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Microbiologia ambiental
Microbiologia Aplicada e Ambiental A atividade metabólica dos micróbios molda muito o nosso ambiente ➢ Microbiologia aplicada: uso comercial de microrganismos Abrange dois campos distintos: ➢ Microbiologia alimentar o Uso de micróbios na produção de alimentos o Prevenção de deterioração de alimentos e doenças relacionadas a alimentos ➢ Microbiologia industrial o Aplicação de micróbios na fabricação industrial e soluções para questões ambientais, de saúde e agrícolas Microbiologia ambiental ➢ Como os micróbios afetam outros organismos e o meio ambiente ➢ Estuda os microrganismos como eles ocorrem nos seus habitats naturais ➢ Os micróbios florescem em todos os habitats da Terra ➢ Os micróbios são importantes para o ciclo de elementos químicos Ecologia Microbiana ➢ Estudo das inter-relações entre microrganismos e o ambiente ➢ Dois aspetos a considerar o Níveis de associações microbianas no ambiente o Papel da adaptação na sobrevivência microbiana
Níveis de associações microbianas no ambiente ➢ Biodiversidade o Número de espécies que vivem num determinado ecossistema ➢ Biomassa o Massa de todos os organismos num ecossistema Papel da adaptação na sobrevivência microbiana A maioria dos microrganismos vive em ambientes hostis ➢ Os micróbios devem ser especialmente adaptados para sobreviver ➢ Os micróbios devem se adaptar a condições variáveis ➢ Extremófilos o Adaptado a condições extremamente adversas o Só pode sobreviver nesses habitats Biodiversidade mantida em equilíbrio por várias verificações Concorrência ➢ Os micróbios mais bem-adaptados têm características vantajosas Antagonismo ➢ Um micróbio inibe ativamente o crescimento de outro ➢ Os microrganismos raramente superam todos os outros rivais ➢ As atividades metabólicas de um micróbio às vezes tornam o ambiente favorável para os outros ➢ Exemplo de biofilmes de cooperação microbiana Biorremediação Aterros Grande fossa onde os resíduos são despejados, compactados e enterrados ➢ Os micróbios do solo decompõem os resíduos biodegradáveis ➢ Metanogénicos degradam moléculas orgânicas em metano ➢ Substâncias recalcitrantes resistem à decomposição, degradação ou recuperação por meios naturais ➢ A biorremediação usa organismos para limpar tóxicos, perigosos, ou compostos recalcitrantes, degradando-os a compostos inofensivos ➢ Uma aplicação bem conhecida é o uso de micróbios para limpar derramamentos de óleo Papel dos Microrganismos nos Ciclos Biogeoquímicos ➢ Seis elementos compõem a maioria das macromoléculas o Hidrogênio, oxigênio, carbono, nitrogênio, enxofre e fósforo ➢ Muitos elementos em formas químicas ou físicas indisponíveis para organismos ➢ Ciclos biogeoquímicos o Processos pelos quais os organismos convertem elementos de uma forma para outra o Elementos frequentemente convertidos nas suas formas oxidadas e reduzidas o Envolvem a reciclagem de elementos por organismos
Ciclo sulfuro Ciclo do fósforo ➢ Pouca mudança no estado de oxidação do fósforo ambiental ➢ Fósforo convertido de formas insolúveis para solúveis o Torna-se disponível para absorção por organismos ➢ Conversão de fósforo de formas orgânicas para inorgânicas o Ocorre por processos dependentes de pH ➢ Escoamento rico em fosfato pode resultar em eutrofização o Causa supercrescimento de microorganismos chamados de bloom o A depleção de oxigênio resultante permite que anaeróbios florescer A ciclagem dos metais ➢ Os iões metálicos são nutrientes microbianos importantes ➢ Envolve principalmente a transição de formas insolúveis para solúveis ➢ Permite que metais residuais sejam usados por organismos Biomineração ➢ Os micróbios oxidam os metais para que os metais se dissolvam na água ➢ Extraia água rica em minerais e reduz os iões ➢ Colete metais que saem da solução Microbiologia do Solo: examina os papéis desempenhados pelos organismos que vivem no solo A natureza dos solos ➢ O solo surge do intemperismo/meteorização das rochas ➢ Solo também produzido pela ação de microrganismos
