Coluna_de_Winogradsky (3)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIANGULO MINEIRO 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS E EXATAS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL 
MICROBIOLOGIA AMBIENTAL 
 
Arthur Da Costa Escarela – 2020.1028-0
Hérton Leite Ferreira – 2019.1059-7
Luís Filipe Salomon Pimenta Moreira – 2020.1088-1
 
 
 
 
COLUNA DE WINOGRADSKY 
 
 
Uberaba 
2023 
 
 
Arthur Da Costa Escarela – 2020.1028-0
Hérton Leite Ferreira – 2019.1059-7
Luís Filipe Salomon Pimenta Moreira – 2020.1088-1 
 
 
 
 
 
 
 
COLUNA DE WINOGRADSKY 
 
 
Relatório Coluna de WInogradsky apresentado à disciplina de Microbiologia Ambiental, do curso de graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Triângulo Mineiro, sob a orientação da 
Profª. Dra. Ana Carolina Borella Marfil Anhe. 
 
 
 
 
 
 
 
Uberaba 
2023 
 
 
 
 Sumário: 1. Introdução	4 
2. Objetivos	5 
3. Materiais e Métodos	5
3.1. Materiais	5
3.2. Métodos	5
4. Resultados e discussões	7
5. Conclusão	9
Referências	7
 
 
1. Introdução 
 
Os microrganismos desempenham um papel crucial no equilíbrio natural da vida no planeta Terra, constituindo os Reinos Monera, Protista e Fungos. Dentro desses reinos, encontram-se fungos, bactérias (arqueobactérias e cianobactérias), algas e protozoários. Na literatura, esses seres são comumente agrupados com base em suas características, como a forma de entrega de alimentos ou a quantidade de células que os compõem. Encontra-se em suspensão na atmosfera terrestre, em corpos d'água, em diversos tipos de solo e na microbiota natural dos seres vivos. A compreensão dos fatores bióticos e abióticos do ambiente que estão presentes é essencial para estudos sobre a Ecologia Microbiana (ARMANI, 2016).
Embora muitos leigos percebam erroneamente esses seres microscópicos como causadores de desastres, devido à existência de microrganismos patógenos e causadores de doenças, a visão científica não os classifica exclusivamente de maneira negativa. Atualmente, inúmeras pesquisas destacam os efeitos positivos de várias espécies. Os microrganismos têm diversos efeitos benéficos na saúde dos seres vivos, na natureza, na produção industrial e agrícola, nas indústrias alimentícias e em diversas outras áreas quando aplicados melhor. Portanto, é crucial empregar técnicas de captura, caracterização, colonização e controle desses seres para utilizá-los em prol da saúde humana e da preservação da natureza (ARMANI, 2016).
A Coluna de Winogradsky, concebida pelo microbiologista Sergei Winogradsky no final do século XIX, representa um modelo experimental amplamente utilizado para estudar ecossistemas microbianos em ambientes anaeróbios. Composto por camadas de diversos materiais, como orgânicos, fontes de enxofre, cálcio e ferro, a coluna oferece condições propícias para o crescimento de comunidades microbianas, permitindo observar os impactos de aditivos e contaminantes. Essa técnica estratifica-se em zonas distintas à medida que as comunidades se desenvolvem, proporcionando uma abordagem útil e didática para analisar a diversidade microbiana e suas interações em diferentes habitats (Gao, R., Luo, Y., and Deng, H.W., 2019).
A motivação por trás desse experimento é a compreensão mais profunda do habitat natural dos microrganismos presentes na coluna e sua relação com as ações humanas. O objetivo é alcançar um equilíbrio sustentável que não prejudique esses microrganismos para a vida em nosso planeta. Além disso, a coluna de Winogradsky é valiosa para investigações sobre as consequências da contaminação da microbiota (NASA, 2001).
Os microrganismos da coluna têm seu habitat natural em cursos d'água, especificamente na camada superficial de sedimentos. Portanto, é essencial que os nutrientes estejam submersos na água coletada. Compreender os ciclos desses microrganismos é crucial para a realização de atividades sustentáveis, contribuindo para a manutenção e melhoria do meio ambiente. Cada zona da coluna é preferencial para um microrganismo específico, dependendo da disponibilidade de nutrientes (TERAMAE, 2011).
Esses microrganismos desempenham um papel vital na circulação de minerais e nutrientes, essenciais para todos os seres vivos. Sua função é fundamental para a manutenção dos ecossistemas, entendidos como conjuntos de comunidades interativas com o meio ambiente em um local específico. A Coluna de Winogradsky, sobre simulação de ecossistemas naturais, fornece um modelo significativo para o desenvolvimento dessas comunidades (GOMES, OSÓRIO, 2011).
A coluna de Winogradsky oferece uma compreensão abrangente de conceitos cruciais em microbiologia ambiental, como diversidade metabólica, ciclos biológicos e ciclagem de nutrientes e minerais, além de contribuir para a compreensão de processos de mitigação ambiental, como a biorremediação. Portanto, este estudo visa elaborar um protocolo prático, com uma abordagem investigativa, direcionado à montagem, análise e interpretação de uma coluna de Winogradsky, destacando suas correlações com a biorremediação e a poluição ambiental.
Objetivos 
O objetivo da atividade laboratorial com Coluna de Winogradsky é analisar os aspectos da vida aquática, observando como os microrganismos respondem aos nutrientes adicionados na coluna, evidenciando a cultura de enriquecimento.
Materiais e Métodos 
 
