Microbiologia: Importância de Microrganismos em Variedades de Setores, Trabalhos de Microbiologia

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Microrganismos Operários Unaí-Minas Gerais Janeiro de 2019

Introdução A microbiologia é o ramo da biologia dedicado ao estudo dos seres microscópicos, geralmente muito pequenos para serem observados a olho nú. Ela nasceu da especulação do homem sobre a origem da vida, sobre as doenças epidêmicas e transmissíveis e etc. Pasteur foi um dos pioneiros no estudo sistemático dessas pequenas formas de vida, identificando, isolando, manipulando e propondo métodos preventivos (vacinação, soroterapia, teoria dos germes, atenuação de virulência) para lidar com os mesmos. A importância de Pasteur para a ciência e para microbiologia lhe creditou a alcunha de “Pai da microbiologia”. Os microrganismos são seres ilimitados, pois uma única célula pode se dividir em bilhões durante um dia. Assim eles são encontrados em qualquer tipo de ambiente, desde o ar, organismos de humanos e animais, até locais mais extremos, como, fendas vulcânicas. Somente medidas extremas podem eliminar todos os microrganismos do ambiente. Estima-se que a massa total de células microbianas na Terra é aproximadamente 25 vezes o total da massa animal. Das inúmeras espécies bacterianas conhecidas, poucas podem causar doenças em humanos. Entretanto, quando se falam desse assunto, as pessoas acabam ligando os microrganismos a doenças. Mas isto está longe da verdade. Apesar de existir microrganismos patógenos, que são responsáveis por doenças e até exterminar outras espécies, os mesmos foram ser estudados e podem ser utilizados para diversas funções vitais e sem eles não haveria vida animal e vegetal na biosfera. A microbiologia possui ilimitadas e variadas aplicações em suas áreas. Os principais campos da microbiologia incluem aqueles que focalizam a medicina, alimentos e laticínios, agricultura, indústria ou ambiente. Atualmente a microbiologia fornece uma série de elementos necessários à sobrevivência da vida humana, por exemplo, os microrganismos que produzem o alimento; os mineiros que degradam o petróleo; os adubadores que fixam o nitrogênio do ar e fungos extratores de minerais do solo para as plantas; os geneticistas que modificam o gene e melhora o desempenho do vegetal; os farmacêuticos que produzem antibióticos; os lixeiros que degradam resíduos; os que produzem combustíveis; e os que produzem tecidos. Microrganismos Mineiros Um grupo de microrganismo bastante importante e não muito reconhecidos são os mineiros, que são responsáveis por: biorremediação de solos contaminados por petróleo e derramamento em corpo hídrico, bio-lixiviação de metais pesados, tratamento de algumas pragas e também podem ser usados para recuperar metais valiosos de sucata de eletrônicos e rejeitos de minas. Atualmente esta tendo grande avanço nessa área dos microrganismos mineiros, pois estamos cada vez mais produzindo lixo e esquecendo-se de reciclar, poluindo cada vez mais o planeta. Na biorremediação de solos contaminados por petróleo e derramamento em corpo hídrico, se baseia no processo de degradação microbiana e reações químicas combinadas com processos de engenharia, a fim de que os contaminantes sejam transformados, não oferecendo riscos ao ambiente e às populações que ali habitam em países desenvolvidos a técnica bioquímica de remediação vem sendo amplamente

