O Crescimento bacteriano é um processo complexo que envolve muitas reações bioquímicas e que resulta na divisão celular bacteriana. Se tivéssemos que defini-lo com mais precisão, diríamos que é um aumento no número de bactérias em uma população, não o tamanho de cada bactéria individual..
Bactérias são organismos procarióticos, sem núcleo ou qualquer outro compartimento membranoso intracelular. São organismos unicelulares, microscópicos, naturalmente distribuídos em todos os ecossistemas da biosfera: nos solos, corpos d'água, animais, plantas, fungos, etc..
Em comparação com muitos eucariotos, as bactérias geralmente se espalham muito mais rapidamente, o que pode ocorrer tanto no contexto natural de cada espécie quanto em ambientes experimentais controlados (em vitro).
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Como no resto dos organismos celulares, a divisão celular em bactérias é um processo que ocorre sob estrito controle, tanto espacial quanto temporal, que inclui:
- a replicação ou duplicação do DNA (o material genético)
- sua distribuição entre as duas células filhas futuras (pólos opostos da célula em divisão)
- a separação das duas células resultantes graças à formação de um "septo" ou parede média na célula em divisão
Nesses organismos, essa divisão celular é conhecida como fissão binária e é o processo que leva ao aumento do número de indivíduos bacterianos em uma população, ou seja, ao crescimento bacteriano..
Como cada célula durante a divisão deve duplicar seu material genético e, conseqüentemente, aumentar seu tamanho, isso implica que a fissão binária é um evento bioquimicamente ativo, que requer investimento de energia, ou seja, reações de síntese e reações de degradação..
O crescimento de uma população bacteriana pode ser traçado como o aumento do número de células em função do tempo e este gráfico desenha uma curva chamada "curva de crescimento bacteriano", na qual várias fases são distinguidas onde ocorrem diferentes processos característicos..
Muchos autores han descrito el crecimiento de una población bacteriana como un proceso exponencial o geométrico, pues cada ciclo de división (también conocido como generación) hace que de 1 célula inicial surjan 2, luego que de estas dos surjan 4, después 8, después 16 e assim por diante.
O tempo necessário para a formação de cada uma dessas gerações é conhecido, portanto, como tempo de geração ou tempo de duplicação, que pode ser facilmente calculado, geralmente constante e quase sempre específico da espécie..
A fim de E. coli, Por exemplo, um dos organismos modelo entre procariotos, o tempo de duplicação é mais ou menos 20 minutos, enquanto outras espécies, como Clostridium perfringens ou Mycobacterium tuberculosis têm tempos de duplicação de 10 minutos e mais de 12 horas, respectivamente.
É importante mencionar que o tempo de geração e, portanto, o crescimento bacteriano, pode ser alterado dependendo de vários fatores, dos quais falaremos mais adiante..
Ao longo dos anos, os cientistas conseguiram descrever o fenômeno do crescimento bacteriano usando métodos gráficos, e é assim que o que conhecemos hoje como curva de crescimento bacteriano veio à tona..
Esta curva nada mais é do que um gráfico que mostra o aumento do número de células em uma cultura (plotado em uma escala logarítmica) por unidade de tempo, a partir do qual informações valiosas são obtidas..
Geralmente, todas as bactérias cultivadas experimentalmente em vitro que são fornecidos com todos os nutrientes necessários para crescer exibem um padrão de crescimento semelhante, que pode ser facilmente observado quando a curva de crescimento é traçada.
Nessa curva de crescimento, vários estágios ou fases são distinguidos, os quais são muito característicos e para os quais os microbiologistas alcançaram explicações biológicas plausíveis..
Como já mencionamos, uma população de bactérias cresce exponencialmente, então as curvas de crescimento são traçadas em uma escala logarítmica..
Como o comportamento durante o crescimento bacteriano não é uniforme, ou seja, não descreve uma linha reta sempre ascendente, em uma curva típica de crescimento são observadas quatro fases, que são conhecidas como:
- fase de latência (atraso)
- fase exponencial ou logarítmica (registro)
- Fase estacionária
- declínio ou fase de morte
Para iniciar uma cultura bacteriana, um inoculo de pequenas células é iniciado. Quando esse inóculo é introduzido em um meio de cultura totalmente fresco, ou seja, com todos os nutrientes necessários para o crescimento da determinada espécie bacteriana, inicialmente não são observadas alterações no número de indivíduos..
Foi demonstrado que durante esta fase de "latência", em que parece não haver crescimento celular, as bactérias aumentam de tamanho e são metabolicamente muito ativas, pois estão sintetizando ácidos nucléicos, proteínas e enzimas, etc..
A duração dessa fase no tempo depende de alguns fatores intrínsecos da população e de alguns fatores ambientais. Por exemplo:
- do tamanho do inóculo inicial
- das condições ambientais anteriores do inóculo
- de tempo para sintetizar os elementos necessários para a divisão
Quando as bactérias estão prontas para começar a se dividir, um aumento exponencial no número de células por unidade de volume por unidade de tempo é observado. Eles estão, então, na fase exponencial ou logarítmica da curva.
Durante esta fase, a maioria das bactérias são consideradas passíveis de eventos de fissão binária a uma taxa constante e é nesta fase que os cientistas calculam o tempo de duplicação..
Como todas as fases do crescimento bacteriano, a fase exponencial ou logarítmica e o tempo de duplicação de uma população dependem não apenas da espécie, mas se a bactéria no meio de cultura encontra todos os nutrientes necessários e as condições adequadas para seu crescimento.
O crescimento exponencial das bactérias não é infinito e isso ocorre porque o meio de cultura, que é um sistema de crescimento fechado, mais cedo ou mais tarde fica sem nutrientes (as bactérias consomem tudo).
Além dos nutrientes, um aumento no número de células em um volume constante (aumento na concentração celular) também é sinônimo de um aumento na concentração de metabólitos ou produtos residuais que podem ter efeitos inibitórios sobre o crescimento..
Um número maior de células em um espaço finito também implica que, eventualmente, não haverá espaço suficiente para mais células, o que resulta em uma inibição do crescimento..
Nesta fase, chamada de fase estacionária, algumas células continuam a se dividir, mas outras começam a morrer em uma taxa semelhante, de modo que a curva se torna mais plana..
Após a fase estacionária, ela é observada como um prato Na curva de crescimento, a fase de morte ou declínio continua, onde as bactérias começam a morrer e a curva declina.
Durante a fase de morte as bactérias morrem exponencialmente, por isso é considerado um estágio "reverso" que a fase exponencial.
Existem inúmeros fatores que influenciam o crescimento bacteriano, muitos deles relacionados ao ambiente onde crescem.
Como todos os organismos vivos, as bactérias precisam de certas condições "básicas" para sobreviver, que vão além da comida. Assim, podemos listar alguns dos principais fatores que podem alterar ou afetar o aparecimento de uma curva de crescimento bacteriana:
- a composição do meio de cultura: em termos de fontes de carbono e em termos de elementos essenciais
- o pH
- a temperatura do meio
- a concentração de íons e minerais
- concentração de gás
- a disponibilidade de água
- o número de células
- a presença de metabólitos
- a presença de antibióticos e outras substâncias potencialmente bactericidas
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