Post on 09-Dec-2015
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ECOLOGIA MICROBIANA
- Microrganismos é um grupo extremamente variado de seres vivos e só podem ser vistos com auxílio de microscópio; - Compreende os vírus, bactérias, protozoários, algas e fungos microscópicos; - Podem ser encontrados no ar, no solo e, inclusive, no homem;
- São de extrema importância para a vida no planeta, assim como tem grande impacto sobre as atividades humanas.
ECOLOGIA MICROBIANA
- Os microrganismos não estão sozinhos na natureza;
- Cada microrganismo em um ecossistema interage com seu meio e com outros organismos;
- INTERAÇÕES: 1- Podem resultar em significantes mudanças químicas e físicas do meio ambiente 2- Podem ser beneficial ou prejudicial aos outros organismos.
ECOLOGIA MICROBIANA
Estuda os microrganismos e sua interação com o ambiente biótico e abiótico.
Interações:
MICRORGANISMOS - MICRORGANISMOS
MICRORGANISMOS - MACRORGANISMOS
MICRORGANISMOS - AMBIENTE FATORES ABIÓTICOS
FATORES BIÓTICOS
METABOLISMO BACTERIANO
Metabolismo: grego: metabole = mudança, transformação; toda atividade química realizada pelos organismos. TIPOS: a) Catabolismo: Aquelas que envolvem a liberação de energia; b) Anabolismo: Aquelas envolvidas na utilização da energia.
METABOLISMO BACTERIANO
- As bactérias, ao contrário das plantas e animais superiores, apresentam uma grande plasticidade metabólica; *Plasticidade metabólica: rápida adaptação a variações! - Muitos dos mecanismos metabólicos microbianos são também utilizados pelos macrorganismos, inclusive o homem.
METABOLISMO BACTERIANO
Requerimentos de energia:
• Síntese dos componentes celulares: parede e
membrana.
• Síntese de enzimas, ácidos nucleicos, polissacarídeos.
• Reparos e manutenção da célula.
• Crescimento e multiplicação.
• Acumulação de nutrientes e excreção de produtos
indesejáveis.
• Motilidade
METABOLISMO BACTERIANO
Classificação Metabólica A classificação metabólica das bactérias segue normalmente os seguintes critérios metabólicos: a) Tipo de fonte de energia utilizada;
b) Tipo de doador de hidrogênio; c) Origem do carbono utilizado na assimilação.
Fontes de energia
Para a maioria dos microrganismos a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes)
QUIMIOTRÓFICOS (utilizam substâncias químicas
como fonte de energia)
QUIMIOLITOTRÓFICOS
C= CO2
Substâncias inorgânicas
QUIMIORGANOTRÓFICOS
C=orgânico
Substâncias orgânicas
Nitrosomonas europaea:
amônia nitrito + energia
Streptococcus lactis:
glicose ácido lático + energia
OBS.: 1- Quimiolitotróficos também podem ser chamados de quimioautotróficos. 2- Quimiorganotróficos também podem ser chamados de quimioheterotróficos
ECOLOGIA MICROBIANA X ECOSSISTEMA
A ecologia microbiana estuda as interações entre os microrganismos entre si e com o ecossistema.
Ecossistema
Organismo
Outros organismos Meio ambiente
Alterações químicas
Benéficas Prejudiciais ao meio
ECOLOGIA MICROBIANA X ECOSSISTEMA
Os ecossistemas microbianos são responsáveis pelo crescimento e propagação dos microrganismos. - Nesses locais há formações de populações microbianas que estão em associação com outros organismos e com o meio ambiente.
- Populações fazem biodegradação de compostos.
COMPONENTES DO ECOSSISTEMA
•Substâncias inorgânicas: CO2, H2O, H2, NH4, nitratos. •Compostos orgânicos: proteínas, carboidratos, lipídios, celulose, hidrocarbonetos. •Fatores físicos: Temperatura, pH, pressão.
COMPONENTES DO ECOSSISTEMA
CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS: •Produtores: organismos autotróficos, que elaboram alimentos a partir de substâncias inorgânicas simples. •Consumidores: organismos heterotróficos, que ingerem outros organismos ou matéria orgânica particulada. •Decompositores: organismos heterotróficos, que degradam compostos complexos de protoplasmas mortos e absorvem alguns produtos em decomposição.
ECOSSISTEMA
Bactérias:
HALÓFITAS: Características das plantas que são tolerantes a água do mar (salgada) e possuem resistência a viver na umidade, embora sejam terrestres.
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ÁCIDO NEUTRO BÁSICO
ESCALA DE pH
ECOSSISTEMA
Bactérias: Bactérias Termófilas: Grupo de bactérias que quebra/desorganiza a matéria orgânica sob condições de calor, entre 30 e 80ºC.
Bactérias Mesófilas: Grupo de espécies de bactérias cuja faixa de temperatura de desenvolvimento é de 15 a 45 ºC. A temperatura ideal / ótima é entre 25 e 35 ºC.
