AULA_ECOLOGIA_MICROBIANA _Conceitos_e_interaes

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ECOLOGIA MICROBIANA: 
conceitos e interações
Prof. Marcos A. B. Lima
Área de Microbiologia/ DB
Curso de Eng. Ambiental
Habitat 
▪ Hábitats comuns: solo, água e superfície ou no interior de organismos 
superiores
▪ Outros hábitats: ambientes extremos
Porções do ecossistema mais adequadas a um pequeno 
número de populações.
❑ Inúmeros microambientes podem existir dentro de um hábitat.
Microespaço onde os microrganismos vivem. 
Microambiente 
Microambiente de oxigênio em uma partícula de solo
Microbiologia de Brock, 14 Ed. cap.19, pag. 601
Nicho ecológico
 É o papel ecológico de um organismo na comunidade em que 
ele vive. As diferenças no tipo e na quantidade de recursos, bem como 
as condições físico-químicas definem o nicho de cada micro-organismo. 
Cada micro-organismo possui pelo menos um nicho, o nicho primário.
População
Um grupo de microrganismos da mesma espécie que reside no 
mesmo local ao mesmo tempo constitui uma população microbiana.
❑ A população microbiana pode ser descendente de uma única célula.
Comunidade 
A comunidade microbiana 
consiste em populações de uma 
espécie vivendo em associação com 
populações de uma ou outras 
espécies. 
❑ A combinação de espécies que são encontradas em determinados hábitats são 
as mais capazes de crescer com os nutrientes e condições que lá prevalecem.
COMO AS COMUNIDADES SE FORMAM?
❖Perspectiva ecológica
célula
População 1
População 2
Redutor de sulfato
Oxidantes do S
Interdependencia
SUCESSÃO NA COMUNIDADE
UMA COMUNIDADE EVOLUI COM TEMPO
ESTABILIDADE 
 Depende: 
• Interações 
• Inter-relações 
•Adaptações
Ecossistema 
É um complexo dinâmico 
de comunidades de plantas, 
animais e microrganismos e seus 
arredores abióticos, todos 
interagindo como uma unidade 
funcional. Um ecossistema possui 
vários hábitats diferentes.
Ecossistema Lacustre
Microbiologia de Brock, 14 Ed. cap.19, pag. 599
MICRORGANISMOS: DIVERSIDADE
DIVERSIDADE DE ESPÉCIES EM HÁBITATS MICROBIANOS
As espécies que habitam um determinado ecossistema 
são aquelas melhor adaptadas a crescer a partir dos 
nutrientes e das condições abióticas prevalentes.
A diversidade de espécies microbianas em um ecossistema pode 
ser expressa de duas formas:
❑ Riqueza de espécies - número total de espécies diferentes 
presentes.
❑ Abundância de espécies - proporção de cada espécie presente no 
ecossistema.
Diversidade microbiana de espécies: riqueza versus abundância
(b) Alta riqueza de espécies no Rio St. John, Flórida, ilustrado por 
microscopia dos microrganismos planctônicos, incluindo cianobactérias, 
diatomáceas, algas verdes, flagelados e bactérias. 
(c) Mudança da comunidade do Rio St. John para baixa riqueza mas alta 
abundância após um afloramento da cianobactéria Microcystis.
Microbiologia de Brock, 14 Ed. cap.19, pag. 598
Microbiologia de Brock, 14 Ed. cap.19, pag. 599
COMPORTAMENTO COLETIVO
❖ Praticamente todos os conhecimentos microbiológicos foram 
adquiridos a partir do estudo de organismos em culturas puras.
❖ Somente há alguns anos entendeu-se que a maioria das 
bactérias se encontra na natureza vivendo em comunidades.
❖ O tipo de "ecologia" com células individuais crescendo de 
maneira planctônica raramente é encontrado na natureza. Sabe-
se atualmente que as bactérias são encontradas em 
comunidades de diferentes graus de complexidade, geralmente 
compondo um biofilme.
COMUNIDADES MICROBIANAS
Biofilmes
 Comunidades complexas de micro-organismos associadas à 
superfícies ou interfaces. Podem incluir bactérias, fungos, protozoários 
e outros micro-organismos. 
