INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA

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1 INTRODUÇÃO A MICROBIOLOGIA UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS CURSO DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA DISCIPLINA: MICROBIOLOGIA BIOQUÍMICA DO SOLO PROFESSORA: Adriana Silva Lima INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA Microbiologia: Mikros (= pequeno) + Bio (= vida) + logos(= ciência); Microbiologia é definida como a área da ciência que dedica-se ao estudo dos microrganismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células isoladas ou agrupados em diferentes arranjos(cadeias ou massas); Assim, com base neste conceito, a microbiologia envolve o estudo de organismos procariotos (bactérias, archaeas), eucariotos inferiores (algas, protozoários, fungos) e também os vírus. Microrganismos -Seres vivos que só podem ser observados ao microscópio O QUE SÃO MICRORGANISMOS? o Organismos vivos ou agentes que na maioria dos casos não são visualizados a olho nu. Protozoários, Algas, Bactérias, Fungos e Vírus 4 IMPORTÂNCIA DOS MICRORGANISMOS NO PROCESSO EVOLUTIVO Responsáveis por alterações nas condições atmosféricas na Terra e pelo surgimento de outras formas de vida mais complexas. Principais marcos na história da vida: 3,7 bilhões de anos: Origem da vida 3,5 bilhões de anos: Fóssil do procarionte mais antigo 2,7 bilhões de anos: Acúmulo de O 2 produzido pelas cianobactérias 2,6 bilhões de anos: Primeiros organismos terrestres 1,5 bilhões de anos: Fóssil eucarionte mais antigo Estromatólitos do Lago Thetis, na Austrália. 1

2 IMPORTÂNCIA DOS MICRORGANISMOS IMPORTÂNCIA SOB A PERSPECTIVA DO HOMEM Responsáveis pela manutenção da vida na Terra Microbiologia: ± 300 anos 1% Ciclagem dos elementos pela degradação da matéria orgânica Benefício/prejuízo a saúde do homem, animais e outros seres vivos Participam das atividades produtivas da vida do homem 99% Benéficos ou inócuos Patogênicos PORQUÊ ESTUDAR MICROBIOLOGIA? o São importantes para os animais, plantas e saúde do homem o São fonte de alimento e importantes na produção de alimentos o São importantes na reciclagem de resíduos o São úteis na produção de antibióticos, vitaminas,... o São importantes na aplicação da engenharia genética tecnologia de DNA recombinante, terapia gênica o E muito mais... HISTÓRICO DA MICROBIOLOGIA o As primeiras observações o A teoria da geração espontânea e biogênese o A idade de ouro da microbiologia o A microbiologia no presente Lister, 1867 primeira cirurgia asséptica Constatações: PRAGA E POPULAÇÃO MUNDIAL o EGÍPCIOS: protegiam tumbas com esporos de Aspergillus o BÍBLIA: descrição da lepra (Livro dos Números 1000 ac) e proibição consumo de certas carnes (Deuteronômio 600 ac). o Grécia (~400 ac): Tucídides verificou que os pacientes que sobreviviam à praga ficavam protegidos e podiam cuidar dos doentes. o China (50 ac): uso de sandálias mofadas para controle de infecções bacterianas nos pés. o Roma (100 dc): Varro propôs que diminutas criaturas entravam no corpo e causavam doenças.. Praga ou Peste Negra foi uma epidemia que atingiu a Europa, China e Oriente Médio, entre outras. Em 1347 (Idade Média), a peste matou 1/3 população Européia, destruindo uma brilhante civilização. Todas as classes sociais foram afetadas. 2

3 A descoberta dos microrganismos O MUNDO INVISÍVEL Leeuwenhoek é considerado o fundador da microbiologia Observações relatadas a Sociedade Real de Londres Lentes 200 a 300 X As primeiras observações: Leeuwenhoek (em 1677) Observou e descreveu os microrganismos ("animálculos ) A GERAÇÃO ESPONTÂNEA DE VOLTA AO DEBATE Redi ( ): moscas não se originam de carne e peixes a descoberta dos microrganismos reaqueceu os debates - mais um século de controvérsias -Teoria da Geração Espontânea Redi mostra que as larvas desaparecem depois de terminar de comer a carne Redi demonstra que nos frascos tampados não há o surgimento de larvas. Redi comprova que as larvas que foram aprisionadas passaram pela metamorfose e se transformaram em moscas. Redi comprova que, mesmo com a penetração do ar através do tampo de gaze, não há o surgimento de larvas. 3

