A seleção do melhor meio de microorganismos é crítica para o alto rendimento do produto. A qualidade do meio é crítica porque fornece nutrientes e energia para o crescimento de microrganismos.
Alguns componentes importantes dos meios de cultura de microrganismos
Os nutrientes necessários para o meio de fermentação também são determinados pelo tipo de microorganismo e pelo tipo de processo bioquímico utilizado. Uma má seleção de meios de microorganismos pode resultar em um baixo rendimento. Os tipos de nutrientes presentes no meio sempre determinam o rendimento do produto. O requisito básico dos meios de cultura inclui, mas não está limitado à fonte de energia, água, fonte de carbono, fonte de nitrogênio, vitaminas e minerais. Os meios para fins laboratoriais de pequena escala são relativamente fáceis de conceber, mas os meios para fins industriais são difíceis de preparar. Um meio de cultura enriquecido recebeu elementos essenciais para o crescimento de microrganismos (Bonnet et al., 2020; Tankeshwar, 2022).
Os nutrientes
Os microrganismos requerem apenas alguns nutrientes para crescer, ou seja, água, uma fonte de carbono, uma fonte de nitrogênio, sais minerais (Kumar, 2012), fonte de energia e fatores de crescimento.
Água: A água é essencial para solubilizar os nutrientes, transportá-los e garantir as reações de hidrólise. Algumas bactérias necessitam de água livre para crescer. Se o ágar evaporar durante a incubação, esta água pode ser perdida, resultando na diminuição do tamanho das colônias e na inibição do crescimento bacteriano (Kumar, 2012; Power e Johnson, 2009).
Fonte de carbono: Nas bactérias, o carbono é o elemento constituinte mais abundante. As bactérias requerem moléculas de carbono para produzir gorduras, carboidratos, proteínas e ácidos nucléicos. As bactérias podem usar fontes inorgânicas de carbono, como dióxido de carbono, ou fontes orgânicas, como açúcares e álcool (Kumar, 2012; Atlas, 2010).
Fonte de nitrogênio: As fontes de nitrogênio são abundantes e podem ser encontradas em uma ampla gama de compostos utilizados na formulação de um meio de cultura. É encontrado nas formas orgânica e inorgânica, correspondendo a hidrolisados de proteínas, principalmente protease-peptona ou triptona, bem como nitratos. O nitrogênio permite que as bactérias sintetizem proteínas (Atlas, 2010; Latge, 1975).
Finalmente, fosfato, sulfato, magnésio ou cálcio são frequentemente encontrados entre os sais minerais comuns (Power e Johnson, 2009).
Fontes de energia: As bactérias são classificadas em dois tipos: bactérias fototróficas, que utilizam a luz como fonte de energia, convertendo-a em um gradiente eletroquímico de prótons (Yurkov e Beatty, 1998), e bactérias quimiotróficas, que utilizam a energia de oxidação de compostos minerais ou orgânicos como uma fonte de energia (Thauer et al., 1977) Listeria monocytogenes é uma dessas bactérias (Van der Horst et al., 2007)
Fatores de crescimento
A utilização de um meio mínimo evita o crescimento de certas bactérias que necessitam de elementos específicos para sobreviver. Para aumentar a multiplicação bacteriana, às vezes são adicionados fatores de crescimento aos meios de cultura. Fatores de crescimento são elementos que as bactérias não conseguem sintetizar a partir dos nutrientes disponíveis no meio ambiente (Kumar, 2012; Werkman e Wilson, 1957). Os fatores de crescimento são necessários em pequenas quantidades no meio de cultura, e sua necessidade é justificada pela falta ou bloqueio de uma via metabólica pela bactéria.
Existem vários tipos de fatores de crescimento, incluindo bases purinas e pirimidinas (Snell e Mitchell, 1941). Os aminoácidos também são fatores de crescimento (Dunn ET AL., 1947) e são utilizados na síntese de proteínas. As vitaminas também estão incluídas nos fatores de crescimento. São coenzimas ou precursores de coenzimas (Duncan et al., 2002). Uma vitamina é uma substância orgânica necessária em pequenas quantidades para o metabolismo de um organismo vivo, mas que não pode ser sintetizada em quantidades suficientes por esse organismo. Sangue e seus derivados também são empregados (Collins e Lyne, 1970). Finalmente, ao simular o seu ambiente natural, o fluido ruminal pode ser utilizado para promover o crescimento de certas espécies bacterianas (Lagier et al., 2012 e 2015).
