aula 1- introduçao a microbiologia-2015 marco 15

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Introdução a Microbiologia 
Eliana Barreto Bergter
Farmácia- Microbiologia Geral- 2015
O que é Microbiologia?
E o que é um microrganismo?
- É um organismo unicelular microscópico.
- Os m-os distinguem-se das células de organismos 
macroscópicos, como vegetais e animais pois são 
capazes de viver de forma independente na 
natureza.
- Os m-os realizam seus processos vitais de 
crescimento, geração de energia e reprodução, 
independentemente de outras células.
O que é uma célula?
É a unidade básica dos seres vivos.
Quais as características dos seres 
vivos?
1. Metabolismo
Incorporação de nutrientes do meio ambiente, 
transformação destes nutrientes dentro da célula 
eliminação de compostos não utilizados para o 
ambiente. A célula é um sistema aberto.
2. Reprodução (crescimento)
Os nutrientes absorvidos do ambiente são 
utilizados na síntese de novas células , a 
partir das pré-existentes
3. Diferenciação
Formação de uma nova estrutura celular, 
como um esporo, como parte do ciclo de 
vida celular.
4. Comunicação
As células se comunicam ou interagem
através de substancias químicas liberadas 
ou incorporadas por elas
5. Movimento
Os organismos vivos são capazes de se 
movimentar ( propulsão)
6. Evolução
As células contem gens que podem evoluir, 
conferindo novas propriedades biológicas as células. 
As árvores filogenéticas mostram as relações 
evolucionárias entre as células
Principais componentes celulares e estruturas 
"chave" de uma célula
Macromoléculas
Proteínas
Acidos nucleicos
Lipídios
Polissacarídios
Estruturas "chave“
Membrana citoplasmática
Ribosomas
Citoplasma
Núcleo
Hieraquia estrutural na organização molecular de 
uma célula
. Todos os organismos vivos são constituídos de 
células.
. As células podem ser procarióticas ou 
eucarióticas.
. As células são as unidades estruturais e 
funcionais de todos os organismos vivos.
. As células compartilham certas caracteristicas 
estruturais como membrana celular, 
citoplasma, ribosomas e núcleo.
. As estruturas celulares são formadas por 
biomoléculas.
Hierarquia estrutural na organização celular
A Microbiologia abrange 2 temas principais:
1.O entendimento dos processos básicos da vida.
2. A aplicação do nosso conhecimento sobre a 
microbiologia para o benefício da humanidade.
Como nasceu a Microbiologia ?
Antonie van Leeuwenhoek
em 1684, observou os
microrganismos pela
primeira vez.
Como os 
microorganismos 
foram observados 
pela primeira 
vez....
... e quantas formas 
diferentes...
Diversidade microbiana na natureza
Microrganismos e seus ambientes 
naturais
• População microbiana: 
associação de m-os.
• Habitat: local no ambiente onde
uma população microbiana vive
• Comunidades microbianas: 
local onde a população vive e 
interage entre si.
• Ecologia microbiana: estudo
dos m-os nos seus habitats 
naturais Comunidades microbianas
Onde se encontram os 
microrganismos entre os seres 
vivos?
Através da análise do rRNA 16-18S, os 
seres vivos foram distribuídos em 3 
domínios principais
Árvore filogenética dos seres vivos, mostrando os 3 
domínios da vida
Dois padrões estruturais de células são 
reconhecidos:
Células procarióticas e Células eucarióticas
Qual a diferença fundamental entre elas?
Célula procariótica Célula eucariótica
Estrutura interna de células 
(procariótica e eucariótica)
E os microrganismos? São procariotos 
ou eucariotos?
Aspergillus flavus- fungo Trypanosoma cruzi - protozoário
Microrganismos eucarióticos
Microrganismos procarióticos
Escherichia coli - bactéria Staphylococcus aureus - bactéria
Qual a importȃncia dos 
microrganismos?
"O papel dos infinitamente pequenos na natureza é 
infinitamente grande“
Louis Pasteur
Os microrganismos estão em todo lugar na 
biosfera e sua presença afeta o ambiente onde eles 
crescem. Os efeitos dos microrganismos no 
ambiente podem ser benéficos ou maléficos, 
como agentes de várias doenças.