4 o Com estes resultados, Redi comprovou: Pasteur ( ) o que as larvas eram oriundas de ovos postos por moscas que pousavam sobre a carne (biogênese) o e não surgiam por Geração Espontânea (abiogênese). A GERAÇÃO ESPONTÂNEA DE VOLTA AO DEBATE Pasteur ( ) TEORIA MICROBIANA DAS DOENÇAS Robert Koch ( ): Descobriu que uma bactéria específica causava uma determinada doença (Antraz). Teoria microbiana da fermentação: 1850: Pasteur resolve problemas da indústria francesa de vinhos PASTEURIZAÇÃO Revolucionou a medicina para diagnóstico e tratamento de doenças e aumentou a expectativa de vida em décadas. o Em 1877 publicações sobre o Antraz (doença do gado) que também pode ocorrer em seres humanos; o Demonstrou que certas bactérias estavam presentes em animais que estavam com a doença E não estavam presentes em animais sadios Resolveu então realizar experimentos: 1) Colheu uma amostra do sangue animal do animal doente -Médico alemão que desempenhou um importante papel para estabelecer que os microrganismos causam doenças específicas 2) Injetou em um outro animal saudável 3) O segundo animal desenvolveu a mesma doença e morreu 4

5 DESENVOLVIMENTO DE TÉCNICAS PARA ESTUDOS DOS MICRORGANISMOS DESENVOLVIMENTO DE TÉCNICAS Alemães - conceito de meio de cultura: Necessidade de separar diferentes microrganismos para estudos colônias em batatas - isolamento meios: caldos, leite, frutas, etc. Koch: ágar-ágar e a cultura pura Petri: placa para cultura TÉCNICAS DE ISOLAMENTO Erlich: coloração das células Lister: fenol primeiro desinfetante, técnicas assépticas A IDADE DE OURO DA MICROBIOLOGIA ( ) Estabelecimento da microbiologia como ciência Novos ramos: Ecologia Microbiana Descoberta da importância das bactérias na ciclagem dos nutrientes (C, N,S,P) (Winogradski e Beijerinck) Imunologia vacinas imunoglobulinas anticorpos monoclonais Indústria Drogas, antibióticos, alimentos (Fleming, Waksmam) Virologia: Iwanovski/Stanley Biologia Molecular 1970 Mapeamento, recombinação e engenharia genética O futuro da microbiologia Agricultura o Área médica o Doenças emergentes o Microrganismos novos o Reaparecimento de doenças o Biotecnologia e Bioengenharia o Bioinformática o Processos industriais e na área ambiental o Diversidade e sua aplicação 5

6 Criação de animais Microrganismos na produção de alimentos Celulose CO 2 + CH 4 + proteína animal Rumem o MICRORGANISMOS E OS ALIMENTOS o Desempenham papel importante na indústria alimentícia o Indústria de alimentos enlatados, congelados e desidratados o Queijos, iogurtes e manteiga o Produção de etanol o Produção de bebidas alcóolicas Alimentos preparados com o uso de microrganismos Matéria prima Principal Microrganismo Grupo Alimento Picles Pepinos Lactobacillus spp. Pediococcus spp. Cococ, Gram + Leite fermentado Leite L. acidophilus Pão Farinha Saccharomyces cerevisiae Levedura Ricota Leite pasteurizado L. bulgaricus Koumiss Leite de égua L. bulgaricus Torula, Mycoderma Leveduras Kefir Leite fresco, Streptococcus spp. Cocos, Gram + Lactobacillus spp. Leuconostoc Cocos, Gram + Acetobacter Bacilos, Gram - Iogurte Leite pasteurizado L. bulgaricus S. thermophilus Cocos, Gram + Shoyu Arroz, Soja L. delbrueckii Aspergillus oryzae Fungo filamentoso Sacharomyces rouxii Levedura Queijos Leite S. lactis Cocos, Gram + S. cremoris Cocos, Gram + L. citrovorum L. dextranicum Outros microrganismos Fungos Cerveja Grãos de cereais Saccharomyces spp. Leveduras Vinho Suco de uva Saccharomyces cerevisiae Leveduras Sacch. champagnii Salames e salsichas Porco/Gado Pediococcus cerevisiae Cocos, Gram + curadas Presunto curado Porco Aspergillus, Penicillium Fungos Manteiga: mesmos microrganismos Queijos Lactococcus lactis Lactococcus cremoris Lactobacillus citrovorum Lactobacillus dextranicum Outros: fungos Iogurte Lactococcus thermophillus Lactobacillus bulgaricus Sabor: diacetil, acetaldeído Creme de Leite Streptococcus cremoris, S. diacetylactis: ácido coagulação Leuconostoc cremoris: voláteis sabor e aroma 6