Princípios do meio de cultura
Meio de cultura de sementes
O meio de cultura de sementes é usado para crescimento e multiplicação celular para a próxima fermentação. Um meio de cultura celular adequadamente formulado com nutrientes, vitaminas e fatores de crescimento é muito importante para o crescimento de microrganismos (Tankeshwar, 2022).
Meio nutriente
- Meios indefinidos: Meios indefinidos que também são conhecidos como meios basais ou complexos contêm uma fonte de carbono, como glicose, água, vários sais, uma fonte de aminoácidos e nitrogênio (por exemplo, carne bovina, extrato de levedura) para o crescimento de microrganismos. Este é um meio indefinido porque a fonte de aminoácidos contém uma variedade de compostos cuja composição exata é desconhecida. No entanto, os meios nutrientes contêm todos os elementos que a maioria das bactérias necessita para o seu crescimento e não são seletivos, por isso são utilizados para cultivo geral e manutenção de bactérias mantidas em coleções de culturas laboratoriais.
- Meio definido: Nesse tipo de meio, todos os produtos químicos usados são conhecidos, mas esses tipos de meio não contêm tecidos vegetais ou animais e leveduras.
- Meio diferencial ou indicador: Um corante ou indicador é adicionado nesses tipos de meios, que são usados para identificar qualquer reação química específica que ocorra durante o crescimento bacteriano. Permite o crescimento de múltiplos microrganismos; entretanto, as colônias bacterianas são diferenciadas pela sua cor quando o indicador sofre uma alteração química, como vermelho neutro, vermelho de fenol ou azul de metileno.
Mídia mínima
A composição do meio mínimo varia dependendo do microrganismo que está sendo cultivado. Este meio é normalmente composto por uma fonte de carbono, como açúcar/succinato, vários sais inorgânicos (sais de elementos essenciais como magnésio, nitrogênio, fósforo e enxofre) e água (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Mídia seletiva
Esses tipos de meios são usados para cultivar apenas certos tipos de microrganismos. Por exemplo, um antibiótico ou agente ou substância inibidora específico é adicionado para permitir apenas o crescimento de microrganismos que sejam resistentes a essa substância específica. O objetivo é separar um tipo específico de microrganismos de uma população microbiana mista utilizando este meio. Um é projetado para atender às necessidades de carbono e nitrogênio de microrganismos específicos, enquanto o outro é projetado para atender à resistência física e química de microrganismos específicos (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Meios de transporte
Eles são usados para armazenar temporariamente espécimes que estão sendo transportados para o laboratório para cultivo. Idealmente, esses meios devem manter vivos todos os organismos da amostra, sem alterar a sua concentração. Normalmente, os meios de transporte contêm apenas buffers e salt. A multiplicação microbiana é dificultada pela falta de carbono, nitrogênio e fatores de crescimento orgânicos. Os meios de transporte utilizados no isolamento anaeróbico devem estar isentos de oxigênio molecular (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Mídia enriquecida
Os meios enriquecidos contêm os nutrientes necessários para o crescimento de uma ampla gama de organismos, incluindo alguns dos mais difíceis de cultivar. Eles são comumente usados para coletar tantos tipos diferentes de micróbios quanto a amostra contém. O ágar sangue é um meio enriquecido que contém sangue total nutricionalmente denso, além dos nutrientes básicos. O ágar chocolate é fortificado com sangue tratado termicamente (40-45°C), que fica marrom e dá nome ao meio (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Características do meio de cultura ideal
A primeira característica importante é que ele deve estar facilmente disponível a um preço acessível e produzir produtos consistentes com variação mínima de lote. O meio deverá produzir um rendimento mais elevado do produto desejado num curto espaço de tempo e um rendimento mais baixo de produtos indesejáveis. Deve ser fácil de esterilizar. Deve funcionar bem com o processo de fermentação e ser amigo do ambiente antes, durante ou após a sua utilização (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Referências
Atlas R.M. 3ª edição. Imprensa CRC; Boca Raton, FL: 2010. Manual de meios microbiológicos.
Bonnet M, Lagier JC, Raoult D, Khelaifia S. Cultura bacteriana através de condições seletivas e não seletivas: a evolução dos meios de cultura em microbiologia clínica. Novos micróbios e novas infecções. 1º de março de 2020;34: 100622.
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