Bactérias Psicrófilas: Grupo de bactérias que quebram/desorganizam a matéria orgânica sob temperaturas relativamente baixas, entre 0 e 30ºC. Sua temperatura ótima é de 15 a 20ºC. Elas geram pouca energia térmica ao trabalhar.
ECOSSISTEMA: Crescimento de Microrganismos
Quanto ao Crescimento: *Intermitente: fases curtas de crescimento rápido, são intercaladas por fases longas de crescimento lento ou de latência, pois o fluxo de nutrientes geralmente é muito variável.
ATENÇÃO Crescimento é frequentemente limitado pelo apoio de nutrientes, como, por exemplo, oxigênio.
Gráfico: Crescimento de cultura de microrganismos
Tempo de crescimento da cultura bacteriana
ECOSSISTEMA: Crescimento de Microrganismos
Quanto ao acesso a substratos: BIOFILMES Comunidades biológicas com um elevado grau de organização, onde as bactérias formam comunidades estruturadas, coordenadas e funcionais. Podem desenvolver-se em qualquer superfície úmida, seja ela biótica ou abiótica. 90% dos microrganismos vivem sob a forma de biofilme. Importância: forma de proteção ao desenvolvimento bacteriano, favorecendo relações simbióticas e permitindo a sobrevivência em ambientes hostis.
condutas de água cascos de navio permutadores de calor dentes
ECOSSISTEMA: Crescimento de Microrganismos
Formação de Biofilmes Em alguns casos os biofilmes podem ser benéficos ou podem ser indesejáveis
Benéficos
Bactérias produtoras de ácido acético formam o vinagre. Usadas em tratamento de águas residuais, na remoção de matéria orgânica ou inorgânica.
Indesejáveis
Diminuir o fluxo em tubulações. Desencadear processos corrosivos. Problemas de saúde pública no caso de microrganismos patogênicos.
ECOSSISTEMA: Crescimento de Microrganismos
Importância do estresse para a estabilidade de comunidades microbianas
ESTRESSE (O que é?): Alteração abrupta das
condições de funcionamento do ecossistema. Geralmente afeta: 1- Fluxo de energia (nutrientes) pelo ecossistema 2- Taxa de sua metabolização Alterações lentas propiciam adaptação.
ECOSSISTEMA: Crescimento de Microrganismos
Importância do estresse para a estabilidade de comunidades microbianas
Resultado: a) Criação de novos nichos ecológicos b) Aumento da competição interna no ecossistema.
*Mecanismo importante de manutenção da biodiversidade de um ecossistema.
ECOLOGIA MICROBIANA: Interações
Quanto mais complexa a comunidade: > as interações envolvidas
Comunidades estabilizadas: Mais interações positivas entre os organismos autóctones Podem se tornar suscetíveis a estresses ambientais. Microrganismos alóctones: Sofrem interações negativas com organismos autóctones que também limitam a densidade populacional. Complexidade da comunidade: Maior em ambientes oligotróficos (muito pobres em nutrientes) do que em ambientes heterotróficos.
ECOSSISTEMA: Crescimento de Microrganismos
Respostas táxicas: Deslocamentos de bactérias ao longo de gradientes de condições ambientais. Tipos: 1- Fototaxia 2-Quimiotaxia 3- Magnetotaxia
Interações com o Ambiente Abiótico:
ECOSSISTEMA: interações ecológicas
Nas associações microbianas as interações entre si e com o meio podem ser positivas ou negativas. Exemplos de interações ecológicas entre os microrganismos: 1- Neutralismo 2- Mutualismo 3- Comensalismo 4- Sinergismo 5- Antagonismo 6- Competição 7- Amensalismo 8- Parasitismo 9- Predação
NEUTRALISMO = dois microrganismos podem se neutralizar mutuamente. Essa interação pode ser a produção de metabólitos que neutralizam a ação de outros microrganismos simultaneamente. Ex. Liquens
MUTUALISMO = cada organismo recebe benefícios da associação, com a vantagem de obter nutrientes e a proteção mútua entre ambos os microrganismos. Ex. bactérias do
gênero Rhizobium e leguminosas.
SINERGISMO = aumento da patogenicidade de um agente quando em presença de outro que o favoreça. Ex. Gardnerella
vaginalis + (Lactobacillus, Prevotella e anaeróbios, incluindo Mobiluncus, Bacteroides, Peptostreptococcus, Fusobacterium, Veillonella, e espécies de Eubacterium. Mycoplasma hominis, Ureaplasma urealyticum e Streptococcus viridans).
ECOSSISTEMA: associações microbianas
COMENSALISMO = um dos organismos recebe benefícios e o outro não é afetado. Um exemplo dessa interação é a produção de metabólitos por um microrganismo que vai servir de alimento para outro. Ex. Fungos (celulose -> glicose) aproveitado pelas bactérias.
ANTAGONISMO = é a inibição de uma espécie de microrganismo por outra através da produção de antibióticos naturais. Ex. fungo Penicillium chrysogenum contra Staphylococcus.
COMPETIÇÃO = é quando várias espécies competem pelo mesmo nutriente em um mesmo espaço. Ex. Bactérias do solo.
