Aula 3 - Diversidade microbiana 2015 (2).pdf

BIOPROSPEO E

DIVERSIDADE MICROBIANA

Estudar a diversidade microbiana abre novas

possibilidades para bioprospeco?

O Que diversidade?

Definio em ecologia

Riqueza

Abundancia

Indices de diversidade

Definio mais abrangente

variabilidade

Conveno sobre diversidade biolgica

E a diversidade microbiana?

Em primeiro lugar:

Qual a diversidade microbiana no planeta?

Como medir essa diversidade (riqueza e abundncia)

Diversidade Ecolgica?

Habitats

Diversidade morfolgica?

Diversidade filogenetica?

Diversidade metablica?

Incialmente: Diversidade morfolgica

Animalcules

Bergeys manual

organizado por grupos morfolgicos

Diversidade metablica

Testes bioqumicos para identificao de bactrias

organizado por grupos morfolgicos e

bioqumicos

Diversidade Metablica

Microbiologia de Brock foi organizado por grupos metablicos

II MICROBIAL DIVERSITY 27

2.4 Physiological Diversity of Microorganisms

2.5 Prokaryotic Diversity

Bacterias fotosintticas

Purple sulfur...

A edio atual ->filogenia e grupos metablicos

Diversidade filogentica

Est organizado por

grupos filogenticos:

Archaea

Thermoplasmatates,

Thermoproteales, etc...

Bacteria

Firmicutes,

Cianobacteria,

Proetobacteria, etc...

Ecolgica

Em bioprospeco

Usamos o termo: versatilidade metablica dos micro-

organismos

Estima-se que menos de 1% dos microrganismos tenham

sido caracterizados (so conhecidos e se conhece seus

requerimentos nutricionais)

Como estudar essa versatilidade?

Como bioprospectar sem conhecer a riqueza das

espcies bacterianas?

Antes de mais nada

Onde se encontram os

microrganismos?

O que eles podem

fazer?

Biomolculas?

Processos?

Se usarmos o conceito de Albert J Kluyver (1920)

Unity in Biochemistry ou: a diversidade total do planeta pode ser reduzida :

Fonte de Energia LUZ

photo

QUIMICA

quimio

Fontes de eltrons INORGANICO (H2O, H2)

lito

ORGANICO (acetato...)

Organo

Fontes de Carbono INORGANICO (CO2, CH4..)

auto

ORGANICO (C6H12O6)

hetero

trfico

Exemplo:

cianobacterias: fotolitoautotroficos

Fontes de Energia LUZ

photo

QUIMICA

quimio

Fontes de eltrons INORGANICO (H2O,

H2)

lito


Organo


auto

ORGANICO (C6H12O6)

hetero

trfico

Figure 20.2

Fotosntese oxignica

fotolitoautotrofia que libera O2

Figure 20.2

Fotosntese anoxignica

fotolitoautotrofia que no libera O2

http://sites.bio.indiana.edu/~bauerlab/origin.html

Bactrias que usam luz como fonte de energia (todos os

grupos conhecidos)

Grupo Fonte de

Energia

Fonte de

Eltrons

Fontes de

Carbono

Cianobactrias

(CYANOBACTERIA)

LUZ (PI e PII)

H2O CO2 Fotolitoautotrofica

Fotoautotrofica

Prpuras sulfurosas

(PROTEOBACTERIA - g)

LUZ (PII)

H2S, H2, S-2

CO2

Fotolitoautotrofica

Fotoautotrofica

Prpuras no sulfurosas

(PROTEOBACTERIA a b) LUZ (PII)

organicos (podemH2S)

Organicos

alguns CO2

Fotoorganoheterotroficas

Fotoheterotrficas (algumas

fotoautotrficas)

Verdes sulfurosas

(CHLOROBI)

LUZ (PI)

H2S, H2, S-2

CO2

Fotolitoautotrofica

Fotoautotrofica

Verdes no sulfurosas

(CHLOROFLEXI)

LUZ (PII)

organicos ,

H2

Organicos

alguns CO2

Fotoheterotrficas (algumas

fotoautotrficas)

Heliobacteria

(FIRMICUTES)

LUZ (PI)

organicos organicos Fotoheterotrficas

(+ quimioheterotrofico)

Chloroacidobacterium

(ACIDOBACTERIA)

LUZ (PI)

organicos organicos Fotoheterotrficas

clorofila bacterioclorofila

solo

2007!

Bactrias que usam luz como fonte de energia (todos os

grupos conhecidos)

Grupo Espcies habitat

Cianobactrias

(CYANOBACTERIA)

Anabaenea (e outras varias)

Synechoccocus

Agua doce

marinho

Prpuras sulfurosas

(PROTEOBACTERIA - g)

Chromatium

Ectothiorhodospira

Lagos meromiticos

(estratificados)

Prpuras no sulfurosas

(PROTEOBACTERIA a b) Rhodospirillum

Rhodocyclus

Sulfur springs

Verdes sulfurosas

(CHLOROBI)

Chlorobium, Hot springs, Black smoker,.

