FUNGOS VERDADEIROS. (reino Eumicota, dominio Eucaria) Micologia. Micologistas. Leveduras (fungos unicelulares) Fungos miceliais (bolores) Cogumelos

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1 FUNGOS VERDADEIROS (reino Eumicota, dominio Eucaria) Micologia Micologistas Leveduras (fungos unicelulares) Fungos miceliais (bolores) Cogumelos - Eucariotas - Formadores de esporos (reprodução) - Reprodução assexuada e sexuada - Imóveis - Quimiorganoheterotróficos - Principalmente, metabolismo aeróbio - Alguns anaeróbios facultativos (p.ex. respiração aeróbia ou fermentação, em algumas leveduras) - Mesófilos (T óptima ~20-36ºC) - Acidófilos (ph óptimo ~ 5-6,5)

2 Distribuição Principalmente terrestre (solo, plantas); algumas espécies aquáticas Muitos são patogénicos de plantas e animais (micoses e micotoxicoses) Alguns formam associações simbióticas com outros organismos (Ex: micorrizas; liquenes) Estão descritas espécies, mas pensa-se que existam 1,5 milhões na Natureza.

3 Associações simbióticas entre fungos e outros organismos Micorrizas - associações simbióticas benéficas entre fungos e raízes de plantas (90% das plantas terrestres) Ectomicorrizas (em coníferas; carvalho, etc.; mais de 5000 espécies de fungos envolvidos) Endomicorrizas (80% das espécies de plantas terrestres) Ectomicorrizas em Pinus contorta (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill) (Madigan, Martinko, Parker, Brock Biology of Microrganisms, 10ª ed.)

4 VANTAGENS conferidas pelas micorrizas: - Aumentam competitividade da planta (aumenta disponibilidade de nutrientes; ajuda na absorção de água); - Influenciam as comunidades de plantas (partilha de nutrientes); - Suportam o desenvolvimento de rizoesfera (principalmente bactérias) - Fungo tem acesso a maior quantidade e diversidade de nutrientes orgânicos e inorgânicos. Sem micorrizas Com micorrizas (Madigan, Martinko e Parker, Brock Biology of microorganisms, 10th ed)

5 Liquenes associações simbióticas benéficas de fungos com organismos fototróficos. Algas. Cianobactérias (frequentemente, espécies que fixam N 2 ) Alga ou cianobactéria fototrófica; produz compostos orgânicos para nutrição do fungo. Fungo oferece protecção à alga ou cianobactéria contra erosão por vento e chuva; facilita absorção de água e de nutrientes inorgânicos (essenciais para a sobrevivência da alga/cianobactéria). (Madigan, Martinko, Parker, Brock Biology of Microrganisms, 10ª ed.) Importância ambiental - Liquenes são muito sensíveis a poluição atmosférica (espécies indicadoras de poluição)

6 Importância dos fungos Benefícios - Decomposição de matéria orgânica no Ambiente Mineralização da matéria orgânica (são saprófitas) Reciclagem de nutrientes na Natureza - Fermentação industrial (alimentos e bebidas fermentadas; produção de antibióticos, esteróides e outras drogas; produção de enzimas) - Alguns degradam poluentes xenobióticos (ex. pesticidas DDT, 2,4-D; explosivos TNT; compostos aromáticos policlorados) Biorremediação - Alguns são modelos simples da célula eucariótica, em Investigação Científica (ex. levedura Saccharomyces cerevisiae)

7 Malefícios - Principal causa de doenças em plantas (impacto na Agricultura e Economia) - Doenças importantes em animais e humanos (micoses; intoxicações) Micotoxicologia * ** * * Toxina carcinogénica (fígado) (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill) ** Alcalóides derivados do ácido lisérgico (LSD) em doses elevadas são alucinogénicos; em doses controladas têm propriedades terapêuticas (combate à pressão arterial alta e dor de cabeça) - Deterioração de alimentos (geleias, xaropes, pão, fruta) e materiais (madeira, tintas, cabedal, etc.) (Osmotolerantes; capacidade hidrolítica elevada)