AMENSALISMO (ou antibiose) = uma das relações interespecíficas desarmônicas na qual uma das espécies (inibidora) prejudica a outra espécie (amensal) sem com isso se beneficiar, por meio de substâncias que produz e libera, e que prejudicam o crescimento e/ou a reprodução da outra espécie. Ex. Fungos do gênero Penicillium notatum e bactérias
ECOSSISTEMA: associações microbianas
PARASITISMO = um organismo vive sobre ou dentro de outro organismo. O parasita é dependente do hospedeiro e vive em contato íntimo e em associação metabólica com o hospedeiro. Ex. bacteriófagos
PREDAÇÃO = um organismo predador digere outro. Ex.
protozoários que digerem bactérias e algas.
ECOSSISTEMA: associações microbianas
ECOLOGIA: Tipos de bactérias
Bactérias Nitrificantes
Convertem amônio (NH4+) em nitrito (NO2- = nitrificação)
NITROSSOMONAS
Bactérias encontradas nos solos capazes de oxidar a amônia.
NITROBACTÉRIAS
Oxidam nitrito a nitrato
2NO2- + O2 + 2NO3- + Energia
Fixação do nitrogênio plantas NH4+ O2 → NO2- + Energia
Bactérias Nitrificantes
O nitrito é tóxico para as plantas superiores, mas raramente se acumula no solo.
O nitrato é a forma sob a qual quase todo o nitrogênio se move do solo para o interior das raízes.
ECOLOGIA: Tipos de bactérias
As bactérias sulfurosas (Ex. Beggiatoa, Thiothrix e Thiobacillus) são as responsáveis pela oxidação microbiana do enxofre.
As bactérias desulforizantes (Ex. Desulfovibrio) são rigorosamente anaeróbicas. São encontradas em plantas que absorvem o enxofre do solo com o íon sulfato de hidrogênio da água com doadores de elétrons.
Bactérias Oxidantes de H2S
Bactérias Desulforizantes
ECOLOGIA: Tipos de bactérias
Bactérias “borbulhantes’’ que obtêm energia a partir da oxidação de hidrogênio; Essas bactérias formadoras de metano podem utilizar outras ligações, como por exemplo o metanol; Podem influenciar de modo decisivo o balanço de oxigênio e de carbono de um lago. Em certos lagos, as atividades dessas bactérias podem eliminar o conteúdo
de oxigênio dissolvido da água em apenas 48 horas.
Bactérias Oxidantes do Metano e de outras Ligações de Hidrogênio
ECOLOGIA: Tipos de bactérias
São as cianobactérias / algas azuis; São encontradas em águas doce e rochas. Possuem clorofila e se realizam a fotossíntese para obtenção de energia; A maioria das espécies é dulcícola com representante do gênero Synechoccus.
Bactérias Fotossintetizantes
ECOLOGIA: Tipos de bactérias
CURIOSIDADE! Podem sobreviver em águas de fontes termais em temperatura de até 74º C e outras espécies podem ser encontradas em lagos antárticos sobre calotas de gelo com temperatura próximo 0º; Podem produzir gosto e odor desagradável nas águas e desequilibrar os ecossistemas aquáticos.
Bactérias Fotossintetizantes
ECOLOGIA: Tipos de bactérias
Bactérias fixadoras de nitrogênio frequentemente estabelecem relações mutualísticas com plantas; Esta interação é fundamental para o fornecimento de N2, pois as bactérias reduzem o N2 atmosférico a moléculas assimiláveis pela planta; A mais comum das bactérias fixadoras de nitrogênio é do gênero Rhizobium;
Bactérias Simbióticas Fixadoras de Nitrogênio
ECOLOGIA: Tipos de bactérias
Transferem o N2 reduzido às leguminosas, enquanto que os carboidratos produzidos por essas plantas são fornecidos às bactérias e servem como fontes de energia, ocorrendo assim uma simbiose.
Bactérias Simbióticas Fixadoras de Nitrogênio
ECOLOGIA: Tipos de bactérias
As bactérias não simbióticas dos gêneros Azotobacter e Clostridium são capazes de fixar o nitrogênio (enzima nitrogenase). *Azotobacter é aeróbico *Clostridium é anaeróbico São bactérias saprófitas comuns encontradas no solo.
Calcula-se que elas fornecem provavelmente cerca de 7 quilogramas de nitrogênio por hectare de solo por ano.
Bactérias Fixadoras de Nitrogênio de Vida Livre
Fixam N2
Proteínas
Liberam N2 para solo
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
• TORTORA, G. J., FUNKE, B. R., CASE, C. L. Microbiologia. 8º. Porto Alegre: ArtMed, 2008 • TRABULSI, L. R. , ALTERTHUM, F. GOMPERTZ, O. F., CANDEIAS, J. A. Microbiologia. 5.ed. Porto Alegre-RS: Artmed, 2008.
• COELHO, P, M, R. Fundamentos em ecologia. Editora. Artemed.
• ODUM, E. P. Ecologia. São Paulo: Pioneira, 1977. 5ª edição.
• RICKLEFS, R. E. A. Economia da Natureza. Ed. Guanabara Koogan. Rio de Janeiro. 1996. 5ª edição.