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Ciclo hidrológico Ciclo hidrológico Somente 10% vai para o continente. Em torno de 10 dais transitando no ar. Água atmosférica: nuvens, chuva, neve, geadas Água de superfície: lagos, riachos, rios, oceanos Água subterrânea: lençol freático, poros do solo - habitat para muitos microrganismos No meio aquático os nutrientes estão diluídos baixa diversidade de microrganismos A presença de matéria orgânica aumenta sua atividade Os microrganismos podem: ◦ mudar a composição química da água ◦ fornecer nutrientes para outros organismos aquáticos (ciclos da matéria) ◦ representar um grande risco para a saúde humana e animal (patógenos) Sofre influência de condições físicas e químicas 1-Temperatura superfície: varia de 0 ºC nos pólos a 40 ºC nos trópicos sob a superfície: 90 % do ambiente marinho está a 5 ºC (Hábitat dos psicrófilos) nas fendas oceânicas: TERMÓFILOS Pyrodictium occultum (ótimo 105ºC, Itália) Em baixas e médias latitudes ocorre uma variação brusca da temperatura em função da profundidade - Termoclina: Desenvolvimento de condições anóxicas nas profundezas de um lago de clima temperado, como resultado da estratificação de verão. Termoclina: variação brusca da temperatura Mudanças na temperatura alteram densidade, viscosidade, solubilidade e conc. de oxigênio, que podem influenciar na flutuabilidade, locomoção e respiração dos organismos. A vida na água depende, direta ou indiretamente, dos produtos da fotossíntese algas e cianobactérias são os principais microrganismos fotossintetizantes encontrados nos ambientes aquáticos - estão limitados às regiões superficiais Em lagos: fototróficos predominantes: microrganismos ◦ zonas óxicas: cianobactérias e algas ◦ zonas anóxicas: bactérias anaeróbias Coleta de amostras nas Fossas Marianas (Filipinas, Oceano Pacífico) a uma profundidade de 10.000 m 4-Pressão hidrostática • pressão no fundo de uma coluna d’água: • Aumenta 1 atm a cada 10 m – • no fundo dos oceanos... é enorme • Causa danos às células Archaea e Bacteria em águas oceânicas. (a) Distribuição de Archaea e Bacteria, de acordo com a profundidade. (a) Números absolutos de Archaea e Bacteria, de acordo com a profundidade (por ml). Adaptado de Nature 409:507-510 (2000). Salinidade da água ◦ água doce: 0 % ◦ água do mar: 2,75% de NaCl + outros sais = 3,3 - 3,7 % ► HALÓFILOS ◦ lagos salgados (ex.: Salt Lake, EUA): 32 % ► HALÓFILOS EXTREMOS Turbidez ◦ material suspenso: partículas minerais: erosão das rochas, solo microrganismos suspensos ◦ matéria orgânica: tecidos vegetais e animais - superfície de adesão dos microrganismos - fonte de nutrientes A turbidez influencia diretamente a passagem de luz A maioria dos microrganismos aquáticos cresce melhor próximo à neutralidade: 6,5 - 8,5 ◦ pH dos oceanos: 7,5 - 8,5 ◦ pH corporal de organismos marinhos: 7,2 - 7,6 ◦ lagos e rios: variação ampla Archaea de lagos do sul da África: pH = 11,5 Archaea de geisers: pH = 1,0 Nutrientes ◦ orgânicos e inorgânicos Principalmente nitratos e fosfatos ◦ carga de nutrientes (qtde de nutrientes) Águas próximas à praia: variável (esgotos) Águas de mar aberto: estável e baixa atividade fotossintetizante: fitoplâncton O ambiente aquático - eutrofização Efeito da descarga de esgotos ou de efluentes ricos em matéria orgânica, nos sistemas aquáticos. (a) Em um rio, imediatamente após a entrada da matéria orgânica, há um aumento no número de bactérias heterotróficas e uma diminuição nas concentrações de O2. Sujeitos a frequente poluição: esgoto doméstico agricultura dejetos industriais Reutilização da água processo natural, parte do ciclo hidrológico Atividade antrópica Poluição ◦ Água pode ser límpida, inodora e insípida e mesmo assim não ser potável devido à presença de contaminações Água potável: livre de microrganismos patogênicos e de substâncias químicas nocivas contaminantes: químicos físicos biológicos Físicos Asbestos Resíduos industriais Câncer Argila suspensa Precipitação Interfere com tratamentos sanitários Químicos Metais pesados Indústrias Várias doenças Sulfatos Algicidas Diarréias Nitratos Fertilizantes Metemoglobinemia Sódio manufaturados Retenção de fluidos Doenças do coração Pesticidas Agricultura Várias doenças Clorofórmio Indústria Câncer Poluentes Possível fonte Efeitos adversos Microbiologia da Água Bactérias Fezes e urina Febre tifóide Shigeloses Salmoneloses Gastroenterites Leptospirose Vírus Fezes Hepatite Poliomielite Gastroenterites Protozoários Fezes Disenteria amébica Giardíase Poluentes Possível fonte Efeitos adversos Microbiologia da Água Biológicos Principais Fontes primárias nos Dose doenças principais reservatórios infectiva Bactéria Salmonella typhi Febre tifóide Fezes humanas Baixa Salmonella paratyphi Febre para tifóide Fezes humanas Alta Outras Salmonellas Samonela Fezes humanas/animal Alta Shigella Desinteria bacilar Fezes humanas Média Vibrio cholerae Cólera Fezes humanas Alta E. coli Enterpatogênica Gastroenterite Fezes humanas Alta Yersinia enterocolítica Gastroenterite Fezes humanas/animal Alta Campylobacter jejuni Gastroenterite Fezes humanas/animal - Legionella pneumophila Doenças respiratórias Alta (Legionela) Mycobacterium tuberculosis Turbeculose Respiração humana - Nome de grupos ou organismos Fontes primarias de transmissão de doenças Principais doenças Principais reservatóriosDose infectiva Vírus - Poliovírus Poliomelite Fezes humanas - Coxsackieviruses A Meningite Fezes humanas - Coxsackieviruses B Meningite Fezes humanas - Echovírus Meningite Fezes humanas - Outros enterovírus AHC; Encefalite Fezes humanas - Rotavírus Doença gastrointestinal Fezes humanas/animal Baixa e respiratória - Rotavírus Gastroenterite Fezes humanas - Adenovírus Doença gastrointestinal Fezes humanas - e respiratória - Vírus da Hepatite A Hepatite infecciosa Fezes humanas - Grupos ou organismos Fontes primarias de transmissão de doenças Protozoário Dose Infectiva Acanthamoeba castellani Desinteria Solo e água - Balantidium coli Desinteria Fezes humanas - Entamoeba Histolytica Desinteria Fezes humanas Baixa Giardia lamblia Giardíase Fezes humanas/animal Baixa Naegleria fowleri infecção por ameba Solo e água - Helmintos Nematóides Ascaris lumbricoides Ascaridíase Fezes humanas/animal - Trichuris trichiura Tricuríase Fezes humanas - Fontes primarias de transmissão de doenças Fatores que influenciam a transmissão de doenças relacionadas com poluentes biológicos excretados 2-Latência 3-Persistência 1-Carga excretada 4- Reprodução no meio ambiente 6 - Suscetibilidade do novo hospedeiro Microbiologia da Água 5- Dose Infectiva É a quantidade de patógenos excretada por uma pessoa infectada. Essa carga pode variar dependendo do microrganismo envolvido e do indivíduo. 1- Carga excretada Carga excretada Possibilidade de infecção Transmissão de doenças É o intervalo de tempo em que o patógeno é excretado, e o período que o mesmo leva para tornar-se infectivo. Exemplos: células de resistência, esporos, larvas, cistos 2-Latência Transmissão de doenças É o tempo de sobrevida de um patógeno, durante o qual preserva sua virulência, podendo atingir um novo hospedeiro. Esse tempo está relacionado à resistência do patógeno às condições desfavoráveis do ambiente: 3-Persistência Altas temperaturas Competição pornutrientes Efeito Bactericida da luz solar Ações dos predadores Falta de água Transmissão de doenças Tempo de vida de microrganismos patogênicos no solo e em associação com plantas 3-Persistência Transmissão de doenças É a capacidade do microrganismo se multiplicar em certos ambientes, até atingir a dose infectiva. 