peculiares de textura, aparência e sabor. É provável que o processo de produção do queijo tenha sido descoberto acidentalmente ao estocar o leite em um recipiente feito do estômago de um animal, resultando na transformação do leite em coalhada e soro pela quimosina do estômago. Há uma lenda muito divulgada sobre a descoberta do queijo por um comerciante árabe que costumava usar esse método de estocar leite. Propor uma data para a origem do queijo pode variar desde aproximadamente 8. a.C. (quando as ovelhas foram pela primeira vez domesticadas), até por volta de 3. a.C.. O primeiro queijo pode ter sido feito por pessoas no Oriente Médio ou pelos povos túrquicos nômades da Ásia Central. O ar contém uma quantidade enorme de microrganismos, nomeadamente esporos de fungos de levedura ( Saccharomyces cerevisiae ), que encontram nas massas de pão as condições adequadas para se alimentar do amido da farinha. Em consequência da ação desses microrganismos, o amido divide-se em anidrido carbónico (CO2) e álcool. As bolhas do gás carbónico não conseguem escapar através da superfície e fazem inchar (crescer) a massa, tornando-a fofa. Durante a cozedura, ácido carbónico e álcool conseguem escapar, mas o seu efeito fica, na porosidade, sabor e aroma do pão. O termo vinho (ou seus equivalentes em outras línguas) é definido por lei em muitos países. A fermentação das uvas é feita por vários tipos de leveduras ( Saccharomyces cerevisae ), que consomem os açúcares presentes nas uvas transformando-os em álcool. Dependendo do tipo de vinho, podem ser utilizadas grandes variedades de uvas e de leveduras. Concluímos que esses microrganismos produtores de alimentos são muito importantes e essências para o processo de alguns alimentos, bebidas alcoólicas e bebidas fermentadas. Devemos acabar com esse pensamento generalizado de que os microrganismos são somente perigosos e infecciosos, pois não são todos assim, sendo alguns de extrema importância na nossa vida e para o nosso planeta. Microrganismos Adubadores Um grupo de microrganismos que nos ajudam bastante na agricultura e no desenvolvimento de plantas e grãos são os adubadores, que tem como objetivo garantir melhor absorção de nutrientes do solo, fixação biológica de nitrogênio, existem ainda fungos que protegem as plantas de doenças ou extraem minerais do solo em seu beneficio, etc. O ciclo do nitrogênio é um exemplo de onde essas bactérias adubadoras tem grande importância, apesar do nitrogênio corresponder a 78% do ar atmosférico, ou seja, é o maior componente do ar, ele está em forma de gás, o que não permite que seja absorvido pela maioria dos seres vivos, mesmo sendo necessário. Portanto, a transformação desse elemento é de extrema importância para que haja vida na Terra, uma vez que ele controla as atividades metabólicas de todos os organismos vivos. O ciclo do nitrogênio pode ser divido em quatro fases:  Fixação: Consiste na transformação do nitrogênio gasoso em substâncias aproveitáveis pelos seres vivos (amônia e nitrato). Os organismos responsáveis

pela fixação são as bactérias, retiram o nitrogênio do ar fazendo com que este reaja com o hidrogênio para formar amônia.  Amonificação: Parte da amônia presente no solo é originada pelo processo de fixação. A outra é proveniente do processo de decomposição das proteínas e outros resíduos nitrogenados, contidos na matéria orgânica morta e nas excretas. Decomposição ou amonificação é realizada por bactérias e fungos  Nitrificação: É o nome dado ao processo de conversão da amônia em nitratos.  Desnitrificação: As bactérias desnitrificantes (como, por exemplo, a Pseudomonas denitrificans), são capazes de converter os nitratos em nitrogênios moleculares, que voltam a atmosfera fechando o ciclo. A bactéria fixadora de nitrogênio mais conhecida pelo público é o Rhizobium que é um gênero de bactérias gram-negativas que vivem no solo e fixam nitrogênio, sendo assim essenciais no ciclo do nitrogênio. As bactérias do gênero Rhizobium são endossimbiontes e vivem nas células das raízes de leguminosas (simbiose). Porem não são em todas as leguminosas que a simbiose ocorre, ela é restrita às que se caracterizam pela formação de estruturas especializadas nas raízes, chamadas nódulos, nos quais ocorre o processo de fixação biológica de nitrogênio. Após a formação de nódulos nas raízes, a bactéria passa a fixar o nitrogênio atmosférico em compostos orgânicos que são utilizados pelas plantas, eliminando ou diminuindo a necessidade de uso de adubos nitrogenados. Além da fixação biológica de nitrogênio, a maioria dessas bactérias também é conhecida pela capacidade de produzir hormônios de crescimento das plantas, podendo estimular o aumento da densidade de pelos radiculares, da taxa de aparecimento de raízes secundárias e da superfície radicular. Isso resultará na melhoria da absorção de água e nutrientes, aumentando assim, a capacidade da planta produzir e suportar estresse ambiental. Outra opção é o manejo de insumos e culturas vinculado à micorriza, uma associação benéfica e natural entre fungos específicos do solo e raízes das plantas. Com esse mecanismo biológico, os filamentos dos fungos passam a funcionar como sistema radicular adicional da planta. Isso permite a utilização de maior volume do solo para a absorção de nutrientes pela cultura, principalmente do fósforo. A prática de inoculação do fungo é recomendada na produção de mudas em viveiros, pois os substratos utilizados são geralmente desprovidos de fungos micorrízicos arbusculares. Quanto ao crescimento, as maiorias das espécies arbóreas tropicais, frutíferas e florestais, desenvolvem-se mais rapidamente com a presença da micorriza. Assim reduz-se o tempo das plantas no viveiro, sendo disponibilizadas mais cedo para o produtor. Essa prática permite, também, diminuir a quantidade de corretivos e fertilizantes adicionados nos substratos e, ao mesmo tempo, aumentar a eficiência desses insumos. Percebe-se então que esse grupo de microrganismos é de suma importância para o plantio, pois se adequarmos a fixação biológica de nitrogênio no solo futuramente a colheita será melhor, resultando em uma ótima produção de plantas e grãos. Uma forma bastante interessante de implementarmos essa fixação é na rotação de culturas, onde alterna uma cultura com maior capacidade de extrair nutrientes do solo com outra de