Fatores que afetam a abundância microbiana nos solos Teor de umidade ➢ Solos húmidos suportam crescimento e diversidade microbiana melhor do que solos secos Oxigênio ➢ O oxigênio dissolve-se mal na água ➢ Solos húmidos têm menos oxigênio do que solos secos ➢ Anaeróbios predominam em solos alagados pH ➢ Solos altamente ácidos e altamente básicos favorecem fungos Temperatura ➢ A maioria dos organismos do solo são mesófilos ➢ Vivem bem em áreas sem verão extremo ou inverno Disponibilidade de nutrientes ➢ A maioria dos micróbios do solo utiliza matéria orgânica ➢ Tamanho da comunidade microbiana determinado por quanto material orgânico está disponível Populações microbianas presentes no solo ➢ As bactérias são numerosas e encontradas em todas as camadas do solo ➢ Archaea presentes, mas são difíceis de cultivar e estudar ➢ Os fungos também são um grupo populoso de microrganismos ➢ Os vírus raramente são encontrados livres no solo ➢ As algas vivem na superfície do solo ou perto dela ➢ A maioria dos protozoários requer oxigênio e permanece na camada superficial do solo Os micróbios executam várias funções ➢ Converte compostos em formas utilizáveis ➢ Degrada organismos mortos e seus resíduos ➢ Produz compostos com potenciais usos humanos Doenças transmitidas pelo solo de humanos e plantas Alguns microrganismos do solo causam doenças ➢ Infeções adquiridas por contato direto, ingestão ou inalação ➢ Microrganismos depositados no solo em fezes ou urina ➢ Solo é simplesmente um veículo para transmissão de patógenos entre hospedeiros ➢ A maioria dos agentes do solo são fungos ou bactérias
Ecossistemas de água doce ➢ Microrganismos distribuídos verticalmente em sistemas lacustres, com base na disponibilidade de oxigênio, luz e temperatura ➢ A ação das ondas em grandes lagos permite a utilização de recursos ➢ Águas estagnadas tornam-se sem oxigénio (suporta microrganismos anaeróbicos) Ecossistemas marinhos ➢ Pobre em nutrientes, escuro, frio e sujeito a grande pressão ➢ Habitado principalmente por microrganismos altamente especializados ➢ Deve ser tolerante ao sal e absorver os nutrientes de forma eficiente Novos ecossistemas aquáticos especializados ➢ Lagos salgados, fontes de ferro e fontes de enxofre ➢ Habitado por microrganismos adaptados às condições ➢ Halobacterium salinarium sobrevive ao ambiente altamente salino do Grande Lago Salgado Guerra biológica e bioterrorismo Os micróbios podem ser transformados em armas biológicas Bioterrorismo ➢ Usa micróbios ou suas toxinas para aterrorizar populações humanas Agroterrorismo ➢ Usa micróbios para aterrorizar populações humanas, destruindo as suas fontes alimentares
Avaliação de Microrganismos como Agentes Potenciais de Guerra ou Terror ➢ Nem todos os organismos têm potencial como armas biológicas ➢ Os governos têm critérios para avaliar ameaças biológicas a humanos ➢ Avaliar o potencial de microrganismos a serem "armas" ➢ Ajuda a concentrar os esforços de pesquisa e defesa onde necessário Critérios Impacto na saúde pública ➢ Capacidade de hospitais e clínicas para lidar com as vítimas Potencial de entrega ➢ Com que facilidade o agente pode ser introduzido na população Perceção pública ➢ Efeito do medo público na capacidade de controlar um surto Preparação para a saúde pública ➢ Medidas de resposta existentes Critérios para avaliar ameaças biológicas ao gado e aves Critérios semelhantes aos usados para avaliar para humanos ➢ Incluir impacto agrícola, potencial de entrega e negação plausível ➢ Gado em rebanhos mais suscetíveis a doenças infeciosas ➢ Muitas doenças se espalham por contato ou inalação ➢ Torna o ataque mais fácil para os terroristas Critérios para avaliar ameaças biológicas às culturas agrícolas ➢ Doenças de plantas geralmente menos contagiosas do que animais ou humanos ➢ Ameaças avaliadas na extensão prevista da perda de safra, entrega e potencial de disseminação e potencial de contenção ➢ As maiores ameaças são patógenos que causam perda de safra ou produzem toxinas o Tais agentes existem, mas não são facilmente produzidos em massa ➢ Patógenos de plantas podem permanecer no ambiente, causando perda contínua de safra
