Resumo de microbiologia - Ap1

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um documento de estudo, de forma resumida.
Aula 1:
Micróbios:
- São unicelulares, podem viver em qualquer lugar da biosfera, inclusive em locais
extremos (arqueas), podem ser procariontes ou eucariontes.
- Os microrganismos procariontes são os mais primitivos do planeta, sendo as
cianobactérias as mais antigas, do período Cambriano.
- Além do resfriamento da crosta terrestre e a mudança do ph no ambiente aquático,
as bactérias também tiveram importância para a explosão de biodiversidade no
Período Cambriano. Como? Oferecendo oxigênio à atmosfera como produto da
fotossíntese realizada pelas cianobactérias.
- Apesar de microscópicas, em condições ideais(temperatura, ph, substrato) elas
crescem e formam colônias, que podem ser vistas a olho nu. A maioria se reproduz
a cada 30 minutos;
Mecanismos de adaptação:
- síntese de pigmentos, que os tornam mais resistentes a altos índices de
luminosidade;
- formação de vacúolos gasosos ou lipídicos, que diminuem a densidade celular,
possibilitando a flutuação nas massas de água;
- presença de envoltório celular, que possibilita a permeabilidade seletiva dos líquidos;
- resistência a agentes nocivos.
Áreas de atuação dos microrganismos:
- Ciclo biogeoquímico, atuando tanto como produtores, quanto como decompositores;
- “Mineradores” - absorvem minério, o qual depois é extraído da biomassa dos
micróbios;
- Adubadores - Micorrizas que auxiliam plantas a fixar nitrogênio;
- Alimentos - Produtores de alimentos como massas e iogurt, através da fermentação;
- Genética - Atuam como transportadores de genes nos processos de edição gênica,
devido a sua capacidade de penetrar em outras células;
- Indústria Farmacêutica - Produção de medicamentos como insulina e antibióticos;
Pasteur
- Através de um experimento com balões de gargalo longo, Pasteur derrubou a teoria
de geração espontânea;
- Também percebeu que aquecer um vinho contaminado com microrganismos, e
esfria-lo rapidamente, tornava o caldo estéril, dando origem ao processo de
Pasteurização;
- Também foi inventor da vacina antirábica;
Aula 2
A célula procariótica:
- Diferente da célula eucariótica, seu dna não está delimitado por uma membrana,
estando espalhado no seu interior.
- As bactérias são unicelulares procariontes que podem ter diversos formatos. Os
mais comuns são: Cocos (esférico), bacilo ou bastonete (bastão) e espiroqueta ou
espirilos (parafuso);
- Para visualização no microscópio, é necessário colorir a colônia. O método mais
utilizado na microbiologia é a Coloração de Gram que divide as bactérias em Gram -
Positivas (de coloração violeta) e Gram - negativas (de coloração fúcsia / rosa);
Envoltório Celular
- A membrana celular é constituída de fosfolipídios e possui permeabilidade seletiva;
- Nas bactérias, junto a membrana celular está a parede constituída de várias
camadas de peptidioglicano ou mureína. As variações na composição química e
estrutural da parede dão origem aos diferentes formatos das bactérias. Além disso, a
parede protege o protoplasma contra a explosão decorrente de sua alta tonicidade e
forma uma barreira contra moléculas volumosas.
- Cada unidade de mureína é formada por dois açúcares N-acetil (glicosamina e
murâmico), ligados por um peptídeo, formando 5 aminoácidos no total;
Outras estruturas:
- Algumas bactérias possuem estruturas “acessórias” em sua superfície;
- O flagelo é uma organela especial utilizada pelos micróbios para se movimentarem.
É de constituição protéica(flagelina) e possui tamanho variado;
- As fímbrias são estruturas compostas por proteínas relacionadas à adesão das
bactérias aos diferentes substratos. Elas são mais curtas e finas do que os flagelos e
ocorrem em maior quantidade.
- Semelhante às fímbrias, existem o pilus F ou fímbria sexual. Este tipo de estrutura é
encontrado em um número que varia de 1 a 10 por célula, e está relacionada ao
processo de recombinação genética denominado CONJUGAÇÃO.
- A cápsula forma uma camada densa na superfície de certas bactérias. Ela fica
localizada acima da membrana externa nas células Gram Negativas e acima da
mureína nas células Gram-positivas. Dependendo da espécie, a cápsula é formada
por POLISSACARÍDEOSou proteína.
