Microbiologia Aplicada
Publicado em 28 de dezembro de 2010 por Adriane Denise Cerri
A palavra MICROBIOLOGIA (introduzida em 1899) vem da junção do elemento de composição grego mikrós, que significa pequeno e é utilizado em inúmeros vocábulos eruditos, principalmente a partir do século XIX, e biologia (grego bíos, vida + grego lógos, estudo, tratado).[1] Assim a Microbiologia é a área da ciência que estuda os microrganismos.
Microorganismos são os organismos procarióticos unicelulares ou multicelulares (bactérias), os eucarióticos unicelulares ou coloniais (protozoários, microalgas e leveduras), os eucarióticos unicelulares multinucleados (fungos filamentosos) e os eucarióticos multicelulares simples nos quais se observam níveis muito simples de diferenciação celular (fungos filamentosos).Ou seja, microrganismos são as formas de vida que, originalmente, só poderiam ser vistas com o auxílio do microscópio óptico (posteriormente, com o microscópio eletrônico).[2]
Os microorganismos existem em praticamente todo o planeta, onde as condições físicas e químicas permitam, como em temperaturas de 0°C em ambientes glaciais, como em acima de 100°C em fontes termais, etc.
Apesar de haver uma associação dos microorganismos com doenças, a minoria deles envolvem processos patológicos. A grande maioria desempenha funções vitais para a manutenção da vida no planeta sendo os agentes primários de processos biogeoquímicos nos ciclos de elementos tais como carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre, ferro e outros minerais, processos estes críticos para a operação da biosfera e sustentação da vida na Terra.[3]
Os microrganismos são importantes agentes de decomposição e reciclagem de matéria orgânica; são importantes na agricultura tanto formando solo quanto mantendo associações simbióticas com plantas e realizando a fixação do nitrogênio atmosférico. As algas unicelulares marinhas respondem por mais de 90% da fotossíntese realizada no planeta, atuando como fonte primária de alimento para a vida marinha e sendo responsáveis pela oxigenação da atmosfera. Essas algas liberam o gás dimetilssulfeto, que agrega moléculas de vapor de água na atmosfera, permitindo a formação de nuvens e a manutenção do regime global de chuvas. A fotossíntese é um processo evoluído por procariotes primitivos que eram semelhantes às atuais cianobactérias. Tanto as cianobactérias modernas quanto os cloroplastos de plantas (que evoluíram dos procariotes fotossintetizantes primitivos) são responsáveis por reações que produzem virtualmente todo o oxigênio do planeta[4].
As relações dos microrganismos com plantas, animais e outros microrganismos são tão antigas quanto o seu surgimento na Terra. O homem passa a conviver com microrganismos a desde o seu nascimento, a partir do qual tem início a colonização da pele, do sistema genito-urinário e dos tratos respiratório e digestivo.
As relações práticas do homem com os microrganismos datam de milênios tendo tido início quando o homem primitivo percebeu que certos alimentos adquiriam novo sabor aos serem armazenados em solo frio e úmido.
A produção de pão, cerveja, vinho e laticínios datam da mais remota antiguidade. Vestígios de vinho foram encontrados em jarros com mais de sete mil anos de idade descobertos no Irã. Sem ter consciência do fato, o homem utilizava microrganismos para produzir bebidas alcoólicas ao aproveitar o sedimento do fundo dos vasos de fermentação para fabricar nova bebida ou guardando parte da massa do pão para produzir mais pão. Contudo, até meados do século XIX não era reconhecida a participação de microrganismos na produção de pão e bebidas alcoólicas.
