AULA 11 MICROBIOLOGIA AMBIENTAL Disciplina: Microbiologia Profa. Nelma R. S. Bossolan 27/10/2017

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1 AULA 11 MICROBIOLOGIA AMBIENTAL Disciplina: Microbiologia Profa. Nelma R. S. Bossolan 27/10/2017

2 Do que trata a Microbiologia Ambiental Sub-área da Microbiologia que se dedica ao estudo da fisiologia, genética, interações e funções dos microrganismos no ambiente, e faz uso deste conhecimento com o objetivo de manter a qualidade ambiental e contribuir para o desenvolvimento sustentável da sociedade moderna. * (definição no site da Sociedade Brasileira de Mcirobiologia) Objeto de estudo da ecologia microbiana

3 Sistemas naturais: Ar, Água, Solo, Águas subterrâneas Sistemas artificiais: ETA, ETE, Aterros sanitários Microbiologia Ambiental Interações entre comunidades microbianas e com plantas e outros animais. Bioprospecção Biorremediação

4 Tópicos da aula 1. Alguns conceitos em ecologia microbiana 2. Análises de comunidades microbianas 3. Biorremediação microbiana 4

5 ALGUNS CONCEITOS EM ECOLOGIA MICROBIANA 5

6 Conceitos em ecologia microbiana Populações, associações e comunidades População: conjunto de células de uma mesma espécie que residem num mesmo local ao mesmo tempo. Associação: populações microbianas metabolicamente relacionadas. Comunidade: população de uma espécie em associação com populações de uma ou de mais espécies. Madigan et al., 2010 Um ecossistema lacustre de água doce, por exemplo, pode conter várias comunidades de microrganismos. 6

7 Conceitos em ecologia microbiana Nicho: pode ser descrito em termos de utilização dos recursos nutricionais e das condições físicas e químicas necessárias para um determinado microrganismo. Modo de vida. Microambiente: local onde um microrganismo vive e realiza seu metabolismo, cujas condições podem se alterar. Não confundir nicho com hábitat! 7

8 Conceitos em ecologia microbiana Diversidade de espécies: riqueza X abundância Alta riqueza de espécies e abundância baixa a moderada. Baixa riqueza e abundância elevada. Necessário para modelar e prever comportamento frente à perturbações do ecossistema! 8

9 ANÁLISE DE COMUNIDADES MICROBIANAS 9

10 Análise de comunidades microbianas Quantificação, viabilidade e análise da diversidade: 1. Métodos dependentes de cultivo 2. Métodos independentes de cultivo 10

11 Análise de comunidades microbianas 1. Métodos dependentes de cultivo Enriquecimento e Isolamento Isolados 11

12 Análise de comunidades microbianas 1. Métodos dependentes de cultivo Exemplo 1: Cultivos enriquecidos com fluidos de reservatório de petróleo como inóculo. Preparo de Meio basal com peptona, para seleção de bactérias redutoras de ferro. Incubação dos cultivos enriquecidos a 60 o C. 12

13 Análise de comunidades microbianas 1. Métodos dependente de cultivo Exemplo 2: Cultivos enriquecidos com fluidos de reservatório de petróleo como inóculo. Fotomicrografias de bactérias crescidas em cultivos em meio Postgate. 2CH 2 O + SO 4-2 H 2 S + 2HCO 3 - Meio Postgate E para seleção de bactérias redutoras de sulfato (BRS). 13

14 Análise de comunidades microbianas 1. Métodos dependentes de cultivo Técnica do Número Mais Provável (NMP) 14 Madigan et al., 2010

15 Análise de comunidades microbianas 2. Métodos independentes de cultivo Isolamento de genes específicos para caracterização da diversidade microbiana de um ambiente. 15

16 Etapas de uma análise da biodiversidade de uma comunidade microbiana a partir do gene de rrna 16S. Excisão das bandas e clonagem dos genes de rrna 16S Adaptado de Madigan et al.,

17 RNA ribossomal 16S de E. coli. Aprox bp Dividido em quatro domínios Possui regiões conservadas e variáveis Identificação de Bacteria e Archaea é feita por meio do DNAr 16S, gene codificante do 16S RNAr (componente da subunidade menor 30S do ribossomo de procarioto) Regiões V1-V9: hipervariáveis, usadas na identificação de espécies.

18 Diversidade de táxons encontrada nas amostras dos fluidos de poços e nos cultivos com amostras do reservatório onshore de petróleo (Bahia).

