Microbiologia do Solo

1
Microbiologia do Solo
2
Microrganismos do Solo

• Bactérias grupo mais numeroso e diversificado 3
  x 106 a 5 x 108 por g de solo seco
• Gêneros mais frequentes Bacillus,
  Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas,
  Nocardia, Streptomyces, Micromonospora,
  Rizóbios Cianobactérias pioneiras, fixação N2
• Fungos 5 x 103 - 9 x 105 por g de solo seco
• Limitados a superfície
• Gêneros mais frequentes Penicillium, Mucor,
  Rhizopus, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma
• Algas, protozoários e vírus

3
1 Pg 1,000,000,000,000 kg
4
CO2 na atmosfera/ano (bilhões de toneladas)
Outros
5
Fixação/liberação de C

• Produção 1ª conversão de C inorgânico a C
  orgânico (fungos e bactérias que decompõem MO)
• Respiração/decomposição/combustão retorna C a
  atmosfera
• Fixação gt que consumo (respiração) acúmulo de C
  orgânico
• Fixação lt que consumo (respiração) declínio das
  populações
• Fixadores fotossintetizantes, oxidantes/redutores
  de S, Fe, etc.
• Relações tróficas C e Energia transferidos (10)
• Decomposição de MO vegetal depende da T, pH,
  natureza química, condições ambientais, O2, etc.

6
(No Transcript)
7
(No Transcript)
8
(No Transcript)
9
(No Transcript)
10
Formas de atenuar o problema

• Fertilizar os oceanos com Fe e P para aumentar as
  populações de algas e outros microrganismos como
  cianobactérias dos gêneros Prochlorococcus e
  Synechococcus que absorvem quantidades enormes de
  CO2
• Utilizar algas e microrganismos para a extração
  de biocombustíveis
• Utilizar microrganismos geneticamente modificados
  para aumentar a produtividade de plantas para
  extração de óleo (biocombustíveis)

11
Formas de atenuar o problema

• Utilizar celulose (hemicelulose) para produzir
  etanol via aplicação microbiana
• Sulfolobus solfatarius - Archaea
• Trichonympha sp. - protozoário
• Trichoderma reesei fungo

12
O ciclo do Nitrogênio
13
Fixação/liberação de N

• 5 processos principais que ciclam o N
• Fixação
• Absorção (crescimento dos organismos)
• Mineralização (decomposição)
• Nitrificação
• Desnitrificação

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Fixação do N

• N2 (inorgânico) NH4 ou NO3-
  (inorgânico)
• Simbiontes como Rhizobium legumes, Frankia
  Alder, etc. N em troca por carboidratos e
  ambiente favorável
• Fixadores de vida livre (ambientes aquáticos
  principalmente) Cyanobacteria, Azotobacter,
  Clostridium
• Fogo, lava, queima de combustíveis fósseis
• Processo Haber-Bosch (produção de uréia)

15
Absorção do N

• NH4 (inorgânico) N orgânico
• NH4 é rapidamente incorporado em proteínas e
  outros compostos nitrogenados orgânicos pelas
  plantas ou organismos do solo

16
Mineralização do N

• N orgânico NH4 (inorgânico)
• Decomposição N orgânico transformado em N
  inorgânico (NH4) por fungos e bactérias -
  actinomicetos, fungos e bactérias modificam o N
  da MO de NH3 a NH4
• Esse NH4 usado por plantas ou transformado a
  NO2- e NO3- via nitrificação

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Nitrificação

• NH4 NO2-
  NO3-
• Bactérias transformam amônio a nitrato ganhando
  energia
• Ocorre apenas em ambientes aeróbicos
• NH4 se adsorve as partículas de solo com carga
  negativa
• NO3- é lixiviado com redução da fertilidade do
  solo e contaminação do lençol freático

Nitrossomonas
Nitrobacter
18
Desnitrificação

• NO3- NO2-
  NO N2O N2
• Processo anaeróbico feito por bactérias
  desnitrificadoras
• N2O é um gás de efeito estufa
• Esta é a única transformação que remove N dos
  ecossistemas (irreversível) e faz o balanço do
  ciclo do N
• NO3- nitrato
• NO2- nitrito
• NO nitróxido, óxido nítrico, monóxido de N
• N2O óxido de dinitrogênio (gás do riso)

19
Atividades humanas

• Queima de florestas e de combustíveis fósseis
  colocando N na atmosfera
• Fertilização química e lixiviação (NO3- e
  cânceres metahemoglobinemia síndrome do bebê
  azul)
• Criação de animais com produção de NO3- que pode
  entrar nos corpos dágua e no solo
• Derrame de excrementos em corpos dágua

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Atividades humanas

• Mudança da composição vegetal dos ecossistemas
  (redução da diversidade)
• Formação de ácido nítrico (HNO3) responsável,
  junto com dióxido de enxofre (SO2), pelas chuvas
  ácidas
• Altas concentrações de óxidos de N são
  precursores do ozônio da troposfera, o qual causa
  dano aos tecidos vivos (NO e N2O)
• Altas concentrações de N nos rios causando
  eutrofização, reduzindo a diversidade dos
  ecossistemas aquáticos