8 ESTRUTURA Talo corpo vegetativo (absorção de nutrientes e metabolismo) Nas células da maior parte dos fungos, a quitina (polissacárido constituido por resíduos de N-acetilglucosamina) é o constituinte principal da parede celular. - varia em termos de complexidade e tamanho Talo unicelular leveduras gémula Cicatriz de gemulação Leveduras fungos unicelulares que podem apresentar reprodução assexuada (gemulação é a mais frequente) e sexuada (formação de esporos). (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill)

9 Talo pluricelular fungos miceliais (bolores) e cogumelos Corpos frutíferos (com esporos) REPRODUÇÃO ASSEXUADA Micélio (conjunto de hifas) Crescimento apical HIFAS Solo (Madigan, Martinko e Parker, Brock Biology of microorganisms, 10th ed)

10 HIFAS têm parede celular e citoplasma envolvido pela membrana citoplasmática; estrutura celular do tipo eucariótica. Função principal: absorção de nutrientes e metabolismo. Hifa coenocítica sem paredes entre células (Prescott et al., Microbiology, 5th ed) Hifa septada os septos possuem um poro central ou multiplos poros (o citplasma é contínuo)

11 Reprodução Gemulação maior parte das leveduras Saccharomyces cerevisiae Género Candida Assexuada (mitose) Fissão binária (género Schizosaccharomyces) Formação de esporos assexuados (Pseudomicélio) Função dos esporos reprodução e disseminação dos fungos Os esporos são extremamente leves e são espalhados pelo vento, água, insectos, animais, etc. Estão largamente distribuidos no solo, água e ar. Forma, tamanho e número (reprodução assexuada ou sexuada) utilidade taxonómica (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill)

12 DIMORFISMO. Alguns fungos alteram a sua forma ou alternam entre forma unicelular (tipo levedura ou Y Yeast ) e forma micelial (tipo M), em resposta principalmente a alterações nas condições ambientais (nutrientes, T, CO 2, pressão osmótica, etc.). P.ex. comum em fungos que causam doenças em humanos, animais e plantas. (consoante o fungo está associado ao hospedeiro ou fora dele) (Prescott et al., Microbiology, 5th ed)

13 Reprodução sexuada. União de dois núcleos compatíveis ( mating types ) haplóides (N cromossomas) zigoto diplóide (2N) formação de esporos (N); Diagrama do ciclo de vida geral de um fungo: alternância entre fases haplóide (N) e diplóide (2N) Cariogamia (2N) célula contendo 2 núcleos (estado dicariótico) Formação de 4 ou mais esporos haplóides Células haplóides Plasmogamia (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill)

14 Meiose Formação de 4 ou mais esporos haplóides, de dois tipos: Ascósporos Fungos ascomicetas Basidiósporos Fungos basidiomicetas asco basidio Ou, Formação de zigósporo (p.ex. nos géneros Rhizopus e Mucor) Fungos zigomicetas (Tortora, Funke e Case, Microbiology, an introduction, 6th edition )

15 Ciclo de vida de um Ascomiceta unicelular (ex. levedura Saccharomyces cerevisiae) Figure (Prescott et al., Microbiology, 5th ed)

16 Ciclo de vida de um Ascomiceta unicelular (ex. levedura Saccharomyces cerevisiae) Reprodução assexuada (ciclo mitótico) de célula diplóide (2N) (em condições de crescimento favoráveis) Célula diplóide (2N) Zigoto (2N) Haploides (N) Reprodução sexuada Fusão de célula do tipo a com célula do tipo alfa a e alfa são mating types * Meiose do núcleo diplóide (em condições desfavoráveis - nutrientes deficeis de metabolizar) Asco (contém 4 esporos haplóides) Reprodução assexuada (ciclo mitótico) de célula haplóide (sob condições favoráveis nutrientes disponíveis) ascósporos haplóides 2 do tipo a e 2 do tipo alfa plasmogamia e cariogamia Figure (Prescott et al., Microbiology, 6th ed) Mating type Regulado pela expressão dos genes a e alfa, que codificam para síntese dos factores a e alfa que são hormonas peptidicas excretadas pelas células em acasalamento.