(Biofilm Institute - http://www.biofilm.org/)
Maioria Importantes na saúde, indústria, 
biotecnologia e meio ambiente
COMUNIDADES BIOFILMES
• Trato gastro-intestinal de mamíferos e insetos
• Bolsas sub-gengivais
• Dentes 
• Rizosfera
• Ductos, tratamento de água e efluentes
• Implantes médicos (marca-passos, cateteres, orgãos 
artificiais: válvulas cardíacas e endocardites)
PROCESSO DE FORMAÇÃO DE BIOFILME
Microbiologia de Brock, 14 Ed. cap.19, pag. 603
(a) Os biofilmes são iniciados pela 
adesão de um pequeno número de 
células que então crescem e se 
comunicam com outras células. A 
matriz é formada, tornando-se mais 
extensa à medida que o biofilme 
cresce, eventualmente liberando 
células. (b) Fotomicrografia de um 
biofilme corado com DAPI formado 
em uma tubulação de aço inoxidável. 
Observe os canais de água.
VANTAGENS DOS BIOFILMES
A vida na forma de biofilmes confere diversas vantagens às 
populações microbianas: 
1. Mecanismo de autodefesa – resistem as forças físicas que poderiam 
remover as células não aderidas. Além do que, os biofilmes resistem à 
fagocitose e à ação dos antibióticos aumentando a possibilidade de 
sobrevivência das células constituintes;
2. Nicho favorável – Fixam as células em locais onde os nutrientes são 
mais abundantes ou constantemente repostos;
3. Permite estreita associação – facilita a comunicação intercelular e as 
possibilidade de trocas gênicas, aumentando assim as chances de 
sobrevivência;
4. Forma típica de crescimento – O biofilme pode representar o modo 
padrão de crescimento de procariotos em ambientes naturais, onde a 
concentração de nutrientes é muita baixa em relação aos meios 
artificiais usados em laboratórios.
IMPLICAÇÕES DOS BIOFILMES
Em situações industriais:
❑ Iniciam a degradação de objetos submersos, como os 
componentes estruturais de plataformas oceânicas de perfuração, 
barcos e instalações costeiras.
❑ Podem comprometer a inocuidade da água potável ao se 
desenvolvem em ductos de distribuição.
o Caso o biofilme seja colonizado por patógenos, as práticas-
padrão de cloração podem ser insuficientes para eliminá-los.
IMPLICAÇÕES DOS BIOFILMES
Em situações industriais:
 Podem retardar o fluxo de água, óleo ou outros líquidos por 
meio dos ductos, podendo acelerar sua corrosão.
CORROSÃO MICROBIANA
A corrosão é um processo complexo que pode ser 
influenciado e acelerado por atividades microbianas.
❑ alteração do pH ou Redox
❑ produção de metabólitos corrosivos
❑ criação de microambientes corrosivos em biofilmes
❑ São elementos essenciais para o funcionamento adequado dos 
sistemas de tratamento de resíduos (esgoto).
IMPLICAÇÕES DOS BIOFILMES
Sistema de lodo ativado 
 Espécies da bacteria 
Zoogloea formam massas bacterianas 
chamadas de flocos ou grânulos de 
lodo nos tanques de aeração.
Removem 75 a 95% da DBO do 
esgoto
❑ São elementos essenciais para o funcionamento adequado dos 
sistemas de tratamento de resíduos (esgoto).
IMPLICAÇÕES DOS BIOFILMES
Sistema de filtros biológicos
 Um biofilme de 
microrganismos aeróbios cresce nas 
pedras ou superfícies plásticas.
Removem 80 a 85% da DBO do 
esgoto
❑ São elementos essenciais para o funcionamento adequado dos 
sistemas de tratamento de resíduos (esgoto).
IMPLICAÇÕES DOS BIOFILMES
Reatores com Biofilme em Leito Móvel/ Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)
É baseado na utilização de corpos/suportes/carreadores móveis 
para formação de biofilmes nos reatores para melhorar a degradação da 
matéria orgânica e remoção de nutrientes.
