, como na fermentação de pão e cerveja, e na produção de antibióticos como a penicilina. |
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Vírus: São acelulares. Partículas infecciosas que necessitam de um hospedeiro para se replicar. Embora sejam conhecidos principalmente por causarem doenças em humanos, animais e plantas, os vírus também têm aplicações benéficas, como em terapias gênicas e no desenvolvimento de vacinas. |
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Protozoários: São organismos unicelulares e eucarióticos, muitos dos quais são móveis e predadores de bactérias e outros microrganismos. |
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Quais fatores que afetam a multiplicação de microrganismos? |
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A multiplicação de microrganismos é influenciada por uma variedade de fatores ambientais e nutricionais. Esses fatores podem promover ou inibir o crescimento microbiano, dependendo das condições específicas de cada ambiente. A seguir, veremos os principais fatores que afetam a multiplicação de microrganismos: temperatura, pH, umidade, nutrientes disponíveis, e a presença de oxigênio e outros gases. |
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A temperatura é um dos fatores mais críticos que afetam a multiplicação de microrganismos. Os processos de crescimento dependem de reações químicas, que são afetadas pela temperatura. Cada microrganismo possui uma temperatura mínima, abaixo da qual o crescimento é inviável; uma temperatura ótima, na qual o crescimento ocorre de forma mais rápida; e uma temperatura máxima, acima da qual o crescimento não é possível. Essas três temperaturas são conhecidas como temperaturas cardeais. |
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Figura 01. As temperaturas cardeais: mínima, ótima e máxima. Os valores podem variar significativamente em diferentes organismos. Fonte: Madigan, et. al., 2016. |
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A faixa de temperatura ótima é geralmente dividida em três grupos: • Psicrófilos: Microrganismos que crescem em temperaturas baixas (0°C a 20°C) e temperatura ótima de 15°C, porém podem crescer em temperaturas mais baixas.
• Mesófilos: Microrganismos que preferem temperaturas moderadas (20°C a 45°C). A maioria dos patógenos humanos é mesofílica.
• Termófilos: Microrganismos que crescem em temperaturas elevadas (45°C a 80°C). Microrganismos hipertermofílicos podem crescer em temperaturas acima de 80°C.
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Figura 02. Relações entre temperatura e crescimento de microrganismos de diferentes classes térmicas. Fonte: Madigan, et. al., 2016. |
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As temperaturas fora da faixa ideal podem desacelerar ou parar o crescimento microbiano e, em temperaturas extremas, podem levar à morte celular. |
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O pH do ambiente também é crucial para a multiplicação dos microrganismos. Para obter um bom crescimento em meio ácido ou básico, os microrganismos devem ter capacidade de manter o seu pH intracelular em torno de 7,5, independente do pH externo. Isso é possível pois o microrganismo consegue expulsar ou absorver os íons de hidrogênio pela célula, mantendo o pH interno constante, dentro dos limites próprios de cada espécie. Cada microrganismo possui um pH ótimo no qual cresce melhor: • Acidófilos: Crescem em ambientes ácidos (pH < 5).
• Neutrófilos: Crescem em pH neutro (pH 6 a 8). A maioria dos microrganismos que causam doenças em humanos são neutrófilos.
• Alcalófilos: Crescem em ambientes alcalinos (pH > 8).
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Figura 03. A escala de pH. Embora alguns microrganismos sejam capazes de viver em pH muito baixo ou alto, o pH interno da célula permanece próximo à neutralidade. Fonte: Madigan, et. al., 2016. |
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A presença ou ausência de oxigênio e outros gases no ambiente influencia significativamente a multiplicação de microrganismos: • Aeróbios: Requerem oxigênio para crescer.
• Aeróbios facultativos: Podem crescer com oxigênio, desde que em condições nutricionais e culturas apropriadas.
• Microaerófilos: Necessitam de baixos níveis de oxigênio para crescer, inferiores ao do ar (ar contém 21% de O2).
• Anaeróbios obrigatórios: Não crescem na presença de oxigênio, podendo ser letal.
• Anaeróbios aerotolerantes: Não utilizam oxigênio, mas podem tolerar sua presença.
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Tabela 01. Relações dos microrganismos com o oxigênio. Fonte: Madigan, et. al., 2016. |
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Além de oxigênio, outros gases como dióxido de carbono também podem influenciar o crescimento microbiano. Algumas espécies necessitam de níveis elevados de dióxido de carbono para crescimento ideal. |
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Curvas de crescimento microbiano |
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As curvas de crescimento microbiano são ferramentas essenciais para compreender e analisar o desenvolvimento das populações de microrganismos ao longo do tempo. Esses gráficos representam as mudanças na densidade populacional de uma cultura microbiana em um ambiente controlado, fornecendo insights sobre o comportamento e as necessidades dos microrganismos. As curvas de crescimento microbiano são tipicamente divididas em quatro fases distintas: lag, log, estacionária e morte. |
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Figura 04. Curva de crescimento típica de uma população bacteriana. Uma contagem de viáveis mede as células presentes na cultura capazes de se reproduzir. A densidade óptica (turbidez), uma medida quantitativa da dispersão de luz por uma cultura líquida, aumenta de acordo com o aumento do número de células. Fonte: Madigan, et. al., 2016. |
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• Fase Lag: Período inicial após a inoculação de microrganismos em um novo meio de cultura. Durante essa fase, não há um aumento significativo no número de células, pois os microrganismos estão se adaptando ao novo ambiente. Eles sintetizam enzimas e metabólitos necessários para a utilização dos nutrientes disponíveis. A duração da fase lag pode variar dependendo das condições do meio e da adaptação prévia dos microrganismos.