21
O ciclo do Fósforo

• O fósforo é essencial para plantas e animais na
  forma dos íons
• PO43- (fosfato)
• HPO42- (ortofosfato)
• Faz parte de moléculas
• ácidos nucléicos (DNA)
• energéticas (ATP e ADP)
• células lipídicas
• da estrutura do corpo de animais como fosfato de
  cálcio (ossos, dentes, etc.)
• na fotossíntese
• transporte de nutrientes

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Fósforo

• Três formas principais de fósforo
• Fósforo orgânico na matéria viva, plantas,
  microrganismos, etc.
• Fósforo solúvel disponível (orgânico bem como
  HPO42-). Menor proporção de P do solo
• Fósforo adsorvido indisponível (anionicamente
  ligado a cátions de Al, Fe e Ca)
• O ciclo do fósforo tem 2 componentes principais
  que ocorrem em diferentes escalas de tempo
• No componente local ele cicla nos ecossistemas em
  tempo ecológico
• Nos sedimentos ele faz parte da porção
  classificada em tempo geológico. Somente será
  mobilizado milhões de anos mais tarde

23
O ciclo do Fósforo
24
Atividades humanas

• Uso excessivo de fertilizantes
• Contaminação das correntes de água pelo uso de
  ácido sulfúrico para extrair o fósforo das rochas
• Lixiviação contaminando lençóis freáticos
  causando eutrofização

25
Microbiologia da água
26
(No Transcript)
27
O ambiente aquático

• Temperatura da água superfície e subsuperfície
• Luz (turbidez) principalmente algas e
  cianobactérias fotossintetizantes
• O2 zonas ôxicas e zonas anôxicas
• Pressão hidrostática barotolerantes, barofílicos
  (enzimas, ácidos graxos, proteínas especiais de
  transporte)
• Salinidade halofílicos
• pH Archaea em ambientes extremamente acídicos
• Nutrientes cargas orgânicas e inorgânicas,
  eutrofização, metais

28
Fonte Microbiologia de Brock Madigan et al.,
2004
29
Estimativas do número total nos oceanos 1,3 x
1028 Archaea 3,1 x 1028 Bacteria
Fonte Microbiologia de Brock Madigan et al.,
2004
30
Microbiologia da água potável

• Poluição
• água pode ser límpida, inodora e sem sabor e
  mesmo assim não ser potável devido à presença de
  contaminações
• Água potável livre de microrganismos patogênicos
  e de substâncias químicas nocivas
• contaminantes
• químicos
• físicos
• biológicos

31
Ac. hipoclórico Ac. hidroclórico
32
Microrganismos patogênicos na água

• Bactérias
• Salmonella spp.
• Vibrio cholerae
• principais problemas associados à falta de
  cuidados sanitários
• Shigella spp.
• Yersinia enterocolitica gastroenterite aguda
• Escherichia coli linhagens patogênicas -
  enterites
• Clostridium perfringens enterite, gangrena
  gasosa
• Vibrio parahaemolyticus gastroenterites
• Pseudomonas aeruginosa infecções nos olhos,
  ouvidos
• Staphylococcus aureus infecções cutâneas,
  garganta e intoxicações alimentares
• Leptospira hepatite, conjuntivite e
  insuficiência renal

33
Microrganismos patogênicos na água

• Fungos
• aquáticos saprófitas, parasitas de peixes
• oriundos do solo leveduras
• Candida albicans infecções da pele, mucosas
• fungos dermatófitos
• Geotrichum

34
Microrganismos patogênicos na água

• Protozoários
• ciliados
• Giardia lamblia esporos resistentes ao cloro
• amebas
• Entamoeba hystolytica

35
Microrganismos patogênicos na água

• Vírus
• Hepatite A
• Gastroenterite infecciosa não bacteriana
• Poliomielite

36
Métodos de detecção da qualidade microbiológica
da água

• Microrganismos indicadores da qualidade da água
• Qual é o indicador ideal?

