Ecologia Microbiana: Estuda a relação entre os microrganismos e seus ambientes bióticos e abióticos.

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1 Comunicação Microbiana: as palavras Ecologia Microbiana: Estuda a relação entre os microrganismos e seus ambientes bióticos e abióticos. Estrutura trófica: Produtores Consumidores (Decompositores) HABITAT Substâncias inorgânicas Comunidade Ecossistema Compostos orgânicos Ambientes e Fatores físicos Comunicação Microbiana: as orelhas e o cérebro Comunicação Microbiana: consequências 8 Distance 6 above surface 4 (µ µm) 2 Wild type Comunicação Microbiana: consequências lasi mutant autoinducer Comunicação Microbiana: consequências Furanona Bactérias Promoção de crescimento e persistência lasi mutant HSL HSL Apoptose Formação de biofilme Produção de fatores de virulência Células do hospedeiro: Macrófagos, células epiteliais, fibroblastos Neutrófilos Fatores quimiotáticos: (ex. IL8, MIP2) Tateda et al., (23) 1

2 Componentes do Ecossistema ph Substâncias inorgânicas: CO2, H2O, H2, NH4, nitratos, etc. Compostos orgânicos: proteínas, carboidratos, lipídios, acidos húmcios, celulose, hidrocarbonetos, pesticidas, etc. hipertermófilas Acidófilas 1,8 5 termófilas Neutrófilas 59 Fatores físicos: Temperatura, ph, pressão etc... Produtores: organismos autotróficos, que elaboram alimentos a partir de substâncias inorgânicas simples. Alcalófilas 911 Consumidores: organismos heterotróficos, que ingerem outros organismos ou matéria orgânica particulada. Decompositores: organismos heterotróficos, que degradam compostos complexos de protoplasmas mortos, absorvem alguns produtos em decomposição e liberam substâncias simples que reintegram os ciclos na natureza. Salinidade( pressão osmótica) NaCl mesófilas psicrófilas não halófilas <,5% Halófilas 3 a >15% Halófilas extremas 15 a 25% Halófilas x Halotolerantes Ambientes extremos Ecossistema: Escala Ambientes ácidos Lagos alcalinos Gêiseres Antártica Antártica Vulcões Marte? Ecologia Microbiana: Informações Ecossistema: Crescimento de Microrganismos Crescimento é intermitente! Fases curtas de crescimento rápido,mesmo exponencial são intercaladas por fases longas de crescimento lento ou de latência, pois o fluxo de nutrinetes geralmente é muito variável. Crescimento é frequentemente limitado pelo aporte de nutrientes, como, por exemplo, oxigênio: Quem? Aonde? Quão ativo? 2

3 Ecossistema: Crescimento de Microrganismos Acesso a substratos Importância do estresse para a estabilidade de comunidades microbianas Fase planctônica Estresse : Alteração abrupta das condições de funcionamento do ecosistema Geralmente afeta o fluxo de energia (nutrientes) pelo ecosistema ou a taxa de sua metabolização. Alterações lentas propiciam adaptação Resulta em criação de novos nichos ecológicos e, portanto, aumento da competição interna no ecosistema Mecanismo importante de manutenção da biodiversidade de um ecosistema. Biofilme Ecologia Microbiana: Interações Quanto mais complexa a comunidade > a densidade populacional??? > as interações envolvidas Comunidades estabilizadas: mais interações positivas entre os organismos autóctones composição e densidade de indivíduos de uma espécie podem variar muito podem se tornar suscetíveis a estresses ambientais Microrganismos alóctones: sofrem interações negativas com organismos autóctones que também limitam a densidade populacional Complexidade da comunidade: Maior em ambientes oligotróficos do que em ambientes heterotróficos. Interações com o Ambiente Abiótico: Respostas Táxicas Respostas táxicas são deslocamentos de bactérias ao longo de gradientes de condições ambientais, preconizam a existência de um sistema fisiológico de detecção e análise destes gradientes. Fototaxia Quimiotaxia Magnetotaxia usam o campo geomagnético da terra para se orientar através do ambiente Neutralismo: Falta de interação entre 2 populações Em teoria ocorre entre: Comensalismo: interação benéfica para uma parte da população e neutra para a outra parte. populações com capacidades metabólicas diferentes; Populações distantes uma da outra: organismos em ambientes; oligotróficos (oceanos, atmosfera) populações com baixa densidade populacional e/ou baixa atividade metabólica: gelo, subsolo. Esporos e organismo em estado de latência metabólica Na prática: é difícil evitar interações indiretas entre populações microbianas metabolicamente ativas de um mesmo habitat Metano Oxigênio Viabilização do crescimento de organismos anaeróbios em ambientes aeróbios 3