17 Ciclo de vida de um Ascomiceta micelial (Tortora, Funke e Case, Microbiology, an introduction, 6th edition )

18 Reprodução sexuada entre hifas compatíveis em fungo micelial Ascomiceta. (hifa -) (hifa +) (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill)

19 Cogumelos ascomicetas Morchella esculenta (comestível) Sarcoscypha coccinea Trufas / Tuber brumale Ascocarpo - corpo frutífero que contem milhares de ascos (dicariotic) (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill)

20 Importância de fungos Ascomicetas (exemplos): - Deterioração de alimentos (espécies osmotolerantes) - Doenças em plantas (ex. míldeos pulverulentos que se desenvolvem em folhas de plantas; frutos, cereais ou leguminosas; ) - Algumas causam doenças em animais e humanos (ex. Claviceps purpurea ergotismo) - Cogumelos comestíveis (ex. trufas) - Produção de alimentos e bebidas fermentadas (ex. levedura Saccharomyces cerevisiae) - Modelos em Investigação (Ex. Leveduras Saccharomyces cerevisiae e Neurospora crassa)

21 Fungos basidiomicetas Exemplo - Ciclo de vida de um cogumelo: Importância de fungos basidiomicetas: - Decompositores de restos de plantas - saprófitos (celulose, lenhina, principalmente); -Alguns são patogénicos de humanos ou animais (Ex. levedura Cryptococcus neoformans causa infeccões nos pulmões e no sistema nervoso central); - Alguns são parasitas de plantas. - Cogumelos: venenosos (Ex. Amanita) ou comestíveis (Prescott et al., Microbiology, 5th ed) (ex. Agaricus); Na maior parte - micélio escondido no solo; a parte carnuda e aérea é o corpo frutífero (basidiocarpo) que contém milhares de basídios com basidiósporos.

22 (Perry, Staley and Lory, Microbial Life, Sinauer (ed), 2002) Hay feno Corncob espiga de milho Rye centeio

23 Fungos zigomicetas (Bolor do pão) Rhizopus stolonifer - Reprodução assexuada envolve formação de hifas aéreas com um esporângio contendo esporos; - Reprodução sexuada envolve formação de zigósporo diplóide (2N) que sofre meiose e a partir do qual é produzido um esporângio com esporos (normalmente, em condições ambientais desfavoráveis); - Cresce na superfície de materiais húmidos e ricos em hidratos de carbono (pão; frutos; vegetais); - Maior parte são saprófitas (poucos são parasitas) (Tortora, Funke e Case, Microbiology, an introduction, 6th edition) (géneros principais: Rhizopus; Mucor) - Algumas espécies com importância industrial:.p.ex. alimentos (queijos de feijão de soja, tempeh no Oriente); fonte de enzimas para amaciamento da carne; do pigmento amarelo da margarina, medicamentos, etc.

24 Taxonomia - Divisões dos fungos Taxonomia clássica baseado principalmente nas estruturas formadas na reprodução sexuada e em diversas características fenotípicas Ciclo de vida sexuado conhecido Ciclo sexuado não conhecido (Prescott et al., Microbiology, 5th ed) Deuteromicetas ou fungos imperfeitos Muitos são saprófitas ou parasitas de plantas; apenas alguns são parasitas humanos e causam micoses (p.ex. Pé de atleta, causado por Trichophyton). - Muitos têm interesse comercial:. algumas espécies do género Penicillium (produtores de antibióticos; responsáveis pelo aroma de queijos camembert, roquefort, gorgonzola);. algumas espécies do género Aspergillus (fermentação do molho de soja; produção de ácido cítrico; alguns contaminam frutos secos e cereais e produzem aflatoxinas)

25 Taxonomia - Divisões dos fungos (cont.). Classificação filogenética - baseada na comparação da sequência do RNA ribossomal (rrna) 18S Divisão dos Deuteromicetas desapareceu e estes fungos foram colocados em outras divisões junto das espécies filogenéticamente mais próximas. (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill) Aparece divisão nova quitridiomicetas - Estabelecem ponte entre os fungos verdadeiros e os protistas; produzem esporângios como os fungos, mas os esporos têm flagelos e são móveis - zoósporos. - Vivem na água ou no solo. - Alguns vivem no rumen de gado. - Alguns são parasitas de plantas (p.ex doença da batata), de algas ou de outros fungos verdadeiros.