• útil para todos os tipos de água
• sempre presente nos lugares onde estão os
  patógenos entéricos
• sobreviver na água mais tempo (ou igual) que os
  patógenos entéricos
• não se reproduzir na água contaminada (algumas
  vezes se reproduz)

• o teste de detecção deve ser específico e
  sensível
• o teste de detecção deve ser de fácil execução
• o indicador deve ser não patogênico (nem sempre)
• o nível do indicador na água contaminada deve ser
  proporcional ao grau de poluição fecal

37
Escherichia coli e outros coliformes

• Bactérias bastonetes Gram -, que fermentam a
  lactose (lac) com produção de ácido e gás dentro
  de 24/48 h a 35/37ºC
• Escherichia coli coliforme fecal
• Klebsiella pneumoniae coliforme fecal
• Clostridum perfrigens coliforme fecal

38
Metodologia de execução

• Análise bacteriológica da água
• Metodologia
• teste presuntivo (caldo lauril triptose)
• 35 a 37o C 24 hs
• detectar a presença de coliformes na água
• incentivar o crescimento de possíveis
  contaminantes fecais
• teste confirmativo (caldo lactosado com bile e
  verde brilhante) 35 a 37o C 48 hs
• bile inibe crescimento de não entéricas
  enquanto o verde brilhante inibe crescimento de
  Gram
• confirmar presença de coliformes totais na
  água
• teste completo (EC e placas Mac Conkey)
• 44,5o C 24 hs
• para E. coli confirmar a presença de
  coliformes fecais na água
• Metodologia de filtragem e plaqueamento
• Metodologia de incubação com kits específicos

39
Microbiologia dos alimentos
40
Composição microbiana dos alimentos
Microbiota própria ou adquirida com o manuseio
41
Composição microbiana dos alimentos
Principais processos de deterioração de alimentos
por microrganismos
42
Microorganismos e a deterioração

• Fatores envolvidos na deterioração
• Físicos luz, temperatura, pressão osmótica,
  pressão hidrostática
• Químicos pH, O2
• Biológicos insetos, microrganismos, roedores
• O que causa a deterioração
• Microrganismos
• A ação das enzimas contidas nos alimentos
• A infestação por insetos, parasitas e roedores
• Temperaturas inapropriadas para a conservação
• Ganho ou perda de umidade
• Reação com o O2
• Luz
• Estresse físico ou abuso
• Tempo

43
4. Controle dos microrganismos em alimentos

• Frio (refrigeração e congelamento)
• Refrigeração (4 a 10 C) paralisação crescimento
• Congelamento (- 20 C) ausência de água, formação
  de cristais
• Secagem sol, câmaras, liofilização
• alimentos perdem água, provocando a inibição do
  crescimento (metabolismo inibido)
• Concentração de solutos (sal, açúcar, aditivos,
  etc.)
• aumento da pressão osmótica
• Acidificação
• pH do alimento

44
4. Controle dos microrganismos em alimentos

• Conservas
• Alta temperatura
• Radiações
• Radiação ionizante raios gama (remoção de e- ou
  átomos da molécula)
• Aditivos
• Microbicidas x microbiostáticos
• inorgânicos
• - H2S, NO3-, NO2-
• orgânicos
• - ácido ascórbico laticínios, sucos
• - benzoato de sódio refrigerantes
• - propionato de cálcio pães

45
4. Controle dos microrganismos em alimentos

• Pasteurização
• 63ºC por 30 min (LTLT low temperature long
  time)
• 72º C por 15 s (HTST high temperature
  short time)
• Esterilização
• UHT (ultra-high temperature) 150º C por 1-2 s

46
Alimentos preparados com o uso de microrganismos
Alimento Matéria prima Principal Microrganismo Grupo
Picles Pepinos Lactobacillus spp. Pediococcus spp. Bacilos, Gram Cocos, Gram
Leite fermentado Leite L. acidophilus Bacilos, Gram
Pão Farinha Saccharomyces cerevisiae Levedura
Ricota Leite pasteurizado L. bulgaricus Bacilos, Gram
Koumiss Leite de égua L. bulgaricus Torula, Mycoderma Bacilos, Gram Leveduras
Kefir Leite fresco, Streptococcus spp. Lactobacillus spp. Leuconostoc Acetobacter Cocos, Gram Bacilos, Gram Cocos, Gram Bacilos, Gram -
Ioogurte Leite pasteurizado L. bulgaricus S. thermophilus Bacilos, Gram Cocos, Gram
Shoyu Arroz, Soja L. delbrueckii Aspergillus oryzae Sacharomyces rouxii Bacilos, Gram Fungo filamentoso Levedura
Queijos Leite S. lactis S. cremoris L. citrovorum L. dextranicum Outros microrganismos Cocos, Gram Cocos, Gram Bacilos, Gram Bacilos, Gram Fungos
Cerveja Grãos de cereais Saccharomyces spp. Leveduras
Vinho Suco de uva Saccharomyces cerevisiae Sacch. champagnii Leveduras
Presunto e salsichas curados Porco/Gado Pediococcus cerevisiae Cocos, Gram
Presunto curado Porco Aspergillus, Penicillium Fungos
47
Microorganismos na produção de alimentos

• Fermentação de produtos lácteos
• Iogurte Fermentação da lactose a ácido lático
• Lactobacillus delbrueckii subsp. delbrueckii
• Streptococcus salivarius subsp. thermophilus
• Lactococcus thermophilus
• Lactobacillus bulgaricus
• Leite fermentado Lactobacillus casei,
  Bifidobacterium breve
• Activia Bifidobacterium animalis subsp. animalis
• Manteiga Streptococcus cremoris, Leuconostoc
  cremoris e Lactobacillus lactis
• Queijo
• Lactococcus. Lactobacillus, Streptococcus
• Propionibacterium queijo Suíço
• Penicillium queijo camembert, roquefort, brie