Muitos compostos tóxicos podem ser degradados por microrganismos, dentre eles, policlorados, DDT, pesticidas. [5]
Os solos organizam-se em camadas horizontais com características próprias, sobrepostas, denominadas horizontes. A seqüência de horizontes e suas características definem o tipo de solo. A camada mais superficial (horizonte A) geralmente apresenta maior teor de matéria orgânica, é mais escuro e mais fértil e contém a maior parte do sistema radicular das plantas. A camada abaixo (horizonte B) apresenta características distintas determinadas pelos fatores de formação do solo e que definem o tipo de solo. Por fim, sobre a rocha consolidada está o horizonte C, que apresenta material pouco alterado, mais semelhante à rocha de origem que ao solo.[6] É influenciado por vários fatores que intervêm de forma mais ou menos ativa na sua formação, como por exemplo, a erosão, a degradação da rocha-mãe, o húmus, o clima, o tipo de rocha, o tempo, o relevo, a ação do Homem entre outros.[7]
As bactérias encontram-se em maior quantidade, em sua maioria as bactérias heterotróficas e muitas em forma de bacilo esporolados.As espécies de Bacillus, Clostridium, Arthobacter, Pseudomonas, Rhizobium, Azotobacter e Nitrobacter geralmente estão presentes. As cianobactérias são bactérias fotossintéticas (produtoras de oxigênio) desempenham um papel fundamental na transformação das rochas para o solo, uma vez que estabelecem uma base para o crescimento de plantas superiores.
Algumas bactérias do solo contêm vírus bacterianos.
As algas encontram-se em menor número. Estão na superfície porque são fotoautotróficas. Quando associadas com fungos podem auxiliar na transformação de material rochoso no solo. As mais conhecidas são as Clorophyta e as diatomáceas Chrysophyta.
Abiótico são fatores ausentes da presença de seres vivos ou suas relações, mas sim pelas propriedades físicas e químicas da biosfera (fatores ambientais).
Microorganismo do solo:
50% sólida
45% minerais
5% matéria orgânica (húmus, açúcares, aa)
25% líquida
25% gasosa
•Biodiversidade de espécies: vírus, bactérias, fungos, protozoários e algas;
•Peso da microflora em 15 cm de profundidade e 1 ha = 4 toneladas;
•Ambiente complexo;
•Capacidade de possibilitar o crescimento de plantas.
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Organismos[8] |
Número estimado/grama |
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Bactérias |
3.000.000 a 500.000.000 |
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Actinomicetos |
1.000.000 a 20.000.000 |
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Fungos filamentosos |
5.000 a900.000 |
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Leveduras |
1.000 a100.000 |
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Algas |
1.000 a500.000 |
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Protozoários |
1.000 a500.000 |
Fatores abióticos:
• Umidade (50-60%)
• Temperatura
• Nutrientes (rizosfera)
• pH
3. PORQUE A ESCHERICHIA COLI É CONSIDERADO UM INDICADOR DE POLUIÇÃO? O QUE SÃO COLIFORMES?
Características de um microrganismo indicador:
•Está presente em água poluída e ausente em água potável;
•Está presente na água quando os microrganismos patogênicos estão presentes;
•O número de microrganismos indicadores está correlacionado com o índice de poluição.
•Sobreviver mais tempo na água que os patogênicos;
•Apresentar propriedades estáveis e uniformes;
• Apresentar baixa patogenicidade;
• Está presente em maior número que os patogênicos;
• Identificação fácil por métodos simples
Principais microrganismos indicadores:
• Coliformes totais = fermentam a lactose com a formação de gás (35-37º C). Escherichia, Klebsiella, Citrobacter e Enterobacter (fecal), sendo E. coli (exclusivamente fecal).
• Coliformes fecais = fermentam a lactose com formação de gás (44-45,5º C). Confirmação com E. coli e poucas com Enterobacter e Klebsiella.
A Escherichia coli é um bacilo gram-negativo componente da flora normal do intestino humano e de animais saudáveis, impedindo o crescimento de espécies bacterianas nocivas e sintetizando apreciável quantidade de vitaminas (K e do complexo B). [9]
Coliformes são bacilos aeróbicos e/ou anaeróbios facultativos, Gram-negativos, não esporulados, capazes de fermentar a lactose com produção de ácido e gás. [10]
A Escherichia coli como indicador de poluição fecal, uma vez que essa bactéria pode ser facilmente distinta de outros membros do grupo de coliformes fecais. Essas bactérias são muito menos resistentes à desinfecção que cistos de protozoários e vírus. A Organização Mundial de Saúde, em seus Guias de 1995, citou a Escherichia coli como a principal bactéria, do grupo de coliformes fecais, para indicador de poluição fecal.
