Graduação em Biotecnologia Disciplina de Biotecnologia Microbiana I CLÁUDIA PINHO HARTLEBEN claudia.hartleben@pq.cnpq.br clauhart@terra.com.br 16 de agosto de 2011
Microbiologia Mikros (pequeno) + bio (vida) + logos (ciência) A Microbiologia é a área da ciência dedicada ao estudo dos microrganismos, um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células isoladas ou agrupadas em diferentes arranjos. Mesmo estando associadas, exibem um caráter fisiológico independente. Assim, com base neste conceito, a microbiologia envolve o estudo de organismos procariotos (bactérias e arquibactérias), eucariotos inferiores (algas, protozoários e fungos) e os vírus.
Fungos Protozoários Algas Vírus
Dimensões dos microorganismos 1 mm= 1000 µm 0, 1 mm= 100 µm 0,01 mm= 10 µm 0,oo1 mm= 1 µm 1 µm = 1000 nm 0,1 µm = 100 nm 0,01 µm = 10 nm 0,001 µm = 1nm 1 nm = 10 A 1 A = 0,1 nm 10 a 100 µm 0,2 a 2,0 µm
Microrganismos sempre estiveram presentes nas populações humanas e animais Mycobacterium 3000 anos, Bacillus anthracis Hooke, 1665 iniciou a teoria celular Antoni van Leeuwenhoek, 1673 a 1723, relatou animáculos
água, raspados de dente, desenhou movimentos
geração espontânea x biogênese Pasteur, 1861 inativou microrganismos - calor provou permanência da esterilidade técnicas assépticas
Louis Pasteur (1822-1895) - Quebrou a teoria da geração espontânea - Teoria microbiana das doenças - Pasteurização - Vacina anti-rábica, cólera aviária e antrax Robert Koch (1843-1910) - Postulados de Koch - Técnicas para obtenção de culturas puras - Técnicas de coloração - Mycobacterium tuberculosis
Pasteur, 1861 identificou a fermentação de vinhos e cervejas leveduras Fermentação identificou bactérias responsáveis por azedar bebidas Aqueceu vinho e cerveja para inativar bactérias - Pasteurização
Inicio do uso de antissépticos em cirurgias, Lister, 1860 fenol Prova da causa doença por bactérias Robert Koch, 1876 Postulados de Koch O mesmo patógeno deve estar presente em todos os casos da doença O patógeno deve ser isolado do hospedeiro e crescer em culturas puras O patógeno da cultura deve causar doença quando inoculado em animal de laboratório saudável O patógeno deve ser isolado do animal inoculado, comparando-se com o original
Postulados de Koch
Unicelulares Material genético não envolto em membrana pré núcleo Vários Formatos e arranjos Possuem parede celular composta de carboidrato e proteína Dividem-se por Fissão Binária peptideoglicana Nutrição compostos orgânicos: organismos vivos ou mortos, ambiente
Unicelulares Célula Procariótica pré núcleo Vários Formatos e arranjos sem peptideoglicana Encontradas em ambientes Extremos 3 grupos principais Metanogênicos Halofílicos extremos Termofílicos Extremos Doenças em humanos são desconhecidas
Uni ou Multicelulares Material genético envolto em membrana Eucarioto Fungos multicelulares grandes (cogumelos) Não fazem fotossíntese Parede celular com quitina Formas UNIcelulares chamadas leveduras Crescimento visível micélio - hifas Reprodução sexuada ou assexuada Absorvem compostos orgânicos ambiente ( animais, solo, água, plantas)
Unicelulares Eucarióticos Vida livre ou parasitas Reprodução sexuada ou assexuada
Acelulares Estrutura simples Núcleo com 1 tipo de acido nucleico DNA ou RNA Envolto por proteínas Envelope lipídico Vivos e Não vivos
Proteína infecciosa proteínas anormais induzem proteínas normais a mudar configuração Não possuem DNA ou RNA Muito resistentes aos tratamentos normais de esterilização Causam encefalopatias espongiformes em humanos e animais
Esquema de Classificação Reinos Organismos Incluídos Haeckel 1865 Whittaker 1969 Woese 1978 Plantae Animalia Plantae Protista Animalia Pantae Animalia Protista Fungi Monera/Procaryotae Eucarya Bacteria Archaea Domínios Linnaeus 1753 Algas multicelulares, plantas Microrganismos, protozoários Algas, bolores, leveduras Animais Algas multinucleadas, plantas Animais Protozoários, algas unicelulares Bolores e leveduras Bactérias Animais, Plantas, fungos, algas, protozoários Bactérias Bactérias metanogênicas, halófilas e termofilas
Estudos de Carl Woese (1977) Em 1978, Carl Woese desenvolveu um sistema de classificação com base na organização celular dos organismos. Ele classificou os organismos em três domínios como se segue: Bacteria : Procariotos Archaea: Procariotos Eukarya: Eucariotos A partir de seus estudos passamos a dispor de um sistema de classificação baseado principalmente em aspectos evolutivos (filogenética), a partir da comparação das seqüências de rrna de diferentes organismos.