48
Microorganismos na produção de alimentos

• Fermentação de carnes
• Embutidos produzidos por bactérias do ácido
  lático, em particular Pediococcus cerevisae
• Produção de pães
• Pães Saccharomyces cerevisae, Clostridium spp.
  e bactérias coliformes podem ser empregados
• Bebidas alcoólicas
• Cervejas Saccharomyces cerevisae, S.
  carlsbergensis
• Vinho fermentação usando S. ellipsoideus
• Vinagre fermentação a álcool (S. cerevisae) e em
  seguida a ácido acético (Acetobacter e
  Gluconobacter) ou conversão direta a acetato
  (Clostridium spp.)

49
Microorganismos na produção de alimentos

• Vegetais fermentados
• Azeitonas Leuconostoc
• Molho de soja
• Aspergillus oryzae
• Pediococcus soyae
• Saccharomyces spp.
• Torulopsis spp.
• Lactobacillus spp.
• Miso Aspergillus oryzae
• Tofu Mucor spp.

50
Doenças de origem microbiana veiculadas por
alimentos
Categorias de doenças intoxicações -
microrganismo ausente nos tecidos - ingestão da
toxina ativa infecções - ingestão do
alimento contaminado pelo patógeno -
microrganismo presente nos tecidos
51
Intoxicações
a. Intoxicação estafilocócica Staphylococcus
aureus tem várias toxinas (febres, doenças do
trato respiratório, etc.) b.
Intoxicação por Clostridium perfringens enterotox
ina produzida no intestino - disenterias c.
Intoxicação botulínica (Botulismo) Clostridium
botulinum bactéria anaeróbia, produtora de
endósporos (exotoxina) metaloprotease do
sistema neurotransmissor
52
Infecções
a. Salmoneloses, Febre tifóide e Febres
paratíficas Salmonella sp. S. thyphimurium
espécie mais comum S. typhi febre tifóide b.
Infecções por Escherichia coli Escherichia coli
enterotóxica Linhagem mais comum E. coli
O157H7 c. Infecções por Campilobacter Campyloba
cter jejuni e C. fetus diarréias, disenterias,
abortos
53
Microbiologia do ar
54
Tipos de microrganismos no ar

• Algas
• Protozoários
• Fungos em geral
• Bactérias

55
Fatores que afetam a microbiota do ar

• umidade
• temperatura
• radiação
• densidade populacional

56
Tipos de microrganismos no ar

• principais tipos
• esporos de fungos
• p. ex. Cladosporium, Aspergillus, Penicillium
• bactérias esporulantes
• vírus

57

• Doenças do homem e dos animais
• inalação de poeira ou gotículas contendo
  propágulos, provenientes de
• pessoas infectadas (diretamente)
• outras fontes roupas, cama, solo
• aerossóis
• infecções respiratórias secreções nasais,
  garganta

58
Métodos de avaliação da microbiota do ar

• Sedimentação teste da placa aberta
• Impacto
• crivo
• furo
• Filtração membranas

59
Controle das populações microbianas do ar

• filtração filtros HEPA (high efficiency
  particulate air)
• radiação
• desinfetantes/esterilizantes
• Oxido de etileno
• Anthium dioxide

60
Interações Parasita-Hospedeiro
61
mecanismos de infecção
mecanismos de defesa
PARASITA HOSPEDEIRO
Resistência x Susceptibilidade
62
Mecanismos de infecção (fatores de virulência)
Definições

• patogenicidade habilidade de produzir uma
  infecção
• infecção colonização de um organismo por
  alguma espécie externa
• doença detrimento do organismo infectado
• virulência capacidade relativa do patógeno de
  causar doença
• fatores de virulência toxinas, enzimas, etc.