4-Reprodução no meio ambiente O fator necessário para a multiplicação dos microrganismos é a presença de condições ambientais favoráveis. Transmissão de doenças É a quantidade do microrganismo necessária para causar doenças 5- Dose Infectiva Os Helmintos possuem doses infectivas muito baixas: 1 a 10 ovos. Transmissão de doenças 5- Dose Infectiva Transmissão de doenças 6-Suscetibilidade do hospedeiro É a vulnerabilidade do hospedeiro (homem), que possa vir a contrair e ou desenvolver a doença. Vários fatores exclusivos do hospedeiro facilitam ou dificultam a aquisição de infecção: Idade Estado imunológico Desnutrição Transmissão de doenças Purificação da água ◦ Origem da água para abastecimento áreas rurais: poços e fontes: filtração no solo cidades: estações de tratamento: Etapas empregadas na purificação da água Sedimentação Coagulação Filtração Cloração Armazenagem u Abastecimento Doméstico u Irrigação u Recreacional u “Produto Comercial” u Lançamentos u “Reuso” S a lm o n e ll a ty p h i O monitoramento de todos os microrganismos patogênicos é muito difícil e caro (inviável) ◦ meios de cultura e metodologias diferentes ◦ dificuldade de analisar os resultados Por isso, deve haver alternativas metodológicas para avaliar a qualidade de um corpo hídrico A alternativa mais viável é a utilização de microrganismos bioindicadores BIOINDICADORES Indicam a POSSIBILIDADE de ocorrência de patógenos em uma amostra; Importância: Ocorrência simultânea de patógenos com a presença de fezes esgotos domésticos; Muito caro e trabalhoso ( talvez impossível) avaliar diretamente TODOS os patógenos nas amostras de águas. BIOINDICADORES BIOINDICADOR IDEAL Presente em todos os tipos de água Ocorrência e desaparecimento concomitante com patógenos Densidade populacional diretamente relacionada com o grau de contaminação Maior sobrevida que a dos patogênicos Fácil detecção e recuperação laboratorial Não prejudicial a pessoas e animais Manipulação segura Bioindicadores MAIS UTILIZADOS COLIFORMES Estreptococcus fecais PSEUDOMONAS OVOS DE HELMINTOS BIOINDICADORES - BACTÉRIAS COLIFORMES TOTAIS Bastonetes Gram negativos; Não esporulados e aeróbios facultativos; Crescem na presença de sais biliares; Fermentam lactose a 35°C , com produção de ácidos e gás em períodos de 24 a 48h; Ampla distribuição na natureza, encontrados no solo, vegetação, despejos de animais e humanos. COLIFORMES TERMOTOLERANTES: • Ocorrem em fezes humanas, de outros animais de sangue quente, águas ricas em nutrientes e matéria orgânica em decomposição. • Fermentam a lactose com produção de gás e ácidos; • Crescem bem a uma temperatura de 44,5 ± 0,2°C; • Gêneros pertencentes a este grupo: Escherichia Citrobacter Enterobacter Klebsiella Algumas espécies desses gêneros podem ser encontradas tanto em fezes como em águas ricas em nutrientes. Ex: Enterobacter cloacae e Citrobacter freundii BIOINDICADORES - BACTÉRIAS COLIFORMES TERMOTOLERANTES: BIOINDICADORES - BACTÉRIAS • Definição detalhada: • bactérias gram-negativas, em forma de bacilos, oxidase- negativas, caracterizadas pela atividade da enzima β- galactosidase (degrada lactose e análogos como ONPG). • Fermentam lactose em temperaturas elevadas (de 44º - 45ºC), com produção de ácido, gás e aldeído. • Presentes em fezes de animais homeotérmicos, mas também ocorrem em solos, plantas ou águas ricas em nutrientes e matéria orgânica em decomposição. • ANTIGAMENTE