Padrões microbianos de qualidade da água:
• Água potável: (ausência de coliformes totais em 100mL de água). Mais do que 4 coliformes totais/100mL - providências imediatas.
• Contagem total: não deve ser maior que 100 UFC/100mL
4. O QUE É DBO EM TERMOS DE TRATAMENTO DE ESGOTO? QUAL O SIGNIFICADO DA EXISTÊNCIA DE UM ALTO VALOR DE DBO EM EFLUENTES DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO?
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO):
•É a quantidade de oxigênio dissolvido requerido pelos microrganismos para a degradação aeróbica da matéria orgânica presente no esgoto.
•Uma das razões para o tratamento de águas residuais antes de retornar a fonte receptora;
•Mede a quantidade de material orgânico no esgoto (quanto maior a quantidade de material oxidável maior será a DBO);
•O corpo de água deve manter um equilíbrio necessário de oxigênio para a manutenção da vida aquática.
Se a DBO for muito alta, o oxigênio da água é rapidamente consumido, ficando redutor e tendo início à decomposição anaeróbica da matéria orgânica. Este tipo de decomposição é responsável pela produção de subprodutos poluidores e que degradam a qualidade da água. Dentre estes produtos podemos citar: metano (CH4), amônia (NH3) e gás (H2S), responsáveis por um grande mau cheiro. O ácido sulfídrico (H2S) em especial é muito conhecido devido ao forte cheiro de ovo podre. Um efluente com alto DBO, ao ser lançado num corpo de água, provocará o total consumo do oxigênio dissolvido, levando à morte todos os organismos dependentes do oxigênio dissolvido na água. [11]
5. A FUNÇÃO DO ÁLCOOL COMO UM REAGENTE NA TÉCNICA DE COLORAÇÃO DE GRAM.
A coloração de Gram é um método de coloração de bactérias que consiste no tratamento sucessivo de um esfregaço bacteriano, fixado pelo calor, com os reagentes cristal violeta, lugol, etanol-acetona e fucsina básica. Essa técnica permite a separação de amostras bacterianas em Gram-positivas e Gram-negativas e a determinação da morfologia e do tamanho das amostras analisadas.
O método da coloração de Gram é baseado na capacidade das paredes celulares de bactérias Gram-positivas de reterem o corante cristal violeta no citoplasma durante um tratamento com etanol-acetona enquanto que as paredes celulares de bactérias Gram-negativas não o fazem.[12]
Procedimento:
·Confeccionar o esfregaço;
·Corar com violeta de cristal por 60 segundos;
·Lavar com esguicho de água destilada;
·Cobrir com Iodo de Gram ou Lugol por 60 segundos;
·Lavar com esguicho de água destilada;
·Descorar com álcool a 95%, ou acetona, 10-20 segundos;
·Lavar com esguicho de água destilada;
·Corar com safranina por 60 segundos
·Lavar com água destilada, secar e observar ao microscópio.
Resultados: Gram (+) coram de roxo, gram (-) coram de rosa
A lavagem com álcool 99,5º GL dissolve o complexo corante-iodo, e a se a parede celular for permeável a este, arrasta-o para fora da célula. As bactérias capazes de preservar a coloração roxa do 1º corante, o violeta de Genciana, designam-se por Gram positivas. As bactérias que, após a diferenciação com álcool-acetona, são incapazes de reter o violeta de Genciana, designam-se por Gram negativas, corando pela fucsina diluída que se fixa apenas nas bactérias Gram-negativas.