63
Requisitos para doença
64
Toxinas
exotoxinas liberadas extracelularmente
natureza química - proteínas
- afinidade por tecidos específicos
- sensíveis ao calor Enzimas citolíticas
lise Enzimas A-B duas subunidades Toxinas que
atuam como superantígenos estimulam células de
resposta imune
(inflamações) - Corynebacterium
diphtheriae - Clostridium tetani
(neurotoxina) - Vibrio cholerae (enterotoxina)
65
Ação da toxina diftérica de Corynebacterium
diphtheriae
(a) O fator de elongação 2 (EF-2) normalmente se
liga ao ribossomo, conduzindo um tRNA carregado
com um aminoácido ao ribossomo, promovendo a
elongação protéica. (b) A toxina diftérica
liga-se à membrana celular, onde é clivada e o
peptídeo A é internalizado. O peptídeo A modifica
o fator de elongação 2 (EF-2) que deixa de
auxiliar na transferência de aminoácidos para a
cadeia polipeptídica em crescimento, resultando
na interrupção da síntese protéica e morte
celular.
Fonte Microbiologia de Brock Madigan et al.2004
66
Glicina (aa)
Acetilcolina (neurotransmissor)
Ação da toxina tetânica de Clostridium tetani
Fonte Microbiologia de Brock Madigan et al.2004
67
Glicolipídio complexo gangliosídio
Ação da toxina colérica Enterotoxina
Fonte Microbiologia de Brock Madigan et al.2004
68
Toxinas
endotoxina liberada após a lise da célula do
patógeno (membrana lipopolissacarídica) -
toxinas de Salmonella, Escherichia coli menos
tóxicas que as exotoxinas diminuem
leucócitos, linfócitos, plaquetas proteínas
pirogênicas liberação de pirogenios diarréia
inflamação generalizada mortes choques
hemorrágicos e necrose dos tecidos
69
Mecanismos externos de defesa
Barreiras físicas pele mucosas cutícula e
ceras das plantas parede celular pelos cílios
das células epiteliais
Barreiras químicas
ANIMAIS Ácido lático (pele) Ácidos graxos
(suor) Enzimas (ex. lisozima da lágrima) Sebo
(glândulas sebáceas) Suco gástrico (HCl
enzimas muco) Lactoferrina no leite e nas
mucosas (quelante de Fe) Transferrina no soro
sanguíneo (idem)
70
Mecanismos externos de defesa
Barreiras químicas
PLANTAS Fitoalexinas (compostos fenólicos) pH
da seiva Saponinas, glicosídeos e
cianogênicos Ácido salicílico
Barreiras biológicas microbiota da
pele superfície das folhas rizosfera
71
Mecanismos internos de defesa

• Inflamação
• reação vascular e celular para inibir a invasão
• causada por histaminas liberadas pelas células
  danificadas
• limitação da disseminação do patógeno
• formação de coágulos ao redor do local afetado
• pús (células fagocitárias mortas pelas
  leucocidinas da bactéria)
• Febre
• - resposta sistêmica geralmente devida a
  bactérias e vírus
• - aumento da produção de calor metabólico
  provocado por alterações no hipotálamo
• causadores endotoxinas, pirogenio
• - função da febre aumentar a atividade de
  fagócitos e a velocidade das
  respostas inflamatória e imune

72
Mecanismos internos de defesa
Células fagocitárias (leucócitos) glóbulos
brancos neutrófilos monócitos e
macrófagos Fagócitos tem elementos
bactericidas como proteases, fosfatases,
nucleases, lipases Não
fagocitários linfócitos (sistema imune células
T e B)
Fagocitários

73
Mecanismos internos de defesa
Defesa celular
Ingestão e morte
Produtoras de anticorpos
74
Mecanismos internos de defesa
mecanismo de fagocitose - adesão -
pseudópodos (projeções) - ingestão -
fagossoma (fusão das membranas - vacúolo) -
ação dos lisossomas - grânulos com enzimas
digestivas que se fundem ao
fagossoma - digestão do microrganismo
(fagolisossoma) pH 3,5 - 4,0 lisozima ou
tras enzimas hidrolíticas aumento da
respiração - diminui O2 com produção de
radicais - superóxido -
peróxido morte do microrganismo 10-30 min
depois
75
Lisossomo macrófago fagolisossoma
Radicais hidroxil
Anions superóxidos
Ácido hipocloroso
S. aureus carotenóides
Óxido nítrico
Peróxido de hidrogênio
Fonte Microbiologia de Brock Madigan et al.2004
76
Mecanismos internos de defesa
Células natural killers (linfócitos não
específicas) e células Tc (citotóxicas)
77
Sistema Complemento
C proteína do complemento
Anafilatoxinas
Fonte Microbiologia de Brock Madigan et al.2004
78
Controle do Crescimento Microbiano
79
1. Introdução
1.1. Quais os principais fatores limitantes para
o crescimento microbiano?