Classificação dos Seres Vivos o... Ou eram animais ou vegetais... o Linnaeus, 1735, oreino Animalia o Reino Plantae o Classificação segundo Haeckel, 1866 o Reino Animalia o Reino Plantae o Reino Protista o Superior - Fungos, Protozoários, Algas Superiores o Inferior - Bactérias, Algas Azuis Esverdeadas
Classificação dos Seres Vivos...100 anos... o 1937, E. Chatton : células sem núcleo e com núcleo PROCARIONTES o 1961, Stanier : células cujo material NÃO é envolto em membrana nuclear o 1968, Robert Murray : Reino Procaryotae
Classificação dos Seres Vivos o1969, 5 Reinos propostos por Whittaker : -Organização celular - nutrição celular - fotossíntese - absorção ou ingestão
Classificação dos Seres Vivos propostos por Whittaker : o 5 REINOS o Reino Animalia - o Reino Plantae - o Reino Fungi fungos e leveduras o Reino Protista protozoários o Reino Monera ou Procaryotae - bactérias Célula Procariótica C é l u l a E u c a r i ó t i c a
o1969, 5 Reinos propostos por Whittaker :
Classificação dos Seres Vivos 1978, Woese TRÊS DOMÍNIOS - oreino Animalia - o 3 tipos de células : o Reino Plantae - 1 Tipo Eucariótica o Reino Fungi Domínio Eucarya 2 Tipos de Procariótica o Reino Protista sem peptídeoglicana na parede celular / arquibacterias Domínio Bacteria Domínio Archaea
Classificação dos Seres Vivos 1978, Woese TRÊS DOMÍNIOS - RNA ribossomal Estrutura de membrana lipídica RNA transportador Sensibilidade a antibióticos Domínio Eucarya Domínio Bacteria Domínio Archaea
1735, Carolus Linnaeus desenvolveu o sistema de nomenclatura nomes em latim designação de dois nomes : Gênero primeiro letra Maiúscula sempre Epíteto específico nome da espécie, letra minúscula, sempre Escreve-se os 2 nomes SEMPRE em itálico ou sublinhado Escherichia coli ou Escherichia coli Clostridium tetani ou Clostridium tetani Staphylococcus aureus ou Staphylococcus aureus
Classificação Reino Filo Ordem Monera Proteobacteria Enterobacteriales Família Enterobacteriacea Gênero Espécie Escherichia E. coli
Classificação Domínio Bacteria Reino Filo Classe Ordem: Família: Género: Espécie: Monera Actinobacteria Actinobacteria Actinomycetales Mycobacteriaceae Mycobacterium M. tuberculosis
Classificação Domínio Reino Filo Classe Ordem Família Gênero Espécie Bacteria Monera Firmicutes Bacilli Bacillales Staphylococcaceae Staphylococcus S. aureus
Classificação Classificação Domínio Bacteria Reino Monera Reino Monera Filo Firmicutes Filo Firmicutes Classe Clostridia Classe Clostridia Ordem Clostridiales Ordem Clostridiales Família Clostridiaceae Família Clostridiaceae Gênero Clostridium Gênero Clostridium Espécie C. botulinum Espécie C. tetani
Bacteria Archaea Eukarya Carioteca Não Não Sim Nucleossomos/histonas Não SIm SIm Operons/RNAm policistrônicos SIm SIm Não Introns Não Não SIm proteína de ligação à TATA box Não SIm SIm Organelas Não Não SIm Cromossomos Um, circular Um, circular Mais que um, linear RNA polimerase Aminoácido de iniciação protéica Sensibilidade da síntese de proteína à toxina diftérica Uma, simples Mais que uma, complexas Mais que uma, complexas N-formil metionina Metionina Metionina Insensível Sensível Sensível Peptoglicano Sim Não Não Síntese de proteína fatores de iniciação proteínas ribossômicas fatores de alongamento Archaea é mais semelhante à Eukarya do que à Bacteria
