ECOLOGIA MICROBIANA

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ECOLOGIA MICROBIANA
DISCIPLINA: MICROBIOLOGIA
CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
2017
Os microrganismos não vivem sozinhos na natureza. Em vez disso, interagem com outros organismos e com o meio ambiente, realizando diversas atividades essenciais que sustentam todas as formas de vida na Terra.
CONCEITOS DE ECOLOGIA GERAL
ECOLOGIA MICROBIANA
Ecossistema
Complexo dinâmico de comunidades de plantas, animais e microrganismos e seus arredores abióticos, todos interagindo como uma unidade funcional.
Hábitats 
Porções do ecossistema mais adequadas a uma ou a um pequeno número de populações. 
DIVERSIDADE DE ESPÉCIES NOS HÁBITATS MICROBIANOS
População microbiana: Grupo de microrganismos da mesma espécie que reside no mesmo local ao mesmo tempo. 
Comunidade microbiana: Populações de uma espécie vivendo em associação com populações de uma ou outras espécies. 
A DIVERSIDADE DE ESPÉCIES MICROBIANA EM UMA COMUNIDADE POR SER EXPRESSA DE DUAS MANEIRAS:
Riqueza de espécies (o número total de espécies diferentes presentes) e abundância de espécies (é a proporção de cada espécie na comunidade). 
SERVIÇOS DE ECOSSISTEMAS: BIOGEOQUÍMICA E CICLOS DOS NUTRIENTES
Um hábitat que é compartilhado por uma associação e fornece os recursos e condições que as células necessitam para o crescimento é chamado de nicho.
Populações microbianas metabolicamente semelhantes que exploram os mesmos recursos e de modo semelhante são chamadas de associações.
CONCENTRAÇÕES DE NUTRIENTES E TAXAS DE CRESCIMENTO
O CRESCIMENTO ocorre geralmente em pulsos, estreitamente associados à disponibilidade e natureza dos nutrientes. 
Como as diferentes condições físico-químicas na natureza raramente são simultaneamente ótimas ao crescimento microbiano, as taxas de crescimento dos microrganismos geralmente encontram-se bem abaixo das taxas máximas de crescimento registradas em laboratório.
COMPETIÇÃO E COOPERAÇÃO MICROBIANAS
- Competição intensa entre os microrganismos;
- Depende das: taxas de captação de nutrientes, taxas metabólicas inerentes e as taxas de crescimento;
- Alguns microrganismos agem em conjunto para realizar um processo denominado sintrofia;
- Outros realizam metabolismos complementares: bactérias oxidantes de amônia/bactérias oxidantes de nitrito.
BIOFILMES E SUPERFÍCIES
BIOFILMES
Crescimento bacteriano em superfícies: organizações de células bacterianas aderidas a uma superfície e envoltas por matriz adesiva excretada pelas células e por células mortas.
Maior acesso e aprisionamento dos nutrientes necessários ao crescimento microbiano
Ajudam a impedir o destacamento das células de superfícies dinâmicas
Proteção contra predadores
Ex: Pseudomonas fluorescens
BIOFILMES E SUPERFÍCIES
BIOFILMES E SUPERFÍCIES
O biofilme formado ao redor da superfície dental, por exemplo, contém entre 100 e 200 filotipos diferentes.
AMBIENTES TERRESTRES: SOLO
ALGAS, LÍQUENS OU MUSGOS
A combinação de processos físicos, químicos e biológicos contribui para a formação do solo.
Produzem matéria orgânica, a qual sustenta o crescimento de bactérias e fungos.
Perfil de solo
AMBIENTES TERRESTRES: SOLOS ÁRIDOS 
 Solos áridos estão entre os ambientes mais extremos da Terra, com elevações de temperaturas acima de 60°C e mínimas de –24°C, alta insolação e baixa atividade de água. 
A aridez pode ser definida pelo índice de aridez, expresso como a razão da precipitação pelo potencial de evapotranspiração (P/PET): P/PET menor que 1.
 Os microrganismos dominantes nestes ambientes com carbono limitante são cianobactérias (Microcoleus), menor algumas algas verdes, fungos, bactérias heterotróficas, líquens e musgos.