Microrganismos e as doenças
1900 2006
Principais causas de morte (EUA) e taxas 
de mortalidade 
As atividades benéficas dos m-os são derivadas 
de suas atividades metabólicas no ambiente, 
suas associações com plantas e animais e seu 
uso na produção de alimentos e nos processos 
biotecnológicos.
O efeito mais significativo dos 
microrganismos na terra é a sua capacidade 
de reciclar os elementos carbono, oxigênio
e nitrogênio, que compõem todos os seres 
vivos através dos ciclos biogeoquímicos.
Microrganismos e os ciclos geoquímicos
Ciclo do carbono e do oxigênio na natureza
Microrganismos e a agricultura
Algumas bactérias fixam o nitrogênio em 
associação simbiótica com plantas.
Outras bactérias que fixam o nitrogênio se 
encontram livres no solo e em “habitats” 
aquáticos. 
Ciclo do nitrogênio
Fixação simbiótica de nitrogênio
Bactéria associada às raízes 
das plantas leguminosas
( - ) bactéria ( +) bactéria
nódulos
Resultado da fixação : aumento da fertilidade do solo
Fixação de nitrogênio
Proteína
Acido 
nucleico
Bactérias
Fungos
Por que os ruminantes ( boi, vaca, ovelha) conseguem 
se alimentar de capim ao contrário dos seres humanos?
Microrganismos e a produção de energia:
Biocombustíveis
Biodiesel: produção a partir de óleos vegetais. 
Onde participam os microrganismos ???
Esquema geral da produção de 
biodiesel
Reação de transesterificação entre 
triacilglicerol e álcool, gerando 
biodiesel e glicerol
Quem produz mais etanol ???
Produção de biodiesel usando lipases 
extraídas de microrganismos
Biologia da bioconversão da energia solar em biocombustíveis
Métodos usados na produção de biocombustíveis
A. Via clássica de produção de biocombustíveis, como etanol
B. Fotossíntese bacteriana, produção de açúcares e uso destes açúcares por m-os para 
produção de biocombustíveis.
C. Fotossíntese e produção de açúcares por um único microrganismo.
D. Obtenção de E por fontes renováveis e uso desta E para a produção de biocombustíveis.
Microbe, 8: 59, 2013
Microrganismos e o meio 
ambiente : bioremediação
Bioremediação : o uso de bactérias , 
fungos e plantas na degradação de 
compostos químicos tóxicos que se 
acumulam no ambiente
- Poluentes naturalmente encontrados no 
ambiente , mas presentes em alta concentração.
- Óleo bruto
- Óleo refinado
- Fosfatos
- Metais pesados
Quais são os contaminantes do ambiente?
- Xenobióticos – compostos sintéticos que nunca existiram 
no ambiente.
- Pesticidas
- Herbicidas
- Plásticos
Degradação aeróbica do composto
Degradação anaeróbica do composto
Biotecnologia e a recuperação de obras de arte
Resultado do processo de 
biolimpeza e biorestauração de 
um afresco do século XIV ( 
Camposanto, Pisa) através do uso 
de P.stutzeri + protease
Antes
Protease
10-15h
Conclusões: Uma técnica nova e bem sucedida para 
recuperação de afrescos usando bactérias vivas e enzimas 
(P.stutzeri, proteases, colagenases). 
Vantagem: baixo custo quando comparado com as técnicas 
convencionais.
Impacto do estudo: Novas biotecnologias utilizando 
técnicas suaves (‘softs”) para a “biolimpeza” e 
“biorestauração” de heranças culturais estão em constante 
demanda e os resultados mostraram que os objetivos foram 
alcançados. A técnica pode ser utilizada para outros fins.
Microrganismos e a 
biotecnologia
Produção de 
biosurfactantes
São moléculas anfifílicas ( porção hidrofílicae 
porção hidrofóbica) que interagem na interface de 
sistemas aquosos e não aquosos. O efeito dos 
surfactantes nestes sistemas são: redução da 
tensão superficial, emulsificação, formação de 
espuma e depende da estrutura exata das 
moléculas individuais.