- A camada paracristalina de superfície é constituída por arranjos regulares de
proteínas. Os arranjos para-cristalinos parecem estar associados à resistência
mecânica da célula.
Estruturas internas:
- No geral, as bactérias possuem um único cromossomo, de formato circular, e
localizado no Nucleóide. Apesar de não haver envoltório nuclear, o DNA é protegido
por proteínas;
- Além do DNA cromossomial, as bactérias podem ter plasmídeos, ou DNA
extracromossomial, fora do nucleóide, de formato circular e que são responsáveis
por características adaptativas, como resistência ao antibiótico.
- A síntese de todas as proteínas necessárias ao funcionamento das células é feita
por estruturas denominadas ribossomos, que estão distribuídos pelo protoplasma.
- Corpúsculos de inclusão: são grânulos, com ou sem envoltório, que atuam como
reservatório para casos de carência nutritiva.
- Endosporos: são esporos resistentes a calor, radiação e desinfetantes, formados
pelas bactérias quando em condições ambientais desfavoráveis, a fim de garantir a
manutenção do material genético. O composto dipicolinato de cálcio garante a
rigidez dos esporos. Quando em condições favoráveis, há germinação e retorno a
forma ativa.
Aula 4
“Da mesma forma que as formigas-cortadeiras criam fungos para
deles se alimentarem, também nós cultivamos nossos micróbios, que
nos fornecem vitaminas e aminoácidos essenciais. A necessidade dos
seres multicelulares em relação aos micróbios existe porque estes
seres fornecem muitas vitaminas e aminoácidos essenciais para a
nossa sobrevivência. Enquanto as formigas criam seus micróbios no
ambiente externo, nós os alojamos em cavidades internas de nosso
corpo. A proliferação de micróbios em nosso intestino nos garante o
suprimento de muitas vitaminas do complexo B e proteínas que contêm
aminoácidos essenciais à subsistência de nossas células.”
- O fenômeno de transformação dos alimentos realizado pelos micróbios guarda muita
semelhança com o processo de digestão realizado pelos animais.
- Os produtos celulares, podem ser decorrentes de uma atividade enzimática, gerando
um produto protéico, ou como resíduos de processos metabólicos;
- Os microorganismos produzem diversos resíduos que trazem benefícios para a
humanidade. Como exemplo: vitaminas fornecidas pela microbiota intestinal,
antibióticos, alimentos, bebidas, bioinsecticidas, biorremediação…
- Por outro lado, determinados microrganismos podem causar doenças para a
humanidade.
Aula 6
- Normalmente, a reprodução de bactérias ocorre por fissão binária, processo
semelhante a mitose. Este processo é dividido em 3 etapas: alongamento celular,
replicação e septação.
- Devido a alta tonicidade da célula bacteriana e a rigidez da parede celular, para
garantir sua integridade, a célula constrói uma nova parede por cima da existente e
depois digere a parede celular antiga. A síntese de novos componentes vai
causando o alongamento da célula até a septação.
- A medida que o septo de divisão é formado, o dna genômico é duplicado. A
formação do septo ocorre a partir da invaginação do antigo envoltório celular.
- Depois da divisão, algumas bactérias não se separam completamente formando
arranjos como Streptococcus e Staphilococcus.
Crescimento bacteriano:
- Os meios de cultura devem atender a condições ideais de nutrientes, ph,
umidade e temperatura, de acordo com o micróbio que se deseja cultivar.
- Os meios de cultura podem ser classificados como composição definida x
composição complexa.- Os de composição definida tem ingredientes conhecidos. Já os de comp.
complexa não há total conhecimento acerca dos nutrientes. É o caso de
meios de cultura que utilizam leveduras.
- Além disso, há os meios de cultura seletivos, que favorecem o crescimento
de um determinado grupo de bactérias como o Ágar MacConkey
- O crescimento bacteriano, quando oriundo de um meio esgotado é dividido
em 4 fases: adaptação, exponencial, estacionário e em declínio.
Metabolismo microbiológico:
“Os micróbios autotróficos se satisfazem com gás carbônico atmosférico como fonte de
carbono e obtêm a energia da luz ou de compostos inorgânicos para sobrevivência, por
meio da fotossíntese ou quimiossíntese, respectivamente. Os heterotróficos obtêm a
energia pelo processo de fermentação, fazendo a transferência de elétrons entre
compostos orgânicos de uma mesma via metabólica ou pelo processo de respiração, no
qual a transferência de elétrons é feita entre compostos de vias metabólicas diferentes.”
