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* * UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA Microbiologia Engenharia Bioquímica * * “Área da ciência que se dedica ao estudo de microrganismos”. Surgimento da microbiologia como Ciência: Segundo as necessidades da sociedade; Epidemias sofridas pela humanidade; Invenção do microscópio. * * Os cientistas deduziram que os microrganismos originaram-se há aproximadamente 4 bilhões de anos –a partir do material orgânico complexo (em águas oceânicas ou nuvens que circundavam a terra primitiva) Embora os microrganismos sejam antigos –a ciência é jovem –300 anos Maiores contribuições surgiram na metade do século XIX. * * O que são os Microrganismos? São formas de vida muito pequena que apenas podem ser vistos através do microscópio. São seres vivos encontrados no corpo humano ou no meio ambiente, tão pequenos que não enxergamos a olho nu, sendo as bactérias as maiores causadoras de Doenças Transmitidas pelos Alimentos. * * Bactérias: - fermentação do leite ( iogurtes e queijos) - vegetais (picles) Leveduras: - fermento na indústria de panificação - bebidas (cerveja e vinho) - suplemento alimentar ( humano ou animal) Fungos: - fermentação de diversos queijos - consumidos diretamente ( champignon e shitake) PRINCIPAIS MICRORGANISMOS USADOS NA ENGENHARIA BIOQUÍMICA * * BACTÉRIAS CARACTERÍSTICAS EXISTÊNCIA ESTRUTURA CLASSIFICAÇÃO REPRODUÇÃO BENEFÍCIOS E PATOGENIDADE * * São procariontes : organismos unicelulares e microscópicos que não possuem núcleo organizado . Tamanho das bactérias - geralmente varia de 0,5 a 5 μm Só podem ser vistas com microscópio Sem microscópio é possível ver as colônias CARACTERISTICAS A maior bactéria conhecida foi descoberto em 1999 e se chama Pérola de Enxofre de Namibia (Thiomargarita Namibiensis). Ela pode ser vista com olho nu devido a um diâmetro até 0,75mm. * * EXISTÊNCIA Bactérias existem há mais do que 3,5 bilhões anos. Graça às estruturas simples, bactérias podem sobreviver em todos ambientes da terra. Podem ser encontrados por exemplo no ar, no solo, na água, próximos aos vulcões, no mar profundo, nas fontes quentes, no gelo, no sal, na pele dos homens, etc. Em condições desfavoráveis algumas bactérias formam esporos, que podem sobreviver milhões de anos. * * ESTRUTURA Parede celular - Envoltório extracelular rígido responsável pela forma da bactéria constituída por um complexo protéico - glicídico (proteína + carboidrato) com a função de proteger a célula contra agressões físicas do ambiente. Não possui celulose como as das células vegetais. Cápsula - Camada de consistência mucosa ou viscosa formada por polissacarídeos que reveste a parede celular em algumas bactérias. É encontrada principalmente nas bactérias patogênicas. Membrana plasmática - Mesma estrutura e função das células eucariontes. Citoplasma - Formado pelo hialoplasma e pelos ribossomos. Ausência de organelas membranosas. Mesosomo – invaginação da membrana plasmática, importante durante a duplicação e divisão bacteriana. Nucleóide - Região onde se concentra o cromossomo bacteriano, constituído por uma molécula circular de DNA. É o equivalente bacteriano dos núcleos de células eucariontes. Não possui carioteca ou envoltório nuclear. Além do DNA presente no nucleóide, a célula bacteriana pode ainda conter moléculas adicionais de DNA, chamadas plasmídios ou epissomas. Plasmódios – também possuem material genético Flagelos - Apêndices filiformes usados na locomoção. Fímbrias - Apêndices filamentares, de natureza protéica, mais finos e curtos que os flagelos. Nas bactérias que sofrem conjugação, as fímbrias funcionam como pontes citoplasmáticas permitindo a passagem do material genético. * * CLASSIFICAÇÃO Morfologia Corante de Gram Respiração e Nutrição * * MORFOLOGIA Esféricas Cocos Forma de bastão Bacilos Forma espiral Espiroquetas ou Espirilos Forma de virgula Vibrião Cocos e Bacilos podem unir-se => colônias cadeias (“estrepto-“) grupos (“estafilo-“) pares (“diplo-“) Por exemplo cocos em cadeias são chamados estreptococos * * CORANTE DE GRAM Assim designada em memória de Christian Gram, que desenvolveu o procedimento em 1884, a coloração de Gram classifica as bactérias em Gram-positivas ou Gram-negativas e continua a ser um dos métodos mais úteis