7 Agente de fermentação em outros processos Alimentação do homem e animais Saccharomyces cerevisiae a) Leveduras do gênero Saccharomyces: para bebidas alcoólicas e etanol b) Acetobacter sp. : produção de vinagre c) Aspergillus niger : Ácido cítrico, amiloglicosidase d) Lactobacillus: ácido lático, bebidas lácteas e) Propionibacterium: cianocobalamina (B12) f) Penicillium chrysogenum : Penicilina G g) Xanthomonas campestris: Goma Xantana h) Corynebacterium glutami :Glutamato monossódico i) Escherichia coli e Bacillus megaterium: Penicilina G Acilase Doenças o Identificação de novas doenças otratamento, cura e prevenção o MICRORGANISMOS, ENERGIA E MEIO AMBIENTE oprodução de gás metano ometabolismo de Bactérias metanogênicas oprodução de biomassa omicrorganismos (fototrópicos) se desenvolvem em presença de luz oabsorvem a energia luminosa oproduzem biomassa (energia armazenada em organismos vivos), materiais orgânicos (provenientes da produção de grãos e produtos de excreção animal) oprodutos podem ser convertidos em biocombustível Energia e Meio ambiente o Bio-combustíveis (CH 4 ) Fonte: scientiaestpotentiaplus/biocombustiveis 7

8 omicrorganismos, ENERGIA E MEIO AMBIENTE outilização de microrganismos na degradação de poluentes gerados pelas atividades do homem obiorremediação: Fonte: scientiaestpotentiaplus/biocombustiveis ocapacidade de certos organismos isolados a partir da natureza consumir óleo, solventes, pesticidas e outros poluentes tóxicos ao ambiente, seja no próprio local onde ocorreu o vazamento ou posteriormente após a penetração do material tóxico no solo ou lençol freático o Biorremediação o Organismos geneticamente modificados Produtos farmacêuticos Insulina humana: 1º biofármaco produzido pela engenharia genética produção nos EUA pela empresa Lilly Microrganismo produtor: Escherichia coli com o gene humano para produção de insulina Insulina Proteína produzida no pâncreas Regulação do metabolismo de carboidratos Produção original Extração a partir de animais: porcos, bois Eficiência de ação 8

9 MICRORGANISMOS e a AGRICULTURA Terapia genética usando um Adenovíruscomo vetor. Um novo gene é inserido no adenovírus, que é usado para introduzir o DNAmodificado na célula humana. Se o tratamento for bem sucedido, o novo gene vai produzir uma proteína funcional. Tratamento de doenças hereditárias -Nosso sistema de agricultura depende muitas vezes de microrganismos -Ex: Fixação biológica de Nitrogênio (FBN) em leguminosas -A FBN é um processo biológico da quebra da molécula de N2 em nitrogenase -Ocorre no interior de nódulos onde há conversão do N2 atmosférico em amônia, que é incorporada em diversas formas de N -Gêneros: - Rhizobium, Bradyrhizobium e Azorhizobium: rizóbios QUAL A DIFERENÇA ENTRE O N PROVENIENTE DO ADUBO E O N PROVENIENTE DA FBN? Avaliação da nodulação por rizóbio em leguminosas Nenhuma. oas plantas absorvem o N 2 na forma de NH 4 + e NO 3 - oestas formas estão presentes tanto pela adubação mineral (uréia, nitrato de amônio) ou pela fixação biológica do nitrogênio. QUAIS AS VANTAGENS DA FBN EM RELAÇÃO À ADUBAÇÃO MINERAL? Industrial (Fertilizantes) Processo caro, tem alta demanda energética, consome fósseis e pode ser poluente. Fertilizantes nitrogenados (FN) exigem cuidados especiais para transporte e armazenamento, pois alguns são inflamáveis e explosivos. FN geralmente tem baixo aproveitamento, e pode ser poluentes de solo, água e atmosfera. FN representam de 5 a 20% do custo de produção das culturas. Expansão é limitada pelo capital e impacto ambiental. FN representam apenas 2% da absorção total de N pelas plantas. FBN É um recurso natural renovável e passivo de manipulação. É barato e sem impacto ambiental. Consome em torno de 2,5% da energia da fotossíntese do planeta. Mecanismo responsável por 65% do N 2 incorporado nos seres vivos do planeta. Estima-se que a vida no planeta terminaria em 30 anos se a FBN parasse. Representa 8,5% da absorção total den. MICRORGANISMOS NO CONTROLE DE PRAGAS -Fungo: Beauveria bassiana O fungo é aplicado em forma de pasta em pedaços de bananeira que são colocados ao redor das árvores servindo de isca, controlado assim, o Moleque da-bananeira (Cosmopolites sordidus) 9

10 MICRORGANISMOS NO CONTROLE DE PRAGAS Controle biológico de pragas MICRORGANISMOS COMO AGENTES CAUSADORES DE DOENÇAS DE PLANTAS Bacillus thurigiensis -Utilizado no controle de insetos -É injetada uma toxina no interior do organismo do inseto -Ocorre a paralização do inseto MICRORGANISMOS COMO AGENTES CAUSADORES DE DOENÇAS DE PLANTAS 10