Vale lembrar que a fermentação ocorre em anaerobiose, enquanto a glicólise, em
aerobiose.
Influência do oxigênio:
- De acordo com o tipo de metabolismo do micróbio, a presença de oxigênio pode
contribuir ou inibir seu crescimento.
- Os organismos aeróbicos, ou aeróbicos obrigatórios, precisam do O2 para se
reproduzir. Enquanto os organismos anaeróbicos não crescem na presença do
oxigênio.
- Existe uma classe de microrganismos que são facultativos, ou seja, sobrevivem
tanto na presença, quanto na ausência do O2.
Temperatura:
- Os microrganismos podem crescer em diferentes temperaturas. Cada grupo terá
uma faixa ideal para seu crescimento.
- Em virtude disso, podemos dividi-los em: psicrófilos (<20 Cº), mesófilos (>20>40 C°),
termófilos (>40) e hipertermófilos (>80).
- Os micróbios extremófilos são os que vivem em condições extremas de temperatura,
salinidade ou pressão.
Aula 7
Há diferentes modos, físicos e químicos, de conter a proliferação de microrganismos
prejudiciais à saúde. Esses métodos são capazes de diminuir ou até mesmo eliminar todos
os micróbios de uma superfície.
- Bacteriostáticos: são agentes que retardam o crescimento bacteriano.
- Bactericidas: eliminam por completo as bactérias.
- Bacteriostase: é um fenômeno em que o agente de contenção é eliminado e o
crescimento bacteriano é retomado.
Métodos físicos de esterilização:
- Aquecimento úmido (com uso de água) ou seco (ausência de água): Eficaz em
eliminar formas vegetativas, mas ineficaz contra esporos. A esterilização por calor
úmido é feita por autoclaves, enquanto a esterilização de calor seco é realizada em
Fornos de Pasteur, incineração de dejetos e bico de bunsen usado para esterilizar
alças bacteriológicas.
- Uso de filtros: permite a passagem de líquidos mas retém os microrganismos.
Normalmente é usado para esterilizar soluções termolábeis, isto é, que se
decompõem na presença de calor.
- Radiação gama: A radiação atua ionizando a água das células, causando sua
desnaturalização. Sua aplicabilidade permite esterilizar sólidos que não resistiriam
ao calor, como objetos plásticos. Contudo, seu descarte precisa ser adequado pois
continua a emitir radiação.
- Radiação ultravioleta: Tem o mesmo princípio da radiação gama, contudo, tem um
alcance menor. É muito usada em cabines de segurança.
- Adição de grande quantidade de soluto (sal ou açúcar) em alimentos: induz uma
forte pressão osmótica removendo a água do interior celular de micróbios. Eficaz
apenas contra formas vegetativas.
Métodos químicos:
Além do tempo de exposição, a concentração dos agentes químicos é importante para a
adequada esterilização.
- Desinfetantes: bactericidas usados em superfície inanimada (piso, balcões, objetos.)
- Antissépticos: bactericidas utilizados em tecido vivo (em machucados, por exemplo).
- Álcool etílico, ou etanol, com 70% de concentração, álcool isopropílico, cloro,
formaldeído, detergente e iodo, são exemplos de agentes químicos muito utilizados.
Aula 9
Os microrganismos são classificados levando em conta diversos fatores como morfológicos,
fisiológicos, genéticos, estruturais e bioquímicos.
- A cultura tipo ou protótipo são coleções de bactérias identificadas que servem de
referência para caracterizar e identificar bactérias desconhecidas.
Caracterização microscópica:
- A observação no microscópio permite observar características físicas das bactérias
e classificá-las em:
a. Gram positiva ou Gram Negativa;
b. Cocos, bacilos ou espirilos
c. Mobilidade positiva ou negativa.
Provas bioquímicas:
Diversos tipos de provas bioquímicas são utilizadas para descobrir o metabolismo da
bactéria estudada. Essas provas buscam identificar se a bactéria faz fermentação ou
respiração, qual tipo de enzima é expressa, qual via metabólica de fermentação é realizada,
se a bactéria contém urease. Para cada tipo de prova, existe um meio de cultura adequado.