DENOMINADAS COLIFORMES FECAIS Escherichia coli: Produz indol a partir de triptofano; Apresenta as enzimas b–galactosidase e b–glucoronidase; Fermenta lactose e manitol, com produção de ácido e gás a 44,5 ± 0,2 °C em 24h Considerado indicador específico de contaminação fecal recente; habita principalmente o aparelho intestinal de animais de sangue quente BIOINDICADORES - BACTÉRIAS Enterobactérias Coliformes Totais ou “Ambientais” Coliformes fecais Escherichia coli BIOINDICADORES - BACTÉRIAS Bactérias Entéricas: (Gram + ou -) Ex: Staphylococcus aureus, Bacteroides fragilis, e Enterococcus faecalis Enterobacteriaceae : (Gram -). Gêneros: Escherichia, Shigella, Salmonella, Enterobacter, Klebsiella, Serratia, Proteus TERMOTOLERANTES: E. coli, Klebsiella, Enterobacter e Citrobacter. E. coli Grupo Coliformes TOTAIS E.coli ESTREPTOCOCOS FECAIS: • Bactérias tipo cocos Gram-positivas; • Grupo formado por várias espécies encontradas em amostras animal, humana e ambiental; • Exemplos de espécies: S. faecalis S. faecium S. avium S. bovis S. equinus S. gallinarum Formam o grupo ENTEROCOCOS ( + resistentes do que o grupo dos coliformes.) Resiste a variações de temperatura, pH, salinidade. BIOINDICADORES - BACTÉRIAS PSEUDOMONAS ssp: • O principal representante deste grupo é a Pseudomonas aeruginosa • Bacilos Gram-negativos; • Aeróbios; • Móveis por flagelos polares; • Crescem a 37° e 41°C; • Apresentam elevada resistência a antibióticos e desinfetantes; • Patógeno oportunista (responsável por infecções de feridas em nadadores e otites); BIOINDICADORES - BACTÉRIAS PSEUDOMONAS ssp: • Importante na avaliação da qualidade bacteriológica de águas potáveis • Importante indicador no controle de águas destinadas à recreação de contato primário ( piscinas ); BIOINDICADORES - BACTÉRIAS • O principal representante deste grupo é o C. perfringens; • Bacilos Gram-positivos; • Microaerófilos (para alguns autores, anaeróbios); • Formadores de esporos; • Presentes nas fezes de animais de sangue quente; • Indicam contaminação remota; • Resistência às condições ambientais adversas e a certos desinfetantes CLOSTRIDIOS SULFITO - REDUTORES : BIOINDICADORES - BACTÉRIAS • Complemento aos outros testes bacteriológicos PROTOZOÁRIOS E VÍRUS: • Protozoários – ciliados • Giardia lamblia: esporos resistentes ao cloro – amebas • Entamoeba hystolytica (amebíase-doença intestinal) • Vírus – Hepatites A e B – Gastroenterite infecciosa não bacteriana – Poliomielite FUNGOS • Fungos • oriundos do solo: leveduras – Candida albicans: infecções da pele, mucosas • fungos dermatófitos – Geotrichum HELMINTOS Helmintos • Muito estudados em tratamento de esgotos; • Além da maioria desses organismos ser patogênica, seus ovos podem ser utilizados como bons indicadores da eficiência do tratamento na remoção destes e de protozoários. LEGISLAÇÃO Resolução CONAMA 357 17/03/2005 • Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. • 274/2000 • Dispõe sobre a qualidade das águas, em relação aos níveis estabelecidos para a balneabilidade, de forma a assegurar as condições necessárias à recreação de contato primário; • Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde • Especifica os requisitos de amostragem e análises de águas de abastecimento público PORTARIA MS N° 2.914/2011 LEGISLAÇÃO Legenda: as águas na categorias excelente, muito boae satisfatória são assim consideradas em 80% ou mais de um conjunto de amostras obtida em cinco semanas, no mesmo local. * valor obtido na última amostragem Parâmetro Excelente Muito Boa Satisfatória Imprópria CT 1 1,25.10 3 2,5 .10 3 5,0.10 3 > 5,0.10 3* CF 2,5.10 2 5,0.10 2 1,0.10 3 > 2,5.10 3* E. coli 2,0.10 2 4,0.10 2 