Água como transportador de doenças Fontes comuns de doenças transmitidas pela água incluem: ➢ Água potável usada para beber e cozinhar o Passa por extenso tratamento, incluindo filtração e cloração ➢ Água recreativa de lagoas públicas, lagos, piscinas, etc É impraticável filtrar a água para cada organismo patogénico ➢ A água potável e recreativa é testada rotineiramente para organismos indicadores específicos ➢ A presença de organismo indicador indica potencial para doença o Os coliformes são um organismo indicador o Nem todos os coliformes são fecais o Os coliformes fecais são usados em testes de segurança da água o Escherichia coli é um coliforme fecal chave Teste para coliformes e E. coli Todos os testes avaliam o crescimento de organismos recuperados de amostras de água ➢ Procedimento de número mais provável (MPN) ➢ Procedimentos de filtro de membrana (MF) ➢ E. coli pode ser distinguida de coliformes totais com substratos definidos (por exemplo, MUG, IBDG) Doenças transmitidas pela água ➢ Vibrio cholerae e Cólera ➢ Legionelose ➢ Febre Tifóide e Doença de Norovírus Alimentos como transportadores de doenças Amostragem microbiana para doenças transmitidas por alimentos ➢ Além de microrganismos não patogênicos, microrganismos patogênicos podem estar presentes em alimentos ➢ Métodos de deteção rápida foram desenvolvidos para procurar a presença de alguns desses patógenos (por exemplo, E. coli O157:H7) ➢ Os testes são baseados em imunologia e molecular ➢ Nos Estados Unidos, surtos de origem alimentar são relatados para o CDC Intoxicação alimentar ➢ Por Staphylococcus ➢ Por clostridium Infeção Alimentar ➢ Salmonelose ➢ Escherichia coli patogênica ➢ Campylobacter ➢ Listeriose ➢ Outras doenças infeciosas transmitidas por alimentos
Outras bactérias ➢ Yersinia enterocolitica o Causa infeções transmitidas por alimentos a partir de carnes contaminadas e laticínios o Pode causar febre entérica com risco de vida ➢ Bacillus cereus o Cresce em alimentos que são cozidos e deixados para esfriar lentamente o Causa diarreia e vômito ➢ Shigella spp. causa cerca de 100.000 casos de graves de gastroenterite invasiva transmitida por alimentos a cada ano Vírus ➢ O maior número de infeções anuais transmitidas por alimentos são causadas, provavelmente, por vírus ➢ Por exemplo, enterovírus como poliovírus, norovírus e hepatite A são eliminados na comida ou na água das fezes ➢ Os norovírus são responsáveis pela maioria das infeções ➢ Rotavírus, vírus da hepatite A e astrovírus são responsáveis pelo resto Protistas ➢ Importantes doenças transmitidas por alimentos são causadas por Giardia intestinalis, Cryptosporidium parvum e Toxoplasma gondii ➢ Pode se espalhar em alimentos contaminados por matéria fecal em água usada para lavar, irrigar ou pulverizar plantações ➢ Frutas frescas são frequentemente a fonte dessas infeções ➢ O Toxoplasma gondii pode ser transmitido por carne mal cozida ou crua Príons ➢ Proteínas que adotam novas conformações que inibem função normal das proteínas e causa degeneração do tecido neural ➢ Variante da doença de Creutzfeldt-Jakob ➢ Ligado ao consumo de carne de gado que sofre com encefalopatia espongiforme bovina (EEB) Infeções fúngicas Apenas cerca de 50 espécies de fungos causam doenças; fungos podem ser leveduras ou bolores. Os fungos causam doenças através de três principais mecanismos: ➢ Respostas alérgicas a fungos ➢ Micotoxinas (por exemplo, aflatoxinas) ➢ Infeções (micoses) o Superficial o Subcutâneo o Sistêmico Micoses Micoses superficiais