Materiais 
 
· 1 L de água do córrego; 
· 1 garrafa plástica de 1,5L; 
· 571,1 g de substrato do córrego lanoso; 
· 69,8 g de flocos de aveia; 
· 40,5 g de gema de ovo cozido; 
· 17,2 g de esponja de aço; 
· 82,8 g de composto vitamínico; 
· 71 g de clara de ovo cozida; 
· 26,6 g de papel picado; 
Métodos 
 
O experimento foi conduzido nas instalações do laboratório de microbiologia, onde a prática foi realizada com a utilização obrigatória de equipamentos de proteção individual, como luvas, touca, jaleco e óculos de proteção. Para a construção da Coluna de Winogradsky, primeiramente foi efetuada a coleta de água do córrego situada atrás da Unidade II do Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade Federal do Triângulo Mineiro, bem como do sedimento presente no mesmo local, acondicionando-os em duas garrafas separadas. No ambiente laboratorial, uma garrafa transparente de 1,5 L foi empregada na condução do experimento. Todos os materiais foram meticulosamente separados e pesados, permitindo obter conhecimento sobre suas massas específicas.
O sedimento foi transferido cuidadosamente para a garrafa, seguido pela adição dos nutrientes pertinentes a qual havia uma ordem predeterminada, imediatamente após a incorporação do sedimento, em seguida foi adicionada a aveia, gema, esponja de aço, composto vitamínico, clara de ovo e papel. Após a alocação completa de todos os componentes, a garrafa foi preenchida até sua capacidade máxima com a água colhida, sendo posteriormente vedada com uma máscara descartável, com o propósito de garantir a manutenção da oxigenação e prevenir a reprodução de insetos. 
O sistema finalizado encontra-se visível na Figura (1).
 
Figura 1: Sistema montado.
Fonte: Dos Autores, 2023.
Em seguida, a garrafa foi posicionada em um local onde a intensidade luminosa era reduzida, permitindo sua observação ao longo do período experimental, a qual foi registrada através de fotografias e observações de eventuais alterações climáticas e do próprio sistema, essas feitas semanalmente durante o período de onze semanas.
 
Resultados e discussões 
Com a garrafa já montada e armazenada em local adequado, foi iniciado o período de observação e eventuais manutenções (completar com água e troca da máscara). Durante o primeiro mês (entre novembro e dezembro) já foi possível notar que as capsulas de vitaminas começaram a ser consumidas rapidamente. Outro ponto analisado foi a coloração da água, que no primeiro momento assumiu um tom amarelado e foi esverdeando durante o mês. A disposição dos materiais utilizados também foi alterada, visto que passaram a se misturar conforme o tempo.
Figura 2: Duas primeiras semanas de observação
 
Fonte: Dos autores, 2023.
Figura 3: Terceirasemana antes/pós manutenção.
 
Fonte: Dos autores, 2023.
Do ponto de vista científico, a presença de microrganismos fotossintetizantes, aeróbicos e autotróficos na porção superior da coluna de Winogradsky resultou em uma notável alteração de coloração nessa área. Durante os primeiros dias do experimento, observou-se uma intensa interação entre cianobactérias, algas e bactérias heterotróficas. Isso ocorreu devido ao fato de que os microrganismos fotossintetizantes estavam utilizando o carbono disponível para a síntese de glicose, a qual seria posteriormente consumida pelas bactérias heterotróficas. Tal consumo visava à obtenção de energia, consequentemente liberando mais carbono para outros microrganismos presentes no sistema. Como resultado desse processo, esses últimos foram capazes de liberar oxigênio. Portanto, é plausível concluir que as bolhas observadas na coluna de Winogradsky correspondem à liberação de gases decorrente dessas interações microbiológicas.
Ao próximo mês, houve mudanças significativas na coluna (o que pode ser justificado pelas duas semanas de recesso) onde teve um certo tipo de decantação da aveia. E com isso, aumentou a área da zona aeróbica. 
Figura 4: Sexta, sétima e oitava semana de observação
 