ÁGUA DOCE
São encontrados tanto organismos consumidores quanto produtores de oxigênio, e o equilíbrio entre a fotossíntese e a respiração controla os ciclos do oxigênio, carbono e de outros nutrientes (nitrogênio, fósforo e metais) na natureza.
Chlamydomonas sp.
Nostoc sp.
Os principais produtores primários no ecossistema aquático de água doce são os microrganismos oxigênicos fototróficos
ÁGUA DOCE
Relações de oxigênio em ambientes de água doce 
Em muitos lagos de clima temperado, a coluna de água torna-se estratificada, separando em duas camadas de diferentes características físicas e químicas que constituem a coluna de água estratificada.
Durante períodos de estratificação, a transferência entre a superfície e as águas profundas é controlada não pela mistura, mas pelos processos lentos de difusão. Como resultado, as camadas profundas podem experimentar períodos sazonais de baixa ou nenhum O2 dissolvido.
ÁGUA DOCE
Relações de oxigênio em ambientes de água doce 
Os níveis de oxigênio nos rios e córregos também são de interesse, especialmente aqueles que recebem insumos de matéria orgânica das áreas urbanas, agrícolas ou de poluição industrial. 
Mesmo em um rio bem agitado, com rápido fluxo de água e turbulência, grandes insumos orgânicos podem levar a um déficit de oxigênio acentuado pela respiração bacteriana 
NO3- Nitrato
NH4+ Amónio
PO43- Fosfato
DBO Demanda bioquímica de oxigênio (Capacidade de consumo microbiano de oxigênio em um corpo de água)
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ÁGUA DOCE
A filogenética atual da diversidade de procariotos de água doce
Os procariotos em lagos, córregos e rios são importantes para a produção, regeneração e mobilização de nutrientes.
Thaumarchaeota associam-se com espécies conhecidas por oxidar amônia;
Actinobacteria são bactérias quimiorganotróficas que nos lagos são responsáveis por degradar os ácidos nucleicos e proteínas;
Bacterioidetes são conhecidos por sua significante diversidade metabólica e importantes na degradação de diversos biopolímeros e materiais húmicos nos lagos. 
O AMBIENTE MARINHO: FOTOTRÓFICOS E A RELAÇÃO COM O OXIGÊNIO
Quando comparadas a muitos ambientes de água doce, as concentrações de nutrientes em oceano aberto são frequentemente muito baixas.
Muitos procariotos e eucariotos diferentes habitam as águas oceânicas, mas a maioria são células pequenas, uma característica típica dos organismos que vivem em ambientes pobres em nutrientes.
Os insumos terrestres, a retenção de nutrientes e o ressurgimento de águas de ricas em nutrientes são combinações que levam a um maior número das populações de microrganismos fototróficos em águas costeiras do que em águas pelágicas.
O AMBIENTE MARINHO: FOTOTRÓFICOS E A RELAÇÃO COM O OXIGÊNIO
Zonas de mínimo oxigênio
São regiões de águas pobres em oxigênio, intermediárias entre as profundezas geralmente nas águas entre 100 e 1.000 m, que se estendem por grandes extensões no mar aberto e na região costeira.
Importantes sumidouros de nitrogênio, contribuindo com uma fração de 50% do nitrogênio fixado nos oceanos;
Fontes de óxido nitroso (N2O).
PRINCIPAIS FOTOTRÓFICOS MARINHOS
Produtividade primária: Prochlorococcus
Responsáveis por grande parte da produtividade primária dos oceanos;
Possuem clorofila a e b, sem ficobilinas;
Responsáveis pela metade da biomassa fotossintética nas regiões tropicais e subtropicais dos oceanos;
Pelo menos quatro linhagens têm sido identificadas;
Distribuídos tanto em águas de superfície quanto em águas mais profundas, até 200m.
PRINCIPAIS FOTOTRÓFICOS MARINHOS
Produtividade primária: Trichodesmium
Cianobactéria filamentosa planctônica marinha;
Formam tufos filamentosos em colônias;
Filamentos compostos por 20 a 200 células;
Principal fixador de nitrogênio;
Contém ficobilinas.