• Fase Log (Fase Exponencial): Após a adaptação, os microrganismos entram na fase log, caracterizada por um crescimento exponencial. Durante esta fase, as células se dividem a uma taxa constante e máxima, e a população microbiana dobra em intervalos regulares. Esta fase é ideal para estudos de cinética de crescimento e produção de biomassa, já que os microrganismos são mais ativos metabolicamente.
• Fase Estacionária: Ocorre quando o crescimento populacional desacelera e se estabiliza. Isso pode acontecer devido à depleção de nutrientes, acúmulo de produtos de excreção tóxicos ou limitação de espaço. Durante esta fase, a taxa de crescimento celular é equilibrada pela taxa de morte celular, resultando em um número total de células constante. É uma fase crítica para a produção de metabólitos secundários, como antibióticos.
• Fase de Declínio (Fase de Morte): A taxa de morte celular excede a taxa de formação de novas células. Os recursos do meio estão esgotados, e as condições do ambiente se tornam desfavoráveis para a sobrevivência dos microrganismos. O número de células viáveis diminui exponencialmente. Esta fase é importante para entender a longevidade e a resistência dos microrganismos sob condições adversas.
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Uso de biorreatores e incubadoras refrigeradas com agitação orbital na multiplicação de microrganismos |
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A multiplicação de microrganismos é um processo fundamental em diversas áreas da biotecnologia, microbiologia e pesquisa científica. Para otimizar esses processos, a Tecnal possui biorreatores e a incubadora refrigerada com agitação orbital TE-426. Estes equipamentos permitem controlar as condições de cultivo, proporcionando um ambiente ideal para o desenvolvimento microbiano. |
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Os biorreatores são equipamentos projetados para fornecer um ambiente controlado para a fermentação, crescimento de microrganismos e cultivo de células. Eles podem ser utilizados na produção de enzimas, biofertilizantes, biocombustíveis, etanol 2G, cervejas, medicamentos, entre outros processos. As principais vantagens dos biorreatores incluem: |
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• Controle de parâmetros: Permitem o controle de temperatura, pH, nutrientes, oxigenação, agitação, pressão, concentração de gases, espuma, entre outros.
• Escala: Biorreatores podem ser utilizados em diversas escalas, desde pequenos volumes para pesquisa laboratorial até grandes volumes para produção industrial.
• Automação e monitoramento: Possui sistemas automatizados de monitoramento e controle, permitindo ajustes das condições de cultivo, o que maximiza a eficiência do processo.
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A incubadora refrigerada com agitação orbital TE-426 pode ser usada para crescimento de microrganismos que requerem condições específicas de temperatura e movimento orbital para crescer de maneira eficiente. Os principais benefícios dessas incubadoras incluem: |
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• Controle de temperatura: Opera na faixa de 15°C a 60°C. • Agitação orbital, garante a distribuição homogênea de nutrientes e oxigênio.
• Redução do risco de contaminação: As saídas de amostragem permitem a coleta de amostras sem a necessidade de abrir o equipamento ou os vasos. Portanto, ambiente controlado e fechado das incubadoras reduz o risco de contaminação das culturas, assegurando a integridade dos experimentos.
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O controle das condições de cultivo em ambos os dispositivos permite otimizar o crescimento microbiano. Sendo indicado o uso de biorreatores em estudos que necessitem maior controle das características de cultivo, pois possibilita o monitoramento de mais variáveis. A incubadora refrigerada com agitação orbital é indicada para procedimentos em que menos variáveis necessitam do controle, possibilita apenas controle de temperatura, agitação, coleta de amostras e alívio da pressão do ar nos vasos.
Com esses equipamentos os pesquisadores podem ajustar as condições de cultivo para experimentar diferentes parâmetros, o que é essencial para o desenvolvimento de novos processos e produtos biotecnológicos. |
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Os processos de multiplicação dos microrganismos são diversos e adaptados às suas necessidades e ambientes específicos. Compreender os fatores que afetam a multiplicação de microrganismos é essencial para manipular suas populações em diversos contextos, desde a fermentação industrial até o controle de patógenos em ambientes clínicos. |
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Ao ajustar as condições de temperatura, pH, umidade, nutrientes e gases, podemos promover ou inibir o crescimento de microrganismos conforme necessário para diversas aplicações científicas e industriais. A análise detalhada das curvas de crescimento microbiano permite otimizar processos industriais, monitorar a qualidade de produtos e entender melhor as interações microbianas em diferentes ambientes. Essa compreensão fornece uma base sólida para a aplicação prática da microbiologia em diversas áreas, contribuindo para avanços científicos e industriais significativos. |
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A utilização de biorreatores e incubadora refrigerada com agitação orbital proporciona um controle das condições de cultivo, garantindo um ambiente otimizado para o desenvolvimento microbiano. Com esses equipamentos é possível alcançar maior produtividade, flexibilidade experimental e eficiência no uso de tempo e recursos, impulsionando avanços significativos nas ciências biológicas e suas aplicações práticas. |
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