Bacteria Archaea Eukarya Carioteca Não Não Sim Nucleossomos/histonas Não SIm SIm Operons/RNAm policistrônicos SIm SIm Não Introns Não Não SIm proteína de ligação à TATA box Não SIm SIm Organelas Não Não SIm Cromossomos Um, circular Um, circular Mais que um, linear RNA polimerase Aminoácido de iniciação protéica Sensibilidade da síntese de proteína à toxina diftérica Uma, simples Mais que uma, complexas Mais que uma, complexas N-formil metionina Metionina Metionina Insensível Sensível Sensível Peptoglicano Sim Não Não Síntese de proteína fatores de iniciação proteínas ribossômicas fatores de alongamento Archaea é mais semelhante à Eukarya do que à Bacteria
Procariotos pré-núcleo Eucariotos núcleo verdadeiro
Vírus microrganismo muito simples ou molécula muito complexa?
BENEFÍCIOS? MALEFÍCIOS
Microrganismos: BENEFÍCIOS... VÍRUS Controle biológico Vetores: clonagem, expressão de proteínas heterólogas Vacinas convencionais e recombinantes BACTÉRIAS Modelo biológico simplificado - pesquisa básica Produção de medicamentos: antibióticos e esteróides Produção de alimentos: iogurte, queijo... Produção de ácidos, aminoácidos, vitaminas... Vacinas convencionais e recombinantes Probióticos Tratamento de efluentes, biorremediação, Mineração Agricultura: fixação de nitrogênio Controle biológico Simbiontes
Microrganismos: BENEFÍCIOS... FUNGOS Produção de alimentos: queijo, pão, bebidas fermentadas e destiladas Produção de medicamentos: antibióticos Combustível Probióticos Expressão de proteínas heterólogas Controle biológico Decomposição de matéria orgânica ALGAS Fotossintetizantes Combustíveis: biodiesel e álcool PROTOZOÁRIOS Simbiontes
Alexander Fleming, 1928 Descoberta da penicilina
Microrganismos: MALEFÍCIOS... Doenças: 1- Bacterioses 2- Micoses 3- Viroses 4- Parasitoses Deterioração de alimentos Roupas, paredes e objetos mofados
Figure 10-3 part 1 of 3
Figure 10-3 part 2 of 3
Figure 10-3 part 3 of 3
Estudos com bactérias primitivas Inseto de onde foi retirada a bactéria (provavelmente Bacillus), de 135 milhões de anos Aspecto das colônias crescidas em meio sólido (Adaptado de Cano et al., (1995) Science, 268:1060-1064
A questão da vida em Marte Comparação entre possíveis "microrganismos" presentes em rochas de Marte e microrganismos que compõem a placa dental no homem. (Adaptado de An Electronic Companion to Beginning Microbiology)
Ubiquidade dos microrganismos Microrganismos atuando como seres multicelulares Myxobacteria Proteus mirabilis
Epulopiscium fischelsoni 600 µm de comprimento Não se divide por fissão binária Paramecium Thiomargarita namibiensis 0,8 mm de comprimento e 0,1 a 0,3 mm de largura
CLÁUDIA PINHO HARTLEBEN claudia.hartleben@pq.cnpq.br clauhart@terra.com.br