Crescimento Bacteriano e Cinética de Crescimento

O crescimento bacteriano refere-se ao aumento do número de células numa população, geralmente por fissão binária, e a cinética de crescimento é a descrição quantitativa da rapidez com que esse aumento ocorre e o que o limita. Numa cultura fechada (em lote), o crescimento segue uma curva característica com fases de latência, exponencial, estacionária e de morte, enquanto a fase exponencial é descrita por uma taxa de crescimento constante e um tempo de duplicação (geração).

Definition

O crescimento bacteriano é o aumento ordenado do número de células bacterianas numa população ao longo do tempo, tipicamente através de fissão binária; a cinética de crescimento descreve esse aumento quantitativamente, incluindo a taxa de crescimento, o tempo de duplicação e a dependência do crescimento na concentração do substrato.

Scope

Este tópico aborda como as populações bacterianas crescem, as fases da curva de crescimento em lote, a matemática do crescimento exponencial e do tempo de geração, e como a taxa de crescimento depende do suprimento de nutrientes. Ele trata do crescimento ao nível das populações como um assunto de referência em microbiologia, não como um conselho clínico sobre infecção.

Core questions

• Quais são as fases da curva de crescimento bacteriano numa cultura em lote?
• Como a taxa de crescimento exponencial e o tempo de duplicação são definidos e medidos?
• Como a taxa de crescimento depende da concentração de um nutriente limitante?
• O que causa a transição do crescimento exponencial para a fase estacionária?

Key concepts

• Fissão binária
• Fases de latência, exponencial (log), estacionária e de morte
• Taxa de crescimento específica e tempo de duplicação (geração)
• Nutriente limitante e saturação do substrato
• Cultura em lote versus cultura contínua (o quimiostato)
• Resposta de estresse (stringent response) e controle da taxa de crescimento

Key theories

Cinética de crescimento de Monod

Monod descreveu como a taxa de crescimento específica de uma cultura bacteriana aumenta com a concentração de um substrato limitante, aproximando-se de um máximo na saturação, fornecendo uma lei quantitativa que liga a disponibilidade de nutrientes à taxa de crescimento.

Mechanisms

A maioria das bactérias cresce por fissão binária, de modo que uma população irrestrita aumenta exponencialmente, duplicando em um intervalo constante; a taxa de crescimento específica define esse intervalo. Numa cultura em lote, a população primeiro se adapta (fase de latência), depois cresce exponencialmente, em seguida se estabiliza na fase estacionária à medida que os nutrientes se esgotam ou os resíduos se acumulam, e finalmente declina. A cinética de Monod relaciona a taxa de crescimento específica com a concentração de um nutriente limitante, de modo que o crescimento diminui à medida que o substrato se torna escasso (Monod, 1949). Quando os nutrientes se esgotam, a resposta de estresse (stringent response), mediada pela molécula sinalizadora (p)ppGpp, reprograma a célula para diminuir a síntese de ribossomos e o crescimento (Potrykus & Cashel, 2008).

Clinical relevance

A rapidez com que as bactérias crescem influencia a velocidade com que uma infecção pode se estabelecer e como as culturas de laboratório se comportam, e as subpopulações de crescimento lento ou não-crescimento são relevantes para entender por que algumas infecções são difíceis de erradicar. Este tópico explica a dinâmica de crescimento para fins de compreensão; não fornece recomendações de diagnóstico ou tratamento.

History

O estudo quantitativo do crescimento bacteriano foi solidamente estabelecido por Jacques Monod, cuja tese de 1942 e revisão de 1949 formalizaram a curva de crescimento e a dependência da taxa de crescimento na concentração de nutrientes (Monod, 1942; Monod, 1949). Sua estrutura, juntamente com o posterior quimiostato de cultura contínua, tornou o crescimento uma variável mensurável e controlável. A descoberta da resposta de estresse (stringent response) e do (p)ppGpp adicionou uma explicação molecular de como as células ajustam o crescimento ao suprimento de nutrientes (Potrykus & Cashel, 2008).

Key figures

• Jacques Monod
• Michael Cashel

Seminal works

• monod-1949
• monod-1942

Frequently asked questions

Quais são as quatro fases da curva de crescimento bacteriano?

Numa cultura em lote, as bactérias passam por uma fase de latência de adaptação, uma fase exponencial (log) de duplicação a uma taxa constante, uma fase estacionária onde o crescimento e a morte se equilibram à medida que os recursos se esgotam, e uma fase de morte (declínio).

O que é tempo de geração?

O tempo de geração, ou tempo de duplicação, é o intervalo necessário para uma população bacteriana duplicar em número durante o crescimento exponencial; ele varia amplamente entre as espécies e com as condições de crescimento.