Farmacêuticos Os microrganismos são bastantes utilizados na indústria farmacêutica para produção de enzimas, hormônios, vitaminas, antibióticos e prevenção e combate de doenças. A fermentação de microrganismos é usada para adquirir medicamentos que não são facilmente produzidos por síntese química. Quimioterapia é o tratamento de doenças com substâncias químicas. Algumas são sintetizadas em laboratório, outras são produzidas por seres vivos e são chamadas antibióticos. Geralmente os antibióticos são produzidos por microrganismos que fazem síntese parcial e são concluídos em laboratório. A maioria dos antibióticos usados são produzidos por bactérias do gênero Streptomyces e alguns por fungos dos gêneros Penicillium e Cephalosporium. Porém se seu uso for desordenado pode contribuir para o desenvolvimento de microrganismos resistentes a determinados antibióticos e pode ser prejudicial à saúde. A quimioterapia moderna teve início depois da descoberta de Paul Ehrlich, cujo objetivo era encontrar uma substância que fosse eficiente no tratamento da sífilis, mas sem afetar as células do hospedeiro. Para isso, sintetizou metodicamente centenas de compostos químicos, com sucesso limitado. Hoje em dia existem antibióticos potentes contra diversos tipos de doenças como, por exemplo, pneumonia, sífilis, meningite, tuberculose, gonorreia, escarlatina, etc. Um outro período importante que se iniciou foi a descoberta da penicilina, a “droga milagrosa”. Alexander Fleming notou por acaso que uma substância sintetizada por um fungo comum inibia o crescimento de algumas bactérias, essa substância foi chamada de penicilina. Ele deixou algumas placas serem contaminadas por um fungo e quase as descartou, mas quando ele observou atentamente, percebeu que as bactérias não cresciam ao redor do fungo. Ele deduziu que o fungo produzia uma substância que inibia o crescimento da bactéria, mas sua descoberta só foi notificada dez anos mais tarde e verificada mais alguns anos depois. As vacinas aprovadas em uso humano são: vacinas inativadas que utilizam microrganismos íntegros, mortos ou desativados; vacinas atenuadas que utilizam microrganismos vivos cuja virulência foi reduzida significativamente; vacinas acelulares ou que contêm subunidades de bactérias patogênicas; vacinas contra toxinas que utilizam toxóides ou anatoxinas, toxinas inativadas, como antígeno. Outras categorias de vacinas, como as de DNA e as para administração oral e nasal ainda estão sob pesquisas, mas há algumas que utilizam microrganismos vivos geneticamente modificados já estão licenciadas para uso em veterinária. Lixeiros Se não fosse os microrganismos, hoje em dia o ser humano estaria enterrado no próprio lixo. Eles transformam restos de animais em compostos simples e reutilizáveis, degradam resíduos domésticos e industrias, purificam a água e muito mais. No tratamento de água os microrganismos realizam reações enzimáticas, que são importantes na ciclagem das substancias na natureza. Podem ser usados dois tipos de processo para a descontaminação de matéria orgânica da água, o anaeróbico, feito por microrganismos anaeróbicos e facultativos, que gera vários produtos metabólicos como