❑ Combina as vantagens dos sistemas de lodos ativados (biomassa em 
suspensão) e de sistemas com biofilme (biomassa aderida).
Vantagens: permite o tratamento de efluentes com altas cargas, industriais 
ou domésticos, em plantas relativamente reduzidas
Msc. Fábio Yugo Fujii/ Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
❑ São elementos essenciais para o funcionamento adequado dos 
sistemas de tratamento de resíduos (esgoto).
IMPLICAÇÕES DOS BIOFILMES
Reatores com Biofilme em Leito Móvel/ Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)
Os biofilmes têm como características a estabilidade a variações 
operacionais: de carga, vazão e composição do esgoto.
Por que?
Msc. Fábio Yugo Fujii/ Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
❑ São elementos essenciais para o funcionamentoadequado dos 
sistemas de tratamento de resíduos (esgoto).
IMPLICAÇÕES DOS BIOFILMES
Reatores com Biofilme em Leito Móvel/ Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)
RELAÇÕES ECOLÓGICAS
São as interações que os indivíduos de uma espécie mantêm 
com outros da mesma espécie ou de espécies diferentes.
Simbiose – relação entre dois ou mais organismos que 
compartilham um ecossistema em particular.
RELAÇÃO ECOLÓGICA POSITIVA
 
1. MUTUALISMO
Associação na qual duas espécies envolvidas são beneficiadas, 
porém, cada espécie só consegue viver na presença da outra. Portanto, 
é uma associação permanente e obrigatória entre dois seres vivos de 
espécies diferentes.
Ex: Líquens, micorrizas, tubo digestivo de ruminantes, bactérias e 
raízes de leguminosas, protozoários e cupins.
FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO (FBN)
❑ Os microrganismos responsáveis por esta 
transformação são conhecidos como 
diazotróficos e pertencem aos domínios Bacteria 
e Archaea. 
❑ A FBN é responsável pela maior parte do 
nitrogênio fixado no planeta, possuindo assim 
importância econômica e ecológica em sistemas 
agrícolas e florestais.
FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO (FBN)
❖ Vida livre
❖ Associativos
❖ Simbiontes
Microrganismos diazotróficos:
✓ Beijerinkia fluminensis, Beijerinkia indica e Azotobacter
✓ Azospirillum spp.
SIMBIOSE LEGUMINOSA-NÓDULO RADICULAR
❑Planta: recebe N para o seu crescimento.
❑Bacteroides: tem um nicho protegido, rico em 
nutrientes (cerca de 30% do C fixado pela 
fotossíntese é exsudado pela raiz).
Um dos mutualismos mais importantes para o 
homem é aquele entre plantas leguminosas e 
bactérias fixadoras de nitrogênio.
❑ A maioria dos simbiontes bacterianos de plantas 
capazes de fixar nitrogênio são coletivamente 
chamados rizóbios.
SIMBIOSE LEGUMINOSA-NÓDULO RADICULAR
INTRODUÇÃO
❑ Fixação de nitrogênio nos nódulos radiculares 
representa um quarto de todo N2 fixado 
anualmente na Terra.
❑ Possibilita o crescimento de plantas leguminosas 
sem fertilizantes nitrogenados representando um 
ganho econômico e ambiental.
Classe Alphaproteobacteria 
Ordem Rhizobiales
Gêneros:
✓ Allorhizobium
✓ Azorhizobium
✓ Bradyrhizobium
✓ Mesorhizobium
✓ Rhizobium
✓ Sinorhizobium
BACTÉRIAS FIXADORAS DE NITROGÊNIO 
SIMBIÓTICAS
Etapas na formação de um nódulo radicular em uma leguminosa infectada por 
Rhizobium
PROCESSO DE FORMAÇÃO DO NÓDULO
ETAPAS DE FORMAÇÃO DO NÓDULO RADICULAR:
Bioquímica dos Nódulos Radiculares
Glutamina sintase
2. COMENSALISMO
Microrganismo 
A
Microrganismo 
B
Beneficia 
Mas não é prejudicado
RELAÇÃO ECOLÓGICA POSITIVA
Relação na qual uma população é beneficiada enquanto outra não. Esta 
relação não é obrigatória e geralmente a população não beneficiada modifica o 
ambiente de forma a beneficiar a outra população. Ex: Desintoxicando o ambiente 
ou convertendo substratos.