para classificar as bactérias. Neste procedimento, as bactérias são submetidas primeiro à ação de um corante violeta, seguido de fixação com iodo e depois um agente de descoloração, como o metanol. Seguidamente, são novamente coradas com safranina. As bactérias Gram-positivas fixam o primeiro corante, devido à maior espessura da parede celular, e ficam coradas de azul ou violeta, enquanto que as bactérias Gram-negativas, após a descoloração pelo metanol, são coradas pela safranina e ficam vermelhas. As bactérias que retêm a coloração violeta são designadas por Gram-positivas. As bactérias que perdem a coloração violeta depois de descoloradas, mas que adquirem um corante de contraste (ficando com um tom cor-de-rosa) são Gram-negativas. Esta distinção de manchas é um reflexo das suas diferenças no que diz respeito à composição básica das suas paredes celulares. * * CORANTE DE GRAM São exemplos de bactérias Gram-positivas várias espécies de: - Estreptococos; - Estafilococos; - Enterococos. São exemplos de bactérias Gram-negativas: - Vibrão Colérico; - Colibacilo; - Salmonelas. * * Aeróbicas podem crescer apenas na presença de oxigénio Anaeróbicas podem crescer apenas na ausência de oxigénio Facultativas podem crescer tanto na presença como na ausência de oxigénio Heterótrofos - Saprófitos decompõem material orgânico de animais e plantas mortas - Parasitas envenenam o organismo do hospede com os seus produtos de metabolismo - Simbióticos vivem por exemplo no intestino dos animais que comem plantas e quebram celulose Autótrofos - Fotossintetizantes obtêm a energia na forma de luz, para a fotossíntese - Quimiossintetizantes obtêm energia pela oxidação de compostos químicos RESPIRAÇÃO E NUTRIÇÃO * * REPRODUÇÃO Assexuada - Bipartição ou cissiparidade - Nesse processo a célula bacteriana duplica seu cromossomo e se divide ao meio, apoiado no mesossomo, originando duas novas bactérias idênticas à original. Sexuada ou Transmissão genética - Conjugação - Consiste na passagem (ou troca) de material genético entre duas bactérias através de uma ponte citoplasmática formada pelas fímbrias. * * Quando as bactérias encontram um ambiente propício se multiplicam de modo que uma única bactéria em cerca de 20 minutos, origina duas novas bactérias e ao final de 4 horas geram outras 4.096. 1=> 2=> 4=> 8=> 16=> 32=> 64=> 128=> 256=> 512=> 1024=> 2048=> 4096 * * BENEFÍCIO PATOGENIDADE Produção de alimentos e bebidas Degradação de lixo problemático Produção de medicamentos Digestão (Escherichia coli) Fixação do N2 na atmosfera Micróbio patogênico Estrago nos alimentos Doenças e mortes. * * As bactérias possuem grande importância ecológica, elas fixam o nitrogênio da atmosfera na forma de nitratos, e as bactérias desnitrificantes que devolvem o nitrogênio dos nitratos e da amônia para a atmosfera. As bactérias são responsáveis pela decomposição ou deterioração da carne, do vinho, das verduras, do leite e de outros produtos de consumo diário. A capacidade de fermentação de certas espécies é aproveitada na produção de queijo, iogurtes, temperos e embutidos. As bactérias também são úteis para o homem, como na indústria farmacêutica que utiliza bactérias para fabricar antibióticos específicos. BENEFÍCIOS E PATOGENIDADE * * De outra maneira as bactérias podem causar grandes prejuízos econômicos, como é o caso do amarelinho (Xylella fastidiosa), que ataca a lavoura da laranja. Mas talvez a maior importância das bactérias seja o fato delas serem parasitas humanos, levando a infecções muito graves. A infecção é causada porque as bactérias podem produzir toxinas, que são nocivas para as células humanas. Se estas estiverem presentes em número suficiente e a pessoa a ser afectada não dispuser de uma imunização contra elas, o resultado é a doença. As bactérias podem penetrar no corpo humano, através dos pulmões, por meio da inalação de partículas expulsas pela respiração, tosse ou espirros de uma pessoa infectada. BENEFÍCIOS E PATOGENIDADE 90% das bactérias são benéficas e só 10% patogênicos para o homem. * * CARACTERISTICAS TIPOS DE FUNGOS DIVISÃO DOS FUNGOS FUNGOS * * Unicelular ou Pluricelular. Eucariontes. Habitat: lugares úmidos. Como parasitas causam doenças vegetais, humanas e animais. Todos são heterótrofos. CARACTERISTICAS * * Fungos para fins medicinais. Fungos alucinógenos. Fungos tóxicos e venenosos Fungos comestíveis. TIPOS DE FUNGOS * * OS FUNGOS SÃO DIVIDOS EM: Basideomecetos Ascomicetos Ficomicetos DIVISÃO * * CARACTERISTICAS ESTRUTURA E REPRODUÇÃO BENEFICIOS LEVEDURAS DE INTERESSE EM ALIMENTOS FERMENTAÇÃO INDUSTRIAL LEVEDURAS * * Unicelulares ( crescem e se reproduzem mais rapidamente). A maioria não vive no solo, mas adaptou-se a ambientes com alto teor de açúcares ( néctar da flores e superficie de frutas). Existem, aproximadamente, 350 espécies diferentes de leveduras, separadas em cerca de 39 gêneros CARACTERISTICAS * * Unicelulares; Células ovais. REPRODUÇÃO Se multiplicam assexuadamente comumente por brotamento ou gemulação. ESTRUTURA * * As leveduras são utilizadas há milênios na produção de pão e de bebidas alcoólicas; Produção de etanol carburante. BENEFICIOS EXEMPLOS S. cerevisae, S. calrsbergensis botton yeast - usadas na indústria de panificação, cerveja, vinhos, etc * * S. roufii, S. mellis osmofílicas - frutas secas, xaropes, geléias S. baillie fermentação de sucos (cítricos) Torulopsis osmofílica - leite condensado Candida produz grande quantidade de proteínas, ataca leite e derivados Rodutorula deterioração de pickles, chucrutes e carnes (cor vermelha ou amarelo Picchia, Hansenula, Debarymocyces, Thricosporum deterioração de pickles com produção de película, oxida o ácido acético e altera o sabor LEVEDURAS DETERIORQNTES * * Fabricação de cerveja. FERMENTAÇÃO INDUSTRIAL Fabricação de vinho. . Produção de antibióticos * * Saccharomyces cerevisae Fabricação de pães – álcool PRODUÇÃO DE ÁLCOOL * * MICRORGANISMOS E SUAS PRODUÇÕES * * Produtos de origem biotecnológica * * Meios de cultura Na Natureza, muitas espécies de bactérias e de outros microrganismos são encontrados crescendo juntas em oceanos, lagos, solo e em matéria orgânica viva ou morta. Estes materiais podem ser considerados meios de cultura naturais . * * Características Desejáveis dos Meios de Cultura Ser o mais barato possível. desde que atenda as necessidades do microrganismo. Atender às necessidades nutricionais do microrganismo. permitir a síntese do produto. Auxiliar no controle do processo. utilizar componentes que auxiliem no controle de pH (uréia). * * Não provocar problemas na recuperação do produto Deve ter fonte de carbono (glicose, sacarose, frutose, polissacarídeos, amido); fonte de nitrogênio (NH4)2SO4, fonte de fósforo e ainda outros elementos (Na, K, Fe...); meios de composição definida ou sintéticos; Ter composição definida e permitir um tempo de armazenagem até a sua utilização. * * Apresentar elevada eficiência na conversão do substrato em produto. matérias-primas incidem significativamente nos custos de produção – 38 a 73% do custo total (fonte orgânica de carbono). Permitir o acúmulo do produto no meio Sem sofrer inibição pelo acúmulo – custos de recuperação; Fermentação alcoólica – inibição da levedura em torno de 8 a 10 % (em volume) de etanol. * * Apresentar constância quanto ao comportamento fisiológico; Não produzir substâncias incompatíveis com o produto; Permitir a rápida liberação do produto para o meio Não exigir condições de processo muito complexas Não ser patogênico * * Microbiologia Industrial e o Futuro Os microrganismos sempre foram intensamente úteis para a humanidade, mesmo quando desconhecidos; Desenvolvimento da eng. Genética – intensifica o interesse na microbiologia industrial por meio da expansão do potencial de novos produtos e aplicações; Novas aplicações e produtos de biotecnologia entram no mercado: afetaram nossas vidas e bem estar de tal maneira que hoje só podemos especular sobre isto. * * Como Engenheiro(a) de Alimentos, qual a minha visão em termos de conhecimentos hoje e práticas no amanhã, para que eu pudesse produzir alimentos utilizando a bioengenharia? * * REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS http://www.cib.org.br http://www.bichoonline.com.br http://www.ufv.br/dbg/trab2002/MELHOR.htmcib.org.br http://www.biologianviva.hpg.ig.com.br http://www.ambientebrasil.com.br http://www.adi.pt/sectores%20de%20actividade/projectos/leveduras.htm http://www.zum.de http://www.wikipedia.de www.sonnenseite.oekoserve.net * * * *
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