Possuem somente uma mitocôndria e um cloroplasto;
Cocos com 0,7 um de diâmetro;
Fototróficas oxigênicas;
Seu genoma contém 12,6 Mpb distribuídos em 20 cromossomos;
Genoma sete vezes maior que o de Prochlorococcus.
PRINCIPAIS FOTOTRÓFICOS MARINHOS
Produtividade primária: Ostreococcus
Mpb Milhões de pares de bases
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Incluem bactérias como Erythrobacter, Roseobacter e Citromicrobium;
Contém bacterioclorofila a;
Catalisam reações fotossintéticas luminosas apenas em condições óxicas, sintetizando ATP por fotofosforilação;
Dependem do carbono inorgânicocomo fonte de carbono (foto-heterotróficos);
Presentes em águas costeiras, lagos de água doce altamente óxico e oligotróficos.
PRINCIPAIS FOTOTRÓFICOS MARINHOS
Fototróficos anoxigênicos aeróbios 
Erythrobacter litoralis
Roseobacter sp.
Citromicrobium bathyomarinum
Oligotrófico Pobre em nutrientes
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BACTÉRIA PELÁGICA, ARQUEIAS E VÍRUS
Distribuição e atividade de arqueias e bactérias em águas pelágicas
O número de procariotos presentes em mar aberto diminui de acordo com a profundidade. Em águas superficiais, o número de células corresponde a cerca de 106 células/mL. Em profundidades superiores a 1.000 m, no entanto, o número total diminui para 103 a 105/mL.
Estima-se que os oceanos contém a maior quantidade de biomassa microbiana na superfície da Terra.
Bactérias e arqueias pelágicas são ecologicamente importantes pois consomem o carbono orgânico dissolvido nos oceanos.
Maioria bacteriófago;
O número de partículas virais na água do mar é cerca de dez vezes maior do que o número médio de células procarióticas presentes;
Apenas um por liberação infecta com sucesso um novo hospedeiro, maioria é inativada ou destruída pelo sol e enzimas hidrolíticas;
Controlam a quantidade de procariotos.
BACTÉRIA PELÁGICA, ARQUEIAS E VÍRUS
Vírus marinhos 
Os vírus são os microrganismos mais abundantes nos oceanos, na água do mar típica eles podem corresponder a 107 partículas de vírions/mL.
Os organismos que habitam o mar profundo deparam-se com três importantes extremos ambientais: 
(1) baixa temperatura;
(2) alta pressão;
(3) baixas concentrações de nutrientes.
O MAR PROFUNDO E SEUS SEDIMENTOS
Águas com profundidades superiores a 1.000 m têm menor atividade biológica, sendo referidas como mar profundo. Mais de 75% de toda a água oceânica correspondem a águas de mar profundo, situadas principalmente em profundidades entre 1.000 e 6.000 m.
Maioria dos organismos são quimiotróficos
O MAR PROFUNDO E SEUS SEDIMENTOS
Bactérias e arqueias barotolerantes e barofílicas
Organismos isolados de águas superficiais com profundidades de até cerca de 3.000 m são geralmente barotolerantes.
Culturas derivadas de amostras coletadas em profundidades maiores, 4.000 a 6.000 m, são quase sempre barofílicas, com crescimento ótimo em pressões ao redor de 300 a 400 atm. No entanto, embora os barófilos cresçam melhor sob pressão, eles ainda crescem em 1 atm.
Os barófilos extremos são encontrados em águas ainda mais profundas (10.000 m). Esses organismos apresentam necessidades absolutas e significativas de pressão para seu crescimento.
FONTES HIDROTERMAIS
Tipos de fontes
FONTES HIDROTERMAIS
Procariotos nas fontes hidrotermais
As bactérias que exibem um metabolismo quimiolitotrófico dominam os ecossistemas microbianos hidrotermais.
As comunidades microbianas de fontes hidrotermais são dominadas por Proteobacteria, principalmente Epsilonproteobacteria.
A diversidade de arqueias nas fontes hidrotermais vulcânicas é bastante limitada.
Agradecemos a atenção!