O que são surfactantes?
São moléculas produzidas por microrganismos 
epodem ser classificadas em moléculas de 
baixo peso molecular ( glicolipídios, 
lipopeptídios e flavolipídios) e de alto peso 
molecular ( polissacarídios, proteínas, 
lipopolissacarídios e lipoproteínas).
E biosurfactantes?
Current Opinion in Biotechnology, Volume 30, 2014, 66 - 72
Biosurfactantes
Estruturas de biosurfactantes
SoforolipídioRamnolipídio
Substratos utilizados para a produção de 
biosurfactantes
Biosurfactante Microrganismo Importância 
econômica
Trealose lipidios Rhodotorula erythropolis, 
Mycobacterium sp, Nocardia
erythropolis, Arthrobacter sp
Dissolução de 
hidrocarbonetos
Ramnolipídios Pseudomonas aeruginosa, 
P.chlororaphis, Serratia 
rubidea
Bioremediação, 
propriedades anti-
microbianas e biocontrole
Diglicosil diglicerídios Lactobacillus fermentum Bioremediação
Liposan Candida tropícalis Bio emulsificante
Microrganismos produtores de 
biosurfactantes
Limpeza de materiais contaminados por óleos –
Bioremediação
Ex: Uso do Geobacillus, um bacilo termofílico que não produz 
biosurfactante.
Vantagem do Geobacillus: presente praticamente em todo os 
solos em estado dormente. Com o aumento da temperatura se 
torna ativo e compete efetivamente com os outros microrganismos 
do solo. Para aumentar a taxa de degradação dos hidrocarbonetos
biosurfactantes são adicionados ao sistema. 
Aplicações ambientais dos 
biosurfactantes
Aplicação dos biosurfactantes na 
indústria do petróleo
Técnica de recuperação de óleo (MEOR)
Uso de uma preparação bruta de biosurfactantes ou uma 
cultura morta de microrganismos para liberar o óleo bruto de
um determinado local.
Etapas na recuperação de óleo dos poços 
1. Recuperação primária: produção sob pressão natural e 
caraterísticas fluidas do óleo cru até 15% do óleo presente.
2. Substâncias incluindo injeção de CO2, polímeros surfactantes 
alcalinos, solventes para uma retirada de15-20% do óleo.
3. Recuperação terciária ou aumento da recuperação do óleo (EOR): 
o óleo remanescente é extraido após as 2 etapas acima, porém o
processo não é econômico.
Recuperação de mais de 10% do óleo no poço, através da
utilização de microrganismos e/ou seus produtos finais do 
metabolismo para a recuperação do óleo residual que fica 
retido no poço devido a baixa permeabilidade de alguns 
reservatórios ou a alta viscosidade resultante da baixa 
mobilidade. O MEOR leva a uma redução da viscosidade do 
óleo pela quebra parcial das moléculas presentes no óleo.
Quais as vantagens do MEOR ?
Esquema do processo MEOR, usando 
biosurfactantes
Vantagens dos biosurfactantes: Potencial produção a 
partir de fontes renováveis de baixo custo. Os 
biosurfactantes mais promissores atualmente são os 
glicolipídios, como os soforolipídios produzidos pelo 
gênero Candida, os manoeritritol lipídios (MELs) 
produzidos pelo gênero Pseudozyma e os ramnolipídios 
produzidos por Pseudomonas.
Desvantagens: Atualmente, alto custo de produção, 
devido ao uso de meios de cultura sintéticos.
Como resolver este problema: usar substratos 
baratos como óleos vegetais, melaço, gordura animal, 
resíduos das destilarias e indústrias de laticínios, etc.
Microrganismos e a 
biotecnologia
Organismos geneticamente modificados
Produção de insulina
Microrganismos e os alimentos
Desde a idade 
antiga os 
microrganismos
já eram utilizados 
pelos egípcios 
para a produção 
de pão, cerveja e 
vinho.