acetato e gases, e o aeróbico, realizado por microrganismos aeróbios que necessita de muito oxigênio para promover a oxidação da matéria orgânica em água, gás carbônico e compostos minerais. Esses processos é segunda fase do tratamento de esgoto. A primeira consiste em sedimentação do esgoto para remover os resíduos sólidos. O efluente do tratamento secundário ainda pode conter íons de fosfato e nitrato, que são removidos quimicamente na terceira etapa. O efluente final possui baixa concentração de matéria orgânica e nutrientes podendo ser jogado em corpos hídricos sem causar impacto significativos ao meio ambiente. O tratamento de água destinada ao consumo humano compõe-se das fases de floculação química, sedimentação de sólidos, clarificação via filtração e por fim desinfecção (através da cloração, por exemplo). Esta última fase visa à extração dos microrganismos patogênicos. Dependendo do uso da água, o controle de qualidade é estabelecido pelo Conselho Nacional de Meio Ambiente (Conama) através de valores- padrão que estabelecem os limites máximos aceitáveis para as características físicas, químicas e microbiológicas da água. Há um método tradicional que foi aprimorado que usa bactérias que produz eletricidade quando decompõe resíduos orgânicos, essas bactérias eletroativas penetram intensamente no sedimento e são capazes de purificar a água de modo natural dez vezes mais rápido que os métodos convencionais. O resultado é água limpa e pura, um sistema que não necessita de energia e sem poluição. Essas bactérias também têm se mostrado bastante úteis em tratamentos ambientais que auxiliam no saneamento básico, podendo até substituir a falta de saneamento básico com soluções biotecnológicas. A Ideonella sakaiensis foi uma grande descoberta que degrada plásticos muito mais rápido que o normal, ela libera duas enzimas que divide o material em pequenas partes para se alimentar melhor. As bactérias são uma poderosa aliada na decomposição do lixo, e assim ajudar a proteger os solos e corpos hídricos, pois elas podem desintegrar os resíduos mais rápido, não permitindo que comprometa ainda mais o meio ambiente. Auxiliares na produção de linho A biotecnologia foi inserida no processamento têxtil há mais de 2000 anos, o crescimento de microrganismos no linho era usado para separar a fibra do caule das plantas. Após mais de um milênio teve o início dos processos enzimáticos, que podem ser manipulados para modificar as características das fibras têxteis, e este leva vantagem, pois, reduz o impacto ao ambiente e os danos às fibras, substituindo reagentes químicos normalmente utilizado em alguns processos têxteis, que geralmente degrada o meio ambiente. A sua utilização tende a crescer devido aos avanços no campo da microbiologia. As enzimas mais utilizadas na indústria são adquiridas a partir de culturas microbianas, aprimorando esses meios de culturas é possível conseguir enzimas com características e especificidades bem determinadas e aumentar o rendimento. A colheita do linho é feita manualmente, arrancada pela raiz, em seguida faz-se a ripagem, que separa a película que envolve algumas sementes, depois é necessário passar pela maceração. A maceração é um dos processos mais importantes, ela é um

perdurava ao longo das multiplicações celulares, se a modificação foi realmente eficiente e se o produto não se alterava. É necessário que a matéria-prima seja pré-tratada, e, em seguida, faz hidrólise para liberar a xilose e a arabinose. Mas, o processo gera outros produtos tóxicos que impede o crescimento da bactéria. Esse líquido é neutralizado e tratado para eliminar esses produtos tóxicos. Enfim, adiciona-se a bactéria recombinante, e, cerca de 40 horas depois, faz-se a destilação e está pronto o etanol. O biocombustível possui várias vantagens e características benéficas, como, baixa corrosão, redução de emissão de carbono, utilização em motores com combustão interna ou como complemento nas misturas de etanol e de gasolina, produz mais energia por litro, pode ser misturado à gasolina em grandes proporções sem a necessidade de adaptação nos automóveis. E possui um grande mercado que provavelmente atrairá grandes frutos, porém, há muito a se pesquisar e desenvolver, e a biotecnologia é decisiva nesse campo, tanto no desenvolvimento de microrganismos quanto na otimização de plantas para se adequar aos processos.

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