• Temperatura
• pH
• Disponibilidade de H2O
• Disponibilidade de O2

Alguns Conceitos Importantes - Esterilização
morte ou eliminação de todos os organismos
viáveis presentes em um meio de cultura -
Descontaminação/Assepsia tratamento de um
objeto ou superfície de modo a torná-los
seguros à manipulação - Desinfecção
direcionada contra os patógenos, embora possa não
eliminar todos os microrganismos
80
Condições que Afetam a Atividade de um Agente de
Controle Microbiano
tamanho da população intensidade ou
concentração do agente tempo de exposição
temperatura do ambiente natureza do meio
umidade, pH, etc. tipo de microrganismo
81
Influência do Tamanho Inicial da População sobre
a Efetividade de um Agente de Controle
82
3. Tipos de Agentes de Controle e Mecanismos de
ação
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes
Físicos - Esterilização pelo calor -
Esterilização por radiação - Esterilização por
filtração
3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes
Químicos - Agentes químicos de uso externo
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados in
vivo 3.3.1. Fármacos antimicrobianos
sintéticos 3.3.2. Antibióticos 3.3.3. Fármacos
antifúngicos imidazole, triazole 3.3.4.
Fármacos antivirais acicloguanosina, ß glucanas
83
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
3.1.1. Calor Úmido desnaturação de
proteínas e enzimas a) Água fervente (100
ºC) b) Sob pressão (autoclavagem) 121 C a
1,1 kg cm-2 c) Pasteurização (63 C LTLT ou 72
C HTST)
84
Medida da Esterilização pelo Calor
Efeito da temperatura na viabilidade de uma
bactéria mesofílica
Fonte Madigan et al., 2004. Microbiologia de
Brock
85
Relação Entre Temperatura e Tempo de Morte em
Mesófilos e Termófilos
Termófilos
Mesófilos
Fonte Madigan et al., 2004. Microbiologia de
Brock
86
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
3.1.2. Calor Seco Oxidação dos constituintes
orgânicos Menor eficiência que o calor
úmido a) incineração eliminação de
contaminantes e cadáveres, esterilização da alça
de platina b) forno de Pasteur 160º C durante
2 h
3.1.3. Baixas Temperaturas preservação de
alimentos, drogas inibição das reações
metabólicas formação de cristais de gelo
(congelamento) redução da água disponível
87
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos

• 3.1.4. Radiações
• Energia eletromagnética
• a) ionizante raios gama, raios-X, feixes de
  elétrons (remove e- e átomos)
• alto poder de penetração
• b) não ionizante
• luz ultravioleta 136 a 400 nm ( 260 nm)
• excita os elétrons produzindo vários tipos de
  reação
• DNA (mais afetado) dímeros de pirimidina
• baixo poder de penetração

88
(No Transcript)
89
3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos
3.1.5. Filtração Membranas de ésteres de
celulose - 150 ?m de espessura - poros
uniformes - diâmetro variável -
descartáveis ex. filtros HEPA (high
efficiency particulate air) acetato de
celulose dobrado ao redor de folhas de
alumínio retém 99 da matéria particulada
90
3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos
3.2.1. Esterilizantes a) Óxido de etileno
ativo contra células vegetativas e endósporos
alta penetração, mas necessita longa exposição
líquido abaixo de 10,8ºC, acima disso é um
gás b) Alquilantes (alquilação de proteínas
adição grupo alquil) ?-propionolactona
Glutaraldeído Formaldeído (formol)
91
3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos
3.2.2. Desinfetantes a) Fenóis (ácido
carbólico) Joseph Lister (1865) efetivo
agente antisséptico em hospitais solução a 5
mata células vegetativas, mas não os endósporos
primeiro agente químico usado para controle b)
Álcoois Etílico a 60-85 mata células
vegetativas Desnaturação de proteínas
Dissolvem os lipídeos da membrana
92
3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos
3.2.2. Desinfetantes c) Halogênios iodo,
cloro, bromo iodo e compostos relacionados
agente oxidante, combina-se com a tirosina,
inativando proteínas cloro formação de ácido
hipocloroso liberando radicais de oxigênio d)
Metais pesados chumbo, zinco, prata, cobre,
mercúrio combinam-se com proteínas, provocando
sua inativação e) Detergentes desnaturação das
membranas
93
Agentes Antimicrobianos Utilizados in vivo
94
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo

• 3.3.1. Fármacos antimicrobianos sintéticos
• Salvarsan
• uso do arsênico (interrompe a produção de ATP)
• Sulfonamidas
• sintéticos com o grupo sulfonamida (ácido
  sulfônico)
• 3.3.2. Antibióticos
• - Definição Agentes antimicrobianos produzidos
  por microrganismos (bactérias e fungos) exibindo
  função de inibir ou matar outros microrganismos