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27 Produção de penicilina pelo fungo Penicillium chrysogenum (Penicilina G exemplo de metabolito secundário) Penicilina G (penicilina natural) Modificação química ou enzimática (6-APA) Uso clínico / oral (alvo: Principalmente, bactérias Gram positivas) (Madigan, Martinko e Parker, Brock Biology of microorganisms, 10th ed) (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill)

28 Exemplos de enzimas produzidas por fungos e suas aplicações (adaptado de Pelczar, Chan & Krieg, Microbiology concepts and applications, Mc Graw-Hill)

29 Rhizopus nigricans e produção de cortisona Exemplo de Bioconversão Microbiana: (Agente anti-inflamatório) Bioconversão - uso de enzimas microbianas (podem ser células inteiras) para catalizar reacções químicas específicas. Normalmente, os passos de bioconversão substituem reacções químicas difíceis e caras, na síntese de produtos de valor comercial elevado. Exemplo: (Madigan, Martinko e Parker, Brock Biology of microorganisms, 10th ed)

30 Phanerochaete crysosporium: a wood-degrading fungus with a voracious appetite Componentes da Lenhina white-rot fungus PCP - pentaclorofenol

31 Fermentação alcoólica e produção de etanol por leveduras Bebidas alcoólicas fermentadas - vinho (Casta da uva) SO 2 Estirpes existentes no mosto (FERMENTAÇÃO ESPONTÂNEA), ou adição de estirpe seleccionada de levedura (Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces ellipsoideus) (Polpa) SO 2 (Polpa) Vinho tinto : - Fermentação na presença da polpa da uva (peles, graínhas e porções de caules); - rico em taninos / flavonóides, que são extraídos das peles (contribuem para aroma, cor, tem propriedades anti-oxidantes); (Madigan, Martinko e Parker, Brock Biology of microorganisms, 10th ed) - Rico em procianidinas, extraídas da polpa (protege paredes vasos sanguíneos e combate envelhecimento celular)

32 Produção de cerveja MALTE cevada germinada (acção de amilases) Fervura em recipientes de cobre (Inactivação de microrganismos e enzimas; extracção de aromas -lupulo) (S. cerevisiae S. carlsbergensis) (filtração) 7-12 dias; 6-12ºC; ph Glucose, maltose Etanol, CO 2, e Produtos secundários da fermentação, p.ex. glicerol, acido acético, acido octanóico, etc. Infusão de malte em água + aquecimento Lúpulo flores secas de Humulus lupulis antimicrobiano, aromatizante (acção de enzimas hidrolíticas libertação açucares fermentiscíveis, aminoácidos, Vitaminas, etc.) 0,1ºC; várias semanas + CO 2 (Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition, Mc Graw-Hill)

33 Produção de saké (bebida fermentada Japonesa com 17%(v/v) de etanol, feita a partir de amido de arroz) Aspergillus oryzae (hidrólise do amido) + Saccharomyces cerevisiae (fermentação alcoólica) Produção de etanol / alcool etílico (EUA biliões litros/ano) Solvente industrial Combustível ( gasohol - gasolina contendo 10% etanol) (combustão menos poluente) - Por espécies pertencentes aos géneros Saccharomyces, Kluyveromyces, Candida; - Aproveitamento de resíduos vegetais (de cereais e frutos), melaço de cana de açucar, beterraba sacarina, etc.

34 Produção de proteínas recombinantes - S. cerevisiae como hospedeira para expressão de genes heterólogos (p.ex. Produção de Hormona de Crescimento Humana, insulina, vacina Hepatite B, etc.) Produção industrial de células de levedura (Madigan, Martinko e Parker, Brock Biology of microorganisms, 10th ed)

35 (Madigan, Martinko e Parker, Brock Biology of microorganisms, 10th ed)