4 Comensalismo: interação benéfica para uma parte da população e neutra para a outra parte. Simbiose: todos os organismos que participam da interação se beneficiam dela (sinergismo/mutualismo/sintrofismo) líquens Methanobacillus omelianskii Viabilização do crescimento de organismos em ambientes onde não heveria substratos disponíveis As diferentes espécies participantes da simbiose podem sobreviver em ambientes naturais independentemente. Simbiose: todos os organismos que participam da interação se beneficiam dela (sinergismo/mutualismo/sintrofismo) Fixadoras de nitrogênio e plantas açúcares Nitrogênio (amônia) Competição: interação onde um dos participantes acaba sendo eliminado do meio. Quando 2 populações competem pela mesma fonte (nutriente, luz, espaço) competição exclusiva : resulta na exclusão de uma das populações Flutuações das condições ambientais permitem alterar o quadro de vantagens relativas entre competidores e com isto preservar a presença de organismos menos competitivos no ambiente. Competição: interação onde um dos participantes acaba sendo eliminado do meio. Competição entre bactérias nitrificantes autotróficas e bactérias heterotróficas em plantas de tratamento de esgoto Amensalismo/Antagonismo: Uma organismo produz compostos que inibem o desenvolvimento de outros organismos da comunidade A microbiota da pele produz ácidos graxos que controlam leveduras e outros microrganismos. Produção de etanol pela levedura é inibitória para outros microrgansmos (vinho) Produção de antibióticos Produção de colicina por bactérias 4

5 Predação: consumo de uma espécie por outra de tamanho maior Protozoários em sistemas de tratamento de esgoto Opercularia sp. Vorticella convallaria Parasitismo: Ataque de uma espécie menor contra uma espécie maior com efeitos negativos para a última (doença/morte) Longo tempo de contato. Ecto ou endoparasitas Interação específica Parasitas obrigatórios: vírus, bacteriófagos, patógenos, Bdellovibrio Classificação das Interações entre Populações Ciclos Biogeoquímicos: Carbono Interação Neutralismo Comensalismo Sinergismo ( Protocooperação) Mutualismo Competição Amensalismo Parasitismo Predação, sem efeito Efeito Pop. A ou Efeito Pop. B Detritos E: 22 TT: 164anos Produtores primários E: 45 TT: 5,35anos Fossilização FS: 35 Respiração/queima consumidores E: pequeno TT: curto Combustíveis Fósseis E: 25.. TT: 3x1 8 anos Estoques em x1 15 g Respiração FS: 5 Respiração queima CO 2 na atmosfera E: 64 TT: 5,4 anos Precipitação/ bioprecipitação Ácido carbônico na água E: 3. TT: 224 anos Carbonato de cálcio em sedimentos e rochas E: 18.. TT: 3x1 8 anos Dissolução/ biodeterioração Nitrobacter nitrificação NO 3 Ciclos Biogeoquímicos: Nitrogênio NO 2 NO Nitrosomonas 2 muitos nitrificação organismos amonificação assimilação N org assimilação Reservatórios de Nitrogênio Massa MV Rochas e sedimentos: ~2x1 23 g 4x1 8 anos Inorgânicos dissolvidos ~2x1 19 g 2x1 5 anos Orgânicos terrestres ~3x1 17 g 14anos Atmosfera: 4x1 21 g 4x1 7 anos Orgânicos dissolvidos: 3x1 16 g 1mês Inorgânicos terrestres: 2x1 16 g <1ano amonificação NH 4 muitos organismos NO N 2 O Bacillus Paracoccus Pseudomonas e muitos outros Clostridium Azotobacter Rhizobium Anabaena Fixação de nitrogênio N 2 aeróbio Anóxico/ anaeróbio Redução assimilatória Enxofre orgânico Reservatórios de Enxofre: Rochas e sedimentos: ~1 22 g Inorgânicos dissolvidos ~1 21 g Inorgânicos terrestres ~61x1 15 g Atmosfera: 1 12 g Orgânicos dissolvidos: 4x1 7 g Inorgânicos terrestres: desconhecido Ciclos Biogeoquímicos: Enxofre Redução dissimilatória Anaeróbios: Desulfovibrio Desulfomonas Archaeglobus Desulfobacter Desulfococcus Desulfuromonas Desulfosarcina SO 4 2 Redução dissimilatória H 2 S Redução de enxofre elementar Anaeróbios facultativos: Campylobacter Proteus Pseudomonas Salmonella Enxofre elementar Aeróbios: Beggiatoa Sulfolobus Thiobacillus Thiothrix Anaeróbios: Thiospirillum Thiocapsa Chromatium Chlorobium Prosthecocloris 5

6 Ciclos Biogeoquímicos: Ferro Fe 2 Bactérias oxidadoras de ferro (ácidoaeróbio) Thiobacillus ferroxidans Fe 3 Galionella Leptothrix Bactérias oxidadoras de ferro (microaerofílico) aeróbio Bibliografia: Brock capítulos 2(I), 2 (IV), 2(V) Fe 3 Fe 2 Férrico Vários organismos diferentes Ferroso Anóxico/anaeróbio 6

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