95
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
3.3.2. Antibióticos
- Espectro de ação Largo espectro (ex
Tetraciclina) Baixo espectro (ex
Vancomicina)
96
Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos
Antibióticos ?-lactâmicos Principais
representantes penicilinas e cefalosporinas
50 dos antibióticos produzidos mundialmente
Produtores Penicillium chrysogenum
penicilina Cephalosporium spp.
cefalosporina Inibem a síntese de
peptidoglicano (transpeptidação) Provocam a
liberação de autolisinas digestão da
parede já existente Espectro ativos
contra bactérias Gram positivas
Antibióticos Aminoglicosídeos Aminoaçúcares
unidos por ligações glicosídicas Principal
representante Estreptomicina (produzida por
Streptomyces griseus) Ação inibição da
síntese de proteínas (ligação com a subunidade
30S) Espectro ativos contra G- e G, usados
clinicamente contra Gram negativos
97
Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos
Antibióticos Macrolídeos Grande anel lactona
conectado com açúcares Principal representante
Eritromicina (produzida por Streptomyces
erythreus) Ação inibição da síntese de
proteínas combina-se com a subunidade 50S
ribossomal Ativos contra bactérias Gram e
Gram - Usado em substituição à penicilina para
pacientes alérgicos
98
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados in vivo
3.3.3. Fármacos Antifúngicos
Muitos só podem ser utilizados para aplicações
tópicas (superfície) Alguns apresentam
toxicidade seletiva afetam estruturas ou
processos metabólicos específicos dos fungos
Principais representantes Polienos (Streptomyces
nodosus S. nursei) Azóis (fármacos
sintéticos)
99
3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo
3.3.3. Fármacos Antivirais
Controle de vírus a condição de parasita
intracelular obrigatório - íntima ligação com
as funções da célula hospedeira - dificuldade
de controle a) Análogos de Nucleosídeos
(nucleotídeo sem o P) AZT (Zidovudine)
bloqueia a síntese de DNA dos retrovírus
(transcriptase reversa) Aciclovir inibe o
alongamento do ácido nucléico viral ß
glucanas inibe a ligação a superfície b)
Neviparina liga-se à transcriptase reversa,
inibindo sua ação c) Rifampicina inibe a RNA
polimerase
100
Teste de Difusão em Discos - Antibiograma
Padrões definidos pelo Instituto de Padrões
Clínicos e Laboratoriais (CLSI)
Fonte Madigan et al., 2010
101
Microrganismos e Biotecnologia

102
2. Microbiologia Industrial
2.1. Principais organismos Fungos leveduras e
bolores Actinomycetes Streptomyces 2.2.
Características dos microrganismos empregados em
processos biotecnológicos Crescer in
vitro Crescer em larga escala Não ser
fastidioso Crescer mesmo em condições
subótimas Ser de fácil manutenção Não ser
patogênico Ser facilmente manipulável e
geneticamente estável

103
2. Microbiologia Industrial

• 2.3. Produtos
• As próprias células microbianas alimentos ou
  agentes imunizantes (leveduras)
• Moléculas de alto PM enzimas (glicose isomerase
  xaropes)
• Produtos metabólitos primários (produzidos
  durante a fase exponencial de crescimento) p.
  ex. vitaminas
• Produtos metabólitos secundários (produzidos
  durante a fase final de crescimento) ex.
  antibióticos, esteróides, alcalóides, etc.
• Produção de químicos especiais aspartame,
  fenilalanina, etc.
• Compostos químicos de conveniência etanol, ácido
  cítrico, etc.

104
2. Microbiologia Industrial

• 2.4. Processos
• Produção de fármacos antibióticos, esteróides,
  insulina
• Produção de químicos valiosos solventes,
  enzimas
• Produção de suplementos alimentares
  probióticos, etc.
• Produção de bebidas alcoólicas cerveja, vinho,
  destilados, etc.
• Produção de vacinas (principalmente antivirais)
• Controle biológico de pragas e doenças B.
  thuringiensis, Beauveria, etc.
• Uso de microrganismos na mineração e na
  indústria do petróleo
• Biorremediação/fertilidade dos solos
  micorrizas, FBN, etc.

105
3. Produtos para a indústria alimentícia

• 3.1. Leveduras como alimento e suplemento
  alimentar
• A grande maioria Saccharomyces cerevisae
• Produzidas em tanques de fermentação (40 a 200
  mil litros)
• Levedura ativa desidratada fermentos
• Levedura nutricional (morta e seca)

106
3. Produtos para a indústria alimentícia

• 3.2. Microrganismos na produção de vinhos
• Leveduras selvagens e leveduras cultivadas (S.
  ellipsoideus)
• Fermentação malolática (ácido málico) com
  produção de ácido lático
• e diacetil (sabor amanteigado)
• Lactobacillus
• Pediococcus
• Oenococcus
• 3.3. Microrganismos na produção de cervejas
• A partir de grãos maltados grãos de cevada
  germinados (enzimas que
• que digerem o amido convertendo-o em açúcar)
• Fermentação
• alta fermentação leveduras em todo o mosto
  (ales) S. cerevisae
• baixa fermentação no fundo do tanque (cervejas
  claras) S. carlsbergensis

107
3. Produtos para a indústria alimentícia

• 3.4. Microrganismos na produção de bebidas
  alcoólicas destiladas
• Qualquer produto fermentado pode ser destilado,
  gerando produtos
• distintos
• Uísque destilado de bebidas maltadas
• Conhaque destilado de vinho
• Rum destilado de melaço
• Vodca destilado de grãos ou batata
• Gim destilado de grãos de junípero

108
3. Produtos para a indústria alimentícia

• 3.5. Microrganismos na produção de vinagre
• Álcool etílico ácido
  acético
• Acetobacter e Gluconobacter
• Tonel aberto vinho exposto ao ar (camada limosa
  de bactérias na
• superfície do substrato),
  pouco eficiente
• Gotejamento gotejamento do líquido alcoólico em
  substratos como
• madeira
• Borbulhamento fermentação submersa com aeração
• 3.6. Cogumelos comestíveis
• Definição da espécie a ser cultivada
• Mais cultivados Agaricus bisporus (champignon
  de Paris)
• Lentinus edulus (shiitake)