Métodos moleculares:
Permite analisar o material genético e dividir um grupo semelhante de bactérias em
subespécies. Essas técnicas envolvem analisar o percentual de bases purinas (G-C) ou
pelo sequenciamento de RNAr.
- Dendrogramas: são gráficos que exibem a similaridade de grupos de bactérias a
partir da taxonomia numérica.
Espécies microbiológicas
- Considera-se bactérias da mesma espécie as que são clones ou que possuam 95%
de semelhança em sua contagem de C-G e 70% de homologia dos nucleotídeos
DNA genômico.
Aula 10
Para que um tipo de micróbio seja considerado responsável por um determinado processo
físico-químico observado no ambiente, deve-se constatar as seguintes evidências:
1. A espécie microbiana responsável pelo tipo de transformação ambiental observada
deve estar presente em todas as situações em que a referida transformação seja
evidenciada.
2. A espécie deve ser isolada do ambiente onde a transformação ocorre e cultivada em
laboratório.
3. A cultura clonada deve promover o mesmo tipo de transformação físico-química nas
condições laboratoriais.
4. Essa espécie microbiana deve ser capaz de realizar a mesma transformação no meio
ambiente.
- No meio ambiente, os micróbios vivem em uma mistura de comunidades, sendo
assim, nesse caso, de consórcios microbianos, não é possível reproduzir os
fenômenos químicos e físicos nos laboratórios.
- Na natureza, os microrganismos não estão em constante reprodução, pois
normalmente vivem em condições de escassez de nutrientes.
- Os micróbios participam da ciclagem de nutrientes tanto como produtores quanto
como decompositores de matéria orgânica;
- Um exemplo de grande influência nos ecossistemas é na capacidade de influenciar
chuva sobre regiões oceânicas.
- Quando algumas algas morrem, elas liberam um composto na água, que é
hidrolisado por bactérias na água formando dimetil-sulfito, um composto volátil e que
é capaz de interagir com componentes do ar e agregar moléculas de água em
nuvens.
Aula 11
- Micróbios eucariontes possuem o DNA genômico delimitado por uma membrana
nuclear, a carioteca.
- Além de um núcleo definido, possuem organelas a mais como mitocôndrias e
cloroplastos.
- Os micróbios eucarióticos são os protozoários, algas e fungos.
Aula 12
Os micróbios são muito utilizados nas indústrias, seja por seus produtos metabólicos, ou por
características específicas, como a capacidade de entrar em outra célula.
- Biofármacos: fármacos produzidos por micróbios ou células animais geneticamente
modificadas.
- Biorreator: equipamento utilizado para fermentação em escala industrial. Fornece
condições de ph e temperatura ideais para os microrganismos trabalhados.
- As operações industriais são em larga escala, e por isso, necessitam de um cuidado
especial para reduzir o risco de contaminação;
- Estes cuidados envolvem estudar e escolher bem o microorganismo que será
utilizado, esterilizar adequadamente os equipamentos, selecionar meios de cultivo
adequados e escolher um biorreator compatível.
- Os micróbios mais utilizados na indústria são as bactérias, leveduras e fungos
filamentosos.
- No processo de escolha do microrganismoutilizado os seguintes fatores devem ser
observados:
a. Exigências nutricionais, facilidade de cultivo em larga escala, o tempo de
geração, condições para conservação do micróbio e por fim, a viabilidade
econômica dessa escolha.
- Para adequada manutenção, uma amostra do organismo original deve ser
congelada com glicerol pois ao longo das gerações, mutações espontâneas tendem
a ocorrer.
- A fermentação pode ser descontínua ou contínua.
a. Descontínuo - os nutrientes necessários são adicionados gradualmente,
conforme a necessidade dos organismos. É mais barato, mas pouco
produtivo e com alto risco de contaminação.
b. Contínuo - os nutrientes são adicionados continuamente e as reações de
fermentação continuam por longos períodos. É mais cara, porém, o risco de
contaminação é menor do que o descontínuo.
- Ao término da fermentação, os micróbios são separados do meio líquido e busca-se
recuperar os produtos desejados, que normalmente ficam sobrenadantes sob o meio
líquido. Para sua retirada, normalmente realiza-se filtragem e depois o conteúdo é
purificado.
- Os principais produtos obtidos da fermentação industrial são:
a. Etanol;
b. Ácido cítrico;
c. Biofármacos;
d. Enzimas como lactase e urease;
e. Acetona e butanol;
f. Ácido glutâmico;