19 Eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE): separando genes similares. Madigan et al., 2010

20 BIORREMEDIAÇÃO MICROBIANA

21 Biorremediação: processo tecnológico no qual organismos vivos são utilizados para remover ou reduzir (remediar) contaminantes no ambiente. Intervenção humana que visa acelerar os processos microbianos naturais ou não de degradação de poluentes ambientais. P.e., óleo, produtos químicos tóxicos (metais pesados, pesticidas) Bioaumentação: adição de linhagens microbianas exógenas degradadoras. Bioestimulação: aumento da atividade microbiana nativa pela adição de nutrientes. 21

22 Não confundir... Biorremediação: processo tecnológico no qual organismos vivos são utilizados para remover ou reduzir (remediar) contaminantes no ambiente. Intervenção humana que visa acelerar os processos microbianos naturais ou não de degradação de poluentes ambientais. Biodegradação: COM processo natural onde compostos químicos são degradados por via biológica. O termo é utilizado para indicar diferentes graus de degradação, desde a perda de algum componente até a completa mineralização. 22

23 Biorremediação microbiana Biodegradação de xenobióticos Moléculas sintéticas estranhas (xeno) ao ambiente natural. Não ocorrem naturalmente na natureza. Exemplos: pesticidas, plásticos. Madigan et al., 2010

24 Biorremediação microbiana Biodegradação de xenobióticos Madigan et al., 2010

25 Biorremediação microbiana Biorremediação de petróleo Conseqüências ambientais de grandes derramamentos de óleo no ambiente marinho e o efeito da biorremediação. (a) Uma praia contaminada, ao longo da costa do Alasca em que houve o derramamento de óleo do Exxon Valdez em (b) A região retangular central (seta) foi tratada com nutrientes inorgânicos para estimular a biorremediação microbiana do óleo derramado, enquanto as áreas à esquerda e à direita não foram tratadas.

26 Madigan et 26 al., 2010

27 20/4/ explosão na plataforma Deepwater Horizon, a 80 quilômetros de Nova Orleans, no Sul dos Estados Unidos, causou 11 mortes e provocou o vazamento de mais de 700 milhões de litros de petróleo no Golfo do México. ( 27

28 Lixiviação microbiana de minérios Produção de ácido e a solubilização de minerais pelas bactérias. Madigan et al., 2010

29 Bibliografia - Madigan et al., Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice-Hall, 12ª ed., Capítulos 22, 23 e Madigan et al., Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice-Hall, 14ª ed., (algumas fotos)

30 Questões para estudo 1. Como é possível obter um retrato filogenético de uma comunidade microbiana, sem o cultivo dos organismos? 2. Diferencie biodegradação de biorremediação. Qual a relação entre estes processos? 3. Sobre os compostos xenobióticos responda: (a) O que são?, (b) Onde estão presentes?, (c) Por que se investe em estudos sobre os mecanismos de biodegradação destes compostos? 4. Qual o papel das bactérias no processo de lixiviação de minérios?

31 AULA PRÁTICA PASSADA

32 A. Isolamento de microrganismos de superfícies diversas Pseudomonas aeruginosa colonies on skim milk agar. The protease-producing wild-type strain has large halos where casein proteins have been broken down. ( 32

33 B. Isolamento de microrganismos de superfícies corpóreas Possíveis resultados: Staphylococcus epidermidis?? S. aureus (colônias amareladas) e S.epidermidis (colônias brancas). S. aureus é hemolítica e S. epidermidis não. Algumas S. aureus podem não ser hemolíticas.

34 B. Isolamento de microrganismos de superfícies corpóreas Possíveis resultados: Streptococcus spp?? Alfa-hemólise Beta-hemólise Alpha hemolysis and beta hemolysis on blood agar Short arrow points to an alphahemolytic colony, probably a viridans group streptococcus. Long arrow points to a beta-hemolytic colony, probably Streptococcus pyogenes. The specimen was a throat swab taken from a person with a sore throat (Levinson, 2008).

35 Liquefação da gelatina (gelatinase) Exoenzima hidrolítica, que atua sobre a gelatina (derivado do colágeno): fornece aminoácidos. Distingue S.aureus (patogênico e positivo) de S. epidermidis (não-patogênico, positivo tardio). Enterobactérias: Serratia e Proteus são positivos. Vários Bacillus são tb positivos. C. Teste da gelatinase Resultado Meio caldo nutritivo (peptona, extrato de carne) mais gelatina (120g/L). 35

36 D. Observação do crescimento de Enterococcus faecalis em ágar leite desnatado Gel - Gel + Fatores de virulência em Enterococcus faecalis. Proteases de enterococos, genericamente referidas como Gelatinases (Gel): metaloproteases secretadas por E. faecalis, que hidrolizam gelatina, colágeno e caseína. Gel - Gel + Caseína: proteína presente no leite de mamíferos. 36