109
4. Produtos para a indústria

• 4.1. Microrganismos na produção de etanol
• Milho, cana-de-açúcar, trigo, beterraba, cavacos
  de madeira, etc.
• Saccharomyces, Kluyveromyces, Candida, etc.
• Solvente industrial e suplemento de gasolina
• Reduz a emissão de monóxido de carbono e óxidos
  de nitrogênio
• Composto energeticamente caro necessita-se de
  25 a mais de E para
• produzir um litro de etanol do que a energia
  contida no próprio etanol

Celulose a glicose fermentada a etanol
110
5. Fermentadores industriais

• 5.1. Fermentações em larga escala
• Divididos em
• Aeróbios mais complexos, com equipamentos que
  garantam a
• homogeneização e aeração
  adequadas
• Anaeróbios mais simples, somente com
  necessidade de equipamento
• para dissipação do
  calor produzido
• Fermentadores aeróbios
• Necessidade de difusão do oxigênio no líquido
• Necessidade de controle de pH, concentração de
  O2, temperatura,
• massa celular, níveis de nutrientes e
  concentração do produto
• Automatização do processo

111
Isolamento e seleção de microrganismos
produtores de antibióticos
112
(No Transcript)
113
7. Produtos ligados a saúde

• 7.2. Enzimas
• Catalisadores aceleram atividades bioquímicas
• Utilizadas como suplementos nutricionais
• Produzidas por fungos e bactérias
• Exemplos amilases, pectinases, proteases, etc.
• 7.3. Vitaminas e aminoácidos
• Como suplementos nutricionais fenilalanina,
  glutamato sódico, aspartame
• B12
• Sintetizada exclusivamente por microrganismos
• Essencial a todos os animais
• Essencial no sangue (hemácias)
• Não é produzida por plantas (vegetarianos)
• Propionibacterium e Pseudomonas
• Riboflavina bactérias e fungos (Ashbya
  gossypii)

114
7. Produtos ligados a saúde

• 7.4. Esteróides e outras biotransformações
• Hormônios animais
• Utilizados como fármacos
• Corticosteróides reduzem inflamações, artrites,
  etc.
• Estrógenos e androgênicos usados na fertilidade
  humana e ganho de massa muscular

115
8. Transformação genética

• 7.4. Vacinas
• Vacinas de DNA
• porções especificas do genoma do patógeno ou
  genes que codificam proteínas imunogênicas
• Estes são clonadas em vetor plasmidial ou viral
• Injeção destes no animal
• A tradução leva à produção de proteínas de
  imunoresistência
• Resposta imune pela proteína codificada
• Exemplos
• Vacina de HIV
• Vacina de hepatite B
• Vacina contra cânceres

116
8. Transformação genética
8.1. Insulina humana - 1º biofármaco produzido
pela engenharia genética Microrganismo
produtor Escherichia coli com o gene humano
para produção de insulina 8.2. Vacina contra
hepatite B (HBV) - 1982 Vírus não cultivável em
laboratório Microrganismo Saccharomyces
cerevisiae com o gene para a proteína 8.3.
Hormônio do crescimento humano -
somatotropina E. coli recombinante com o gene

117
9. Biocontrole
Bacillus thuringiensis

118
10. Biomineração
119
Identificação de bactérias

• Morfologia
• Hidrolise do amido (iodo)
• Motilidade
• Catalase H2O2 (bolhas)
• VM glicose a ácidos (VM pH baixo) vermelho
  tijolo
• VP fermentação enolglicólica glicose
  fermentada a acetoína, butilenolglicol e ácidos.
  KOH e a naftol formam diacetil (anel vermelho)
• Citrato citrato de sódio quebrado pela citrase
  aumentando o pH
• Malonato impede a catalise do ácido succínico e
  o ciclo de Krebs. Sem ciclo de Krebs não há
  produção de ácidos e o pH sobe
• Fenilalanina amina da fenilalanina removida
  produzindo ácido fenolpirúvico cloreto férrico
  (verde)
• Lisina descarboxilação dos aminoácidos e o pH
  sobe (púrpuro)
• Indol triptofanase produzindo ácido pirúvico e
  NH3 baixando o pH
• H2S se há produção de H2S esse reage com o Fe do
  meio e com acidez forma FeSO42- (preto)
• Uréia urease degrada uréia liberando NH3, CO2 e
  H2O. NH3 reage e forma CONH3 e aumenta o pH
  (magenta com indicador V fenol)

120
Identificação de bactérias

1. Redução de NO3- nitrato a nitrito (vermelho
   quando presente)
2. Glicose
3. Lactose
4. Sacarose
5. Maltose