Influência da composição de meios de cultura no desenvolvimento de microrganismos por espectroscopia no infravermelho associada a ferramentas quimiométricas

Abstract

Este trabalho investigou a influência da composição dos meios de cultura na composição bioquímica de microrganismos, por meio da integração entre espectroscopia no infravermelho (NIR e FTIR-ATR) e ferramentas quimiométricas. Meios bacterianos e fúngicos comerciais foram analisados em sua forma desidratada e após cultivados com Escherichia coli e Staphylococcus aureus, sendo os espectros obtidos submetidos a pré-tratamentos matemáticos e à modelagem multivariada por PCA e HCA. Os resultados demonstraram que os meios de cultura apresentam assinaturas espectrais distintas, com separações marcadas em função das principais fontes de carbono e nitrogênio. A análise por PCA permitiu identificar componentes principais associadas ao teor proteico, teor de carboidratos e ao balanço C/N. Além disso, observou-se que o crescimento de bactérias Gram-positivas foi mais afetado por deficiências nitrogenadas, enquanto as Gram-negativas responderam a variações no teor de carbono. A quimiometria mostrou-se eficiente na discriminação de padrões bioquímicos sutis, permitindo correlacionar as composições dos meios aos perfis espectrais da biomassa cultivada. O estudo evidenciou o potencial da espectroscopia no infravermelho, aliada à análise multivariada, como ferramenta rápida, não destrutiva e informativa para avaliação nutricional de meios e de sua adequação ao crescimento microbiano.

This study investigated the influence of culture media composition on the biochemical profiles of microorganisms, using infrared spectroscopy (NIR and FTIR-ATR) coupled with chemometric tools. Commercial bacterial and fungal media were analyzed in their dehydrated form and after being cultivated with Escherichia coli and Staphylococcus aureus. The obtained spectra were subjected to mathematical preprocessing and multivariate modeling using PCA and HCA. The results demonstrated that the culture media exhibit distinct spectral signatures, with marked separations based on their main carbon and nitrogen sources. PCA revealed principal components associated with protein content, carbohydrate content, and the C/N balance. Additionally, it was observed that Gram-positive bacterial growth was more affected by nitrogen deficiencies, whereas Gram-negative strains responded to variations in carbon levels. Chemometric analysis proved effective in distinguishing subtle biochemical patterns, enabling the correlation between media composition and the spectral profiles of the cultivated biomass. The study highlights the potential of infrared spectroscopy, coupled with multivariate analysis, as a rapid, non-destructive, and informative tool for assessing the nutritional profile of culture media and their suitability for microbial growth.