Nesta etapa de diferenciação, as bactérias gram-positivas coram-se de roxo e as bactérias gram-negativas descoram-se por possuírem uma parede celular menos espessa em relação à parede das gram-positivas.[13]
6. COMPARANDO OS ECOSSISTEMAS AQUÁTICOS DE LAGOS, ESTUÁRIOS E OCEANOS EM TERMOS DE VARIAÇÕES QUE PODEM OCORRER NA FLORA MICROBIANA.
As plantas verdes, aquáticas e terrestres, são à base da cadeia de alimentos para o reino animal. O protoplasma vegetal e seus produtos são as fontes básicas de energia e os materiais essências da síntese do protoplasma animal. As algas planctônicas são particularmente importantes, uma vez que elas servem de alimento para muitos animais. Cerca de 90% da fotossíntese na Terra são realizadas por plantas aquáticas, principalmente algas planctônicas. Certas algas azuis e algumas bactérias podem empregar o nitrogênio gasoso da atmosfera na construção do seu protoplasma e contribuir significativamente para a síntese de compostos nitrogenados na água e no solo onde vivem (fixação de nitrogênio).
Uma parte importante da biota aquática, principalmente aquela constituída pelas macrófitas aquáticas, decompõem-se durante períodos de seca, originando uma massa de detritos elevadas que sustenta uma flora microbiana extremamente diversificada e ativa. Algas perifíticas também estão associadas a esta vegetação aquática; estas algas têm papel importante na interação entre os vários componentes do sistema uma vez que ciclos biogeoquímicos fechados ocorrem a partir da interação destas micrófitas com as macrófitas e animais herbívoros ou comedores de detritos.[14]
[1] Universidade Católica de Goiás, Pró-Reitoria Graduação Departamento de Biologia. Disponível: http://professor.ucg.br/siteDocente/admin/arquivosUpload/3909/material/Introdu%C3%A7%C3%A3o%20%C3%A0%20Microbiologia.pdf (10/2008).
[2] Microbiologia: Fundamentos & Aplicações, 2008 Paulo E. Moretti. Disponível em: http://www.fam.br/microrganismos/introducao_microrganismos.htm (10/2008).
[3] Microbiologia: Fundamentos & Aplicações, 2008 Paulo E. Moretti. Disponível em: http://www.fam.br/microrganismos/introducao_microrganismos.htm (10/2008).
[4]Microbiologia: Fundamentos & Aplicações, 2008 Paulo E. Moretti. Disponível em: http://www.fam.br/microrganismos/introducao_microrganismos.htm. (10/2008).
[5]Universidade Católica de Goiás, Pró-Reitoria Graduação Departamento de Biologia. Disponível: http://professor.ucg.br/siteDocente/admin/arquivosUpload/3909/material/Introdu%C3%A7%C3%A3o%20%C3%A0%20Microbiologia.pdf. (11/2008).
[6] Almanaque Brasil Socioambiental, Instituto Socioambiental, São Paulo, 2005. Pág. 275/479
[7]Centro de Monitoração e Interpretação Ambiental. Disponível em http://www.cmia-viladoconde.net/docs/Ateliers/Microorganismos.pdf. (11/2008).
[8] Número de microrganismos encontrados no solo
[9]Manual das doenças transmitidas por alimentos e água. Ano 2000. http://www.cve.saude.sp.gov.br/htm/hidrica/Ecolinet.htm )
[10]Cad. Saúde Pública vol.17 nº. 3 Rio de Janeiro Maio/Junho 2001. Disponível em http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0102-311X2001000300026(10/2008).
[11]Dicionário Livre de Geociências. Disponível em: http://www.dicionario.pro.br/dicionario/index.php/DBO. (10/2008).
[12]http://www.md.utfpr.edu.br/Intranet/professores/adm/download/apostilasx1/151953.doc. (10/2008).
[13]Técnica de Gram. Disponível em http://pt.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9cnica_de_Gram. (10/2008).
[14]Ambiente Brasil. A biota das águas interiores. Disponível em: http://www.ambientebrasil.com.br/composer.php3?base=./agua/doce/index.html&conteudo=./agua/doce/artigos/biota.html. (11/2008).