Fonte: Dos autores, 2024.
Foi observado que a zona aeróbica, que inicialmente apresentava uma coloração translúcida, adquiriu uma pigmentação turva, de tonalidade amarronzada, indicando a ação de microrganismos redutores de sulfato. Durante o mês de janeiro, a coluna manteve sua produção de gases e apresentou um odor desagradável de enxofre, o qual está relacionado à produção de sulfeto de hidrogênio (H2S), conforme explicado por Cardoso e Andreote (2016). Além disso, a presença da esponja de aço pode influenciar as condições de pH, concentrações de oxigênio e outras variáveis físico-químicas na coluna. Isso pode afetar a atividade microbiana e os processos de transformação de nutrientes, promovendo o crescimento e a atividade microbiana ao redor da esponja, o que pode levar a uma diversificação da comunidade microbiana e a uma maior atividade metabólica. 
Nas próximas semanas de observação, não houveram muitas alterações além da aveia voltar a tomar um maior espaço visível na coluna. 
Figura 5: Nona, décima e décima primeira semana de observação
 
Fonte: Dos Autores, 2024.
A atividade microbiana na coluna pode ter desempenhado um papel crucial na recuperação da aveia. A decomposição adicional da matéria orgânica presente no ambiente pode ter conduzido a um aumento na produção de gases ou à formação de biofilmes, os quais retiveram a aveia. Além disso, é possível que interferências físicas tenham contribuído para a decantação inicial da aveia e durante o processo de fotografar a coluna, a agitação pode ter ocasionado movimentos de água ou outras perturbações físicas que resultaram na decantação da aveia. No entanto, com a estabilização subsequente da coluna ou o surgimento de condições ambientais mais favoráveis, a aveia pôde redistribuir-se e recuperar seu espaço original.
Ao final do experimento, o sistema observado assumiu a configuração conforme ilustrado na Figura (6).
Figura 6: Décima primeira semana de observação
 
Fonte: Dos Autores, 2024.
Foi observado que o sistema apresentou uma clara separação em camadas, sendo que apenas o composto vitamínico se dissolveu completamente. A mudança de cor mais evidente ocorreu na camada superficial do sistema, atribuída principalmente à oxidação da esponja de aço, cuja dissolução liberou óxido de ferro no ambiente. Essa oxidação resultou em uma turvação da água, possivelmente impactando a atividade dos organismos fotossintetizantes. 
Com a redução da atividade fotossintética, é plausível que os processos anaeróbicos tenham sido favorecidos, especialmente devido à abundância de carbono disponível nas camadas iniciais do nicho metabólico. 
5. Conclusão 
6. Referências 
 
ARMANI, Fernanda. Microbiologia. Londrina: Distribuidora Educacional S. A. 2016.
DE ALENCAR, Feliphe Lacerda Souza; DE ARAÚJO, Magnólia Fernandes Florêncio; DO AMARAL, Viviane Souza. PROPOSTA DE USO DA COLUNA DE WINOGRADSKY: ESTRATÉGIAS DIDÁTICAS NO ESTUDO DA MICROBIOLOGIA AMBIENTAL. Educação Ambiental em Ação, v. 17, n. 67, 2019
Gao, R., Luo, Y., and Deng, H.W. (2019) Experimental study on repair of fractured rock mass by microbial induction technology. Royal Soc Open 6: 191318.
GOMES, Anderson; OSÓRIO, Lara dos Santos. Utilização da Coluna de Winogradsky para a Demonstração do Efeito dos Metais Pesados na Microbiota Oxidante de Enxofre em Ambientes Aquáticos: Uma Abordagem Experimental. Cadernos UniFOA. Volta Redonda, Ano VI, n. 16, agosto 2011. Disponível em: https://revistas.unifoa.edu.br/cadernos/article/viewFile/1053/920#:~:text=A%20coluna%20de %20Winogradsky%20%C3%A9,as%20sucess%C3%B5es%20microbianas%20em%20um. Acesso em 19 DEZ 2023.
NASA- National Aeronautics and Space Administration. Building a Winogradsky Column, An Educator Guide with Activities in Astrobiology, Estados Unidos, 2001. Disponível em: . Acesso em 18 DEZ 2023. 
TERAMAE, Karen Hosomi. Análise ecotoxicológica utilizando colunas de winogradsky contaminadas por óleo lubrificante usado e biodiesel. 2011. 92 f. Trabalho de conclusão de curso (Ecologia) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de Biociências de Rio Claro, 2011. Disponível em: https://repositorio.unesp.br/items/1105924a-fe54-47c5-9212-ae9894d41ad7. Acesso em 19 DEZ 2023.
		
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