8,0.10 2 > 2,0.10 3* Enterococos 25 50 1,0.10 2 > 4,0.10 2* Categorias (NMP/100ml) PADRÕES DE BALNEABILIDADE RESOLUÇÃO CONAMA 274/2000 Cuidados na coleta Colher a amostra em recipiente esterilizado Até 4/5 da capacidade do frasco Água com cloro: 0,1 ml de tiossulfato a 10% Água bruta que contenha metais pesados: 0,3 ml EDTA a 15% Tubos Múltiplos Membrana Filtrante Substrato Cromogênico Análise bacteriológica da água Dois testes devem ser realizados: teste presuntivo teste confirmativo (Procedimento p/ 3, 5 ou 10 Tubos) Inocular tubos com Caldo Lauril Triptose (ou Caldo Lactose) 24±2 hrs a 35 ± 0.5º C Gás/ácido = Positivo Sem gás / ácido = Negativo Transferir p/ Caldo Bile Verde Brilhante Incubar 48 ±hrs/35 º C Incubar mais 24 hr (48±3 hr total) Gás/ ácido Sem gás=Negativo Confirmativo Gás=Positivo Sem gás=Negativo Presuntivo Continua com teste para Termotolerantes e/ou E. coli 10 ml por tubo 0,1 ml por tubo 1 ml de amostra por tubo incubação a 35ºC/24-48 h: formação de gás: NMP Amostra de água Teste Presuntivo Determinação do NMP de coliformes Meio de cultura: Caldo LT Teste presuntivo: caldo lauril triptose (caldo lactose) Resultado positivo Teste confirmativo coliformes totais: Caldo lactose bile-verde brilhante Tubos com gás do teste anterior Tubos com caldo lactose bile verde brilhante Incubação a 35 ºC/24-48 h Confirmação: Fermentação com Caldo Verde Brilhante Lactose - + + Gás NMP: teste confirmativo Tubos com gás Caldo lactosado do teste confirmativo incubação a 44,5 ºC Coliformes termotolerantes Coliformes termotolerates fermentam a lactose a 44,5 ºC Coliformes não fecais fermentam a lactose somente até 37 ºC O objetivo é reter as bactérias em uma membrana e colocá-las sobre um meio de cultura específico, para que possam se desenvolver, formando assim colônias; A quantidade de colônias crescidas na membrana é contabilizada de acordo com o volume filtrado da amostra. Existem dois tipos de membranas usualmente utilizadas para análises bacteriológicas. Elas são feitas de: Acetato de celulose Nitrato de celulose 0,45um de poro 47mm de diâmetro São quadriculadas Estéreis Sistema de filtração É utilizado um equipamento composto por vidrarias e uma bomba a vácuo para que a amostra seja sugada quando despejada no copo contendo a membrana ao fundo. O ideal é que seja de vidro ou de aço inoxidável para que facilite a esterilização. Meio de cultura: M – Endo ou m-FC Incubação por 22 a 24h a 35° C (+/- 0,5°C) RESULTADO POSITIVO: Colônias róseas ou avermelhadas com BRILHO VERDE METÁLICO Obs.: Na análise de CT podem surgir colônias róseas ou avermelhadas sem o brilho verde metálico. ◦ Portanto, há necessidade de confirmação das colônias típicas Caldo m- Endo / Coliformes Totais Típicas (Brilho metálico) Coliformes TOTAIS – Confirmar as colônias! Meio de cultura: M – Endo ou m-FC confirmação das colônias típicas! Retira Inóculo com a agulha 3 a 5 replicatas de 10mL de meio de cultura: •CALDO LACTOSADO OU LAURIL TRIPTOSE 3 a 5 réplicas de 10mL de meio de cultura: •CALDO LACTOSADO BILE VERDE BRILHANTE Selecionar no mínimo 10 colônias típicas! Meio m-FC para detecção de Coliformes fecais Incubar a 44,5°C +/- 0,2 por 24 horas Colônias típicas azuis Coliformes Termotolerantes – Confirmar as colônias que aparecem (colônias atípicas) Incubar a 44,5°C +/- 0,2 por 22 a 24 horas confirmação das colônias típicas! Inóculo com a agulha 3 a 5 réplicas de 10mL de meio de cultura: Meio EC : Termotolerante Meio EC – MUG para E. coli Selecionar no mínimo 10 colônias típicas! Contagem de colônias As placas incubadas deverão apresentar um número estabelecido de colônias: Típicas: 20 a 80 (CT) e 20 a 60 (CTT) Deve-se fazer: Quando uma membrana apresentar > 200 colônias ou toda superfície de filtração preenchida por colônias, não sendo possível distinguir ou contar, relata-se o resultado como: CRESCIMENTO CONFLUENTE! Diluição da amostra Filtração de 50mL em uma membrana e os outro 50mL em outra de modo a dividir as células de bactérias CÁLCULOS O número de coliformes é obtido a partir do número de colônias que, submetidas ao teste de confirmação, apresentaram resultados positivos: UFC/100mL = Número de colônias confirmadas x 100 Volume filtrado da amostra bruta ou diluição usada x volume filtrado total UFC – Unidade Formadora de Colônias Quando nem todas as colônias típicas forem positivas no teste confirmativo, é necessário calcular inicialmente esta porcentagem positiva para depois extrapolar os dados para o número total de colônias, e enfim colocar na fórmula: % de colônias positivas = Número de colônias submetidas ao Re-teste Número de colônias CONFIRMADAS no re-teste x 100 1º Passo - Cálculo da PORCENTAGEM DE COLÔNIAS POSITIVAS no teste CONFIRMATIVO CÁLCULOS 2º Passo - Cálculo do número de colônias POSITIVAS para a fórmula A = número total de colônias típicas contadas no meio principal (Endo ou mF – C) B = Porcentagem de colônias positivas no teste confirmativo (caldo lactosado, lauril triptose, verde bile brilhante) A x B 100 Número de Colônias verdadeiras para a fórmula = CÁLCULOS Quando nem todas as colônias típicas forem positivas no teste confirmativo, é necessário calcular inicialmente esta porcentagem confirmativa para depois extrapolar os dados para o número total de colônias: Exemplo: • Número total de colônias em meio mF-C: 40 • Número de colônias submetidas à confirmação no meio EC: 20 • Número de colônias com resultado positivo em meio EC: 18 • Porcentagem de confirmação: 90% Se o número total de colônias é 40 e a porcentagem de confirmação foi 90%, o número total de colônias será: 40 x 90 = 36 100 CÁLCULOS CÁLCULOS: UFC/100mL = Número de colônias confirmadas x 100 Então: UFC/100mL = 36 x 100 Volume filtrado da amostra ou diluição usada x vol. filtrado TÉCNICA MEMBRANA FILTRANTE Volume filtrado da amostra ou diluição usada x vol. filtrado Baseia-se na utilização de substratos análogos à lactose (glicopiranosídeos) Específicos para coliformes Ferramenta poderosa para identificação de Escherichia coli COLIFORMES São utilizados DOIS Substratos: Cromogênico Fluorogênico Orto-nitrofenil- β- D- galactopiranosídeo ONPG 4-metilumbiliferil- β-D- glucoronídeo MUG Os coliformes possuem uma ENZIMA chamada de: β-galactosidade β-D-Glucoronidase A E. coli tem uma ENZIMA específica chamada de: COLIFORMES 1 - Acontece a ligação da enzima com o substrato; 2 – é liberado um subproduto – orto- nitrofenol que dá a coloração AMARELADA do meio! COLIFORMES TOTAIS E. coli 1 - Acontece a ligação da enzima com o substrato; 2 – é liberado um subproduto FLUORESCENTE (4-metil-umbiliferil) Detecção de Coliformes em Amostras De Águas Detecção de E. coli em Agar Nutriente com MUG TESTE QUANTITATIVO = semelhante ao NMP Presença para C. TOTAIS Presença para E. coli – FLUORESCENCIA Adição do meio comsubstrato à amostra Incubação por 24 h. Resultados Incolor: Negativo; Amarelo Coliforme total +; Azul Coliforme E. coli + Classificação das águas interiores do território nacional Classe Características microbiológicas DBO DO Utilização colif. totais colif. fecais mg/L mg/L 1 < 1 < 1 ----- ------ Potável 2 ≤ 5.000 ≤ 1.000 ≤ 5 > 5 Recreação Irrigação (frutas, hortaliças) 3 ≤ 20.000 ≤4.000 ≤ 10 > 4 Pesca Consumo animal 4 > 20.000 > 4.000 > 10 >0,5 Navegação Indústria Irrigação (grandes culturas)
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