1. PARASITISMO
Relação onde um organismo se nutre a partir de células, tecidos ou
fluidos de outro organismo denominado hospedeiro.
Parasitas/patógenos: oportunistas e obrigatórios
RELAÇÃO ECOLÓGICA NEGATIVA
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http%3A%2F%2Feconomia.uol.com.br%2Fagronegocio%2Falbum%2F2014%2F02%2F27%2Fbrasil-testa-laranja-transgenica-resistente-a-doencas.htm&ei=Q9qOVOKzGMKjNrqwgegB&bvm=bv.81828268,d.eXY&psig=AFQjCNHJMS0bvEWkmcVPzUAvpWJvUPZi2A&ust=1418734503199930
2. COMPETIÇÃO
Microrganismo 
A
Microrganismo 
B
Espaço
Nutrientes Água
Oxigênio
Mesmo habitat
Maior habilidade 
genética
RELAÇÃO ECOLÓGICA NEGATIVA
Interação entre duas ou mais populações que afetam de forma 
adversa os respectivos crescimento e sobrevivência.
A capacidade de um organismo para competir depende de:
❖ Alta velocidade de crescimento;
❖ Tolerancia a fatores abióticos;
❖ Tolerancia a flutuações ambientais;
❖ Capacidade de multiplicar-se em baixas concentrações de nutrientes;
❖ Eficiência no uso de nutrientes limitantes;
❖ Requerimento de fatores de crescimento;
❖ Capacidade de sintetizar e estocar sustâncias de reserva;
❖ Capacidade de tranferir-se a lugar com melhor disponibilidade de 
nutriente limitante.
2. COMPETIÇÃO
3. AMENSALISMO/ANTIBIOSE
Microrganismo A
Secreção de produtos tóxicos 
Afeta Microrganismo B
Interação biológica que ocorre quando um organismo é prejudicado
na relação e o outro não sofre nenhuma alteração, ou seja, a relação lhe é
neutra. Uma espécie produz sustâncias microbiocidas e microbiostáticas:
antibióticos, toxinas, ácidos orgânicos.
RELAÇÃO ECOLÓGICA NEGATIVA
EX: a relação entre Penicillium 
notatum e bactérias sensíveis 
a penicilina.
4. PREDAÇÃO
RELAÇÃO ECOLÓGICA NEGATIVA
Fungo nematófago (Arthrobotrys oligospora) 
Interação ecológica em que um organismo predador se 
alimenta ou digere outro organismo presa.
4. PREDAÇÃO
RELAÇÃO ECOLÓGICA NEGATIVA
Bdellovibrio bacteriovorus
Bactérias que predam outras bactérias Gram 
negativas.
FIM
	Slide 1: ECOLOGIA MICROBIANA: conceitos e interações
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4: População
	Slide 5: Comunidade 
	Slide 6: COMO AS COMUNIDADES SE FORMAM?
	Slide 7: SUCESSÃO NA COMUNIDADE
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14: COMPORTAMENTO COLETIVO
	Slide 15: COMUNIDADES MICROBIANAS
	Slide 16: COMUNIDADES BIOFILMES
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27: São as interações que os indivíduos de uma espécie mantêm com outros da mesma espécie ou de espécies diferentes. Simbiose – relação entre dois ou mais organismos que compartilham um ecossistema em particular.
	Slide 28
	Slide 29: FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO (FBN)
	Slide 30: FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO (FBN)
	Slide 31: SIMBIOSE LEGUMINOSA-NÓDULO RADICULAR
	Slide 32: SIMBIOSE LEGUMINOSA-NÓDULO RADICULAR
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36: 2. COMENSALISMO
	Slide 37
	Slide 38: 2. COMPETIÇÃO
	Slide 39
	Slide 40: 3. AMENSALISMO/ANTIBIOSE
	Slide 41: 4. PREDAÇÃO
	Slide 42: 4. PREDAÇÃO
	Slide 43