Microrganismos e a produção da cerveja e do 
vinho 
Microrganismos e a produção de queijos e yogurtes
Bactérias Funções Produto
Propionibacterium
shermanii
Aroma e 
formação de 
furos
Queijos suiços
Lactobacillus 
bugaricus
Lactobacillus lactis
Acidez e 
aroma
Yogurt, kefir, koumiss, Swiss, 
Emmental, and Italian cheeses 
Lactobacillus 
helveticus
Acidez e 
aroma
Yogurt, kefir, koumiss, Swiss, 
Emmental, and Italian cheeses 
Streptococcus
thermophilus
Acidez
Emmental, Cheddar, and Italian 
cheeses, and yogurt 
Streptococcus
diacetilactis
Acidez 
Sour cream, ripe cream, butter, 
cheese, buttermilk and starter 
cultures. 
Streptococcus lactis
Streptococcus
cremoris
Acidez 
Sour cream, cottage cheese, all types 
of foreign and domestic cheeses, and 
starter cultures. 
Streptococcus durans
Streptococcus
faecalis
Acidez e 
aroma Soft Italian, cheddar, and some Swiss 
cheeses. 
Fermentação lática
Probióticos
São microrganismos incorporados em alimentos, bebidas 
ou como suplementos nutricionais com a finalidade de 
melhorar a saúde humana. Os microrganismos mais 
comumente usados são do gênero Lactobacillus e 
Bifidobacterium.
O que são probióticos?
Determinantes da eficácia dos probióticos
Papel dos probióticos
Microrganismos e o controle 
biológico
O que é controle biológico?
É o uso de antagonistas naturais para combater 
pragas ou doenças e plantas , como uma alternativa ao 
uso de pesticida químicos.
Microbioma do solo
Quais os microrganismos candidatos para o 
uso como agentes de controle biológico?
Bactérias que formam esporos, possuem grande 
vantagem.
Por que?
1. Produzem diferentes compostos com atividade inseticida e 
antimicrobiana.
2. Induzem crescimento e respostas de defesa em plantas.
3. Pela presença de esporos, resistem às condições adversas do meio e 
permitem a formulação e armazenamento de produtos comerciais.
Bacillus thuringiensis – o primeiro 
biopesticida
A endotoxina  ou proteína Cry, sintetizada 
durante a esporulação, apresenta propriedades 
inseticidas.
Esta molécula tem como mecanismo de ação a
formação de poros transmembrana ou canais 
iônicos levando a lise osmótica.
Formulações comerciais baseadas nos
biofungicidas produzidos por Bacillus
Utilização de pesticidas, fungicidas e compostos 
estimuladores do crescimento de plantas 
produzidos por espécies do gênero Bacillus
Compostos das famílias de lipopeptídeos 
produzidos por espécies de Bacillus
Lipopeptídeos produzidos pelo Bacillus e o 
controle biológico de doenças de plantas
Como espécies de Bacillus promovem o crescimento
e protegem as plantas das infecções por bactérias 
patogênicas e fungos e nematóides?
Através da secreção de compostos
antimicrobianos pelas espécies de 
Bacillus + a resistência sistêmica 
induzida pela planta ( em resposta ao 
Bacillus), aumentando a capacidade da 
planta de resistir a vários patógenos.
Nature Rev.Microbiol., 11:158, 2013
Cronologia das principais descobertas da Microbiologia
Microbiologia como uma ciência biológica básica, fornece:
-Um conhecimento sobre as bases química e física da vida, através 
de estudos com os m-os. Estes compartilham várias características 
com as células de organismos multicelulares.
e utiliza, 
- O crescimento de células microbianas em meios de cultura 
artificiais, atingindo altas densidades e fornecendo material para os 
estudos bioquímicos e genéticos. Estes estudos tornam os m-os 
excelentes modelos para o entendimento dos processos celulares 
que ocorrem nos organismos multicelulares, incluindo os seres 
humanos.
Próxima aula: Olhando as estruturas celulares 
- Quais as estruturas presentes em uma célula
bacteriana?
- Quais as funções destas estruturas ?
-Como as células bacterianas diferem das células
de plantas e de animais?