Normalmente termofilos

Verdes no sulfurosas

(CHLOROFLEXI)

Chloroflexus aurantiacus,

Heliothrix oregonensis

Hot springs, lagos, rios, mar e

ambientes hipersalinos

Normalmente termofilos

Heliobacteria

(FIRMICUTES)

Heliobacterium chlorum Solo, cinzas vulcanicas,

ocasionalmente sedimentos

(anaerobios restritos)


(ACIDOBACTERIA)

Candidatus


Hot spring Octopus

Bacterias prpuras sulfurosas

Bacterias prpuras, verdes sulfurosas e

cianobacteria

Consrcio bacterias verdes sulfurosas e B- proteobacteria

Chlorobium chlorochromatii

Habitats comuns para fotossintese

anoxigenica Lagos

Alta concentrao de sal

Altas temperaturas

Altas concentraes de enxofre

Saltmarshes (regio prxima ao mar mangue em regies frias)

Cianobacteria: Prochloroccoccus and Synechococcus

(menores genomas de bactrias de vida livre)

Exemplo:

Escherichia coli - quimioorganoheterotfico

Fonte de Energia LUZ

photo

QUIMICA

quimio

Fontes de eltrons INORGANICO (H2O, H2)

lito


Organo


auto

ORGANICO (C6H12O6)

hetero

trfico

Bactrias que usam quimicos como fonte de energia MUITOS GRUPOS!

Grupo - exemplos Fonte

de

Energia

Fonte

de

Eltrons

Fontes

de

Carbono

Enterobacteria

(Proteobacteria)

quimica organico

s

organicos Quimioorganoheterotrofic

o

Quimioheterotrofico

Nitrificantes

Nitrobacter

quimica NO2 CO2 Quimioautotrofico

quimiolitoautotrofico

Archaeas

metanogenicas

quimica H2,

organico

s

CO2 Quimiolitoautotrofico

quimioorganoautotrofic

os

Oxidadoras de Fe quimica Fe+2 CO2 Quimiolitoautotrofico

Oxignio o aceptor final de eltrons

Bactrias que usam quimicos como fonte de energia

Grupo - exemplos Fonte de

Energia

Fontes

de

Carbono

Aceptores

finais de

e

Enterobacteria

(PROTEOBACTERIA)

quimicos organicos O2 (respr aerobia)

Quimioorganoheterotrofico

Quimioheterotrofico

Desnitrificadores

(Pseudomonas denitrificans)

quimicos organicos NO3 (resp anaerob)

Quimioheterotrofico

Fermentadores

(varios)

quimicos organicos Substrate level

(anaerobio) Quimioheterotrofico

Nitrificantes

Nitrobacter

quimicos CO2 O2 (aerobios)

Quimioautotrofico

quimiolitoautotrofico

Archaeas metanogenicas quimicos CO2 CO2 (anaerobios)

Quimiolitoautotrofico

quimioorganoautotroficos

Oxidadoras de Fe quimicos CO2 O2 (aerobios)

Quimiolitoautotrofico

Black smoker

400oC

pH 2.8

800 a 3500m

1977 Alvin

Um pouco mais de quimiosintese

Alguns black smokers e deep sea vents

so famosos - galapagos

pH 9-11

40 -100oC

Pouco S

Muito CH4

White smoke

Carbonato de

Ca

Outras

simbioses

de animais e

quimiotrficos

Como bioprospectar sem conhecer a

riqueza das espcies bacterianas?

Habitats pouco

estudados so

fontes de novos

microrganismos

Cartilha do MMA

Gilson Manfio

solo

gua doce

Oceano

animais

plantas

Octopus spring yellowstone vista area

habitats extremos

Rio Tinto Espanha

GO niquelandia

pantanal

GO Vale da Lua

Habitats ainda no explorados em

bioprospeco

Lenois maranhenses

Caatinga

Terra preta de indio

11/03/2015 Prof Cristine C Barreto 51

EXEMPLOS O que prospectar na diversidade microbiana?

BIOPROSPECO

Algas e cianobacterias

Cepas produtoras de:

leo (biocombustvel)

Carbohidratos (etanol)

Cianopeptideos

(antimicrobianos)

Biorremediao de metais

(metalothioneina)

Quimioheterotrficos

Vrias molculas bioativas:

Destaque: actinobacterias

Antimicrobianos

Enzimas

Compostos anti-tumor

Melanina

Degradao de compostos

aromticos


BIOPROSPECO

Organismos que realizam fotossintese anoxigenica Algum interesse

ambiental, mas no so conhecidos por produo de molculas bioativas (ex remoo de gs sulfdrico de reas contaminadas com leo)

(potencial?)

Bactrias Fermentadoras Muitas molculas

bioativas

Etanol, especiamente etano de segunda gerao

Antimicrobianos

Outras enzimas usadas na industria alimenticia (ex: fabricao de queijos)


Bioprospeco

Metanognicas No so conhecidas por

produo de molculas

bioativas

Biogs?

So organismos de difcil cultivo,

crescimento lento, anaerbios

estritos e muitos requerimentos

nutricionais

Podem ser enriquecidos em

sistemas de tratamento de esgoto

e ateros sanitrios

Metanotrficas Apesar de no serem

conhecidas como produtoras

de molculas bioativas, so

muito utilizadas em

processos de biorremediao

Biorremediao de tricloroetileno (cometabolismo)

Produtoras de metanol


Bioprospeco

As bactrias do ciclo do nitrognio tem grande

importncia na agricultura

Novo potencial: endofticos (fixadores de N, controle de patgenos,

estimulo de crescimento da planta)

Busca por fixadoras de N haloflicas


BIOPROSPECO

Poucas aplicaes

para bactrias

oxidadoras de enxofre

Remoo de gs

sulfdrico


Ciclo do fsforo

Bacterias solubilizadoras de fosfato

Importantes na agricultura, pois fsforo considerado um

fator limitante do crescimento de plantas.


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