Microbiologia ambiental 03

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ECOLOGIA E CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
MICROBIOLOGIA AMBIENTAL
Ciclos biogeoquímicos
1
Ciclo do S
• Se assemelha ao ciclo do N em termos de complexidade.
• Envolve diversos estados de oxidação do elemento, sendo os mais 
significativos na natureza:
– -2⇢ Sulfidril (R-SH) e sulfeto (HS-).
– 0 ⇢ S elementar (S0).
– +6⇢ Sulfato (SO42-).
• Tem importância relacionada aos locais isolados da luz solar (sem
fotossíntese), como o fundo do oceano, cavernas e interior de
rochas (bactérias quimioautotróficas).
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
A maioria do S da Terra encontra-se em sedimentos e rochas, na forma
de minerais de sulfato (gesso - CaSO4) e de sulfeto (pirita - FeS2),
embora os oceanos sejam o reservatório mais significativo de S da
biosfera (na forma de sulfato).
Uma quantidade significativa de S – em particular de dióxido de
enxofre (gás SO2) – entra no ciclo do S a partir de atividades humanas,
principalmente pela queima de combustíveis fósseis.
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
Um dos principais gases contendo S volátil é o sulfeto de hidrogênio
(H2S), produzido pela redução bacteriana do sulfato (SO42-)
(respiração anaeróbia) ou emitido a partir de fontes geoquímicas em
fontes contendo sulfeto e em vulcões.
Exemplos: Desulfovibrio, Desulfobacter e Archaeoglobus.
A forma de sulfeto presente em um ambiente depende do pH:
• pH < 7⇢ H2S.
• pH > 7⇢ HS- e S2-.
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
As bactérias redutoras de SO42- formam um grupo grande, altamente
diverso e amplamente distribuído na natureza.
Contudo, em diversos habitats anóxicos (como água doce e diversos
solos), a redução de SO42- é limitada pelas suas baixas concentrações.
Além disso, em decorrência da necessidade de doadores orgânicos de
elétrons (ou H2, que é um produto da fermentação de compostos
orgânicos) para conduzir a redução do SO42-, a produção de sulfeto
ocorre somente na presença de quantidades significativas de
compostos orgânicos.
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
Em diversos sedimentos marinhos, a taxa de redução do SO42- é em
geral limitada pelo C, podendo ser significativamente aumentada pela
adição de matéria orgânica (MO).
A descarga de esgotos, lodo de esgoto e lixo no mar podem levar a um
aumento acentuado da MO nos sedimentos, provocando a redução de
SO42-.
Isso representa um problema uma vez que H2S é uma substância
tóxica para diversas plantas e animais.
O sulfeto é comumente detoxificado do ambiente pela combinação
com o Fe, formando os minerais insolúveis FeS (pirrotita) e FeS2
(pirita).
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
Em condições óxicas, o sulfeto sofre imediata oxidação espontânea,
em pH neutro.
Bactérias quimiolitotróficas oxidantes de S (maioria aeróbia)
podem catalisar a oxidação do sulfeto (em S elementar e sulfatos).
Contudo, devido à rápida reação química, quantidades significativas do
sulfeto são oxidadas pelas bactérias somente em áreas onde o H2S
ascendente das regiões anóxicas encontra o O2 descendente das
regiões óxicas.
Além disso, havendo disponibilidade de luz, a oxidação anóxica de
sulfeto pode também ocorrer, catalisada por bactérias fototróficas
sulfurosas púrpuras e verdes.
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
O S0 é quimicamente estável, sendo oxidado com facilidade por
bactérias quimiolitotróficas oxidantes de S. Também é insolúvel e,
portanto, as bactérias que o oxidam devem ligar-se aos cristais de S
para obter seu substrato.
A oxidação do S0 resulta na formação de ácido sulfúrico (H2SO4) e,
desse modo, promove uma diminuição do pH do ambiente.
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
O S0 pode ser tanto reduzido quanto oxidado.
A redução de S a sulfeto (uma forma de respiração anaeróbia) é um
importante processo ecológico, especialmente entre as arquéias
hipertermófilas. Exemplo: Desulfuromonas.
Embora as bactérias redutoras de SO42- possam também realizar essa
reação, a maior parte da redução de S na natureza é realizada por
redutores de S distintos, incapazes de reduzir o SO42-.
Contudo, os habitats dos redutores de S geralmente são os mesmos
dos redutores de SO42-, assim, do ponto de vista ecológico, os dois
grupos formam uma aliança metabólica unificada para a formação de
H2S.
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
Plantas e bactérias incorporam sulfatos, que se tornam parte dos
aminoácidos que contêm S para seres humanos e outros animais.
Nesses organismos, eles formam ligações dissulfeto que constituem a
estrutura das proteínas.
À medida que as proteínas são decompostas (dissimilação), o S é
liberado na forma de H2S e reintegra o ciclo.
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do S
Além das formas inorgânicas de S, diversos compostos orgânicos de S
podem também ser metabolizados por bactérias e eles participam do
seu ciclo biogeoquímico.
Muitos desses compostos de odor desagradável são altamente
voláteis, podendo penetrar na atmosfera.
O composto orgânico sulfurado mais abundante na natureza é o
dimetil-sulfeto (CH3–S–CH3), produzido principalmente em ambientes
marinhos.
Muitos outros compostos orgânicos sulfurados interferem no ciclo
global do S, incluindo o metanetiol (CH3SH), dimetil-dissulfeto (H3C–S–
S–CH3) e dissulfeto de carbono (CS2).
Ciclos biogeoquímicos
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Ciclos biogeoquímicos
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Ciclo do P
• O P existe na natureza principalmente como fosfatos orgânicos e
inorgânicos e sofre pequenas modificações em seu estado de
oxidação.
• Seu ciclo envolve mudanças de formas solúveis para insolúveis e
de fosfato orgânico para inorgânico, frequentemente em relação ao
pH. Diferentemente dos outros ciclos, não existe um produto volátil
contendo P para retornar para a atmosfera.
• Os reservatórios de P incluem minerais contendo fosfato em rochas,
fosfatos dissolvidos em águas doces e águas marinhas e os ácidos
nucleicos e fosfolipídeos de organismos vivos.
• Na natureza, o P percorre os organismos vivos (como P celular),
águas e solos (como P inorgânico e orgânico) e a crosta da Terra
(como P inorgânico).
Ciclos biogeoquímicos
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Outros ciclos importantes
• Fe.
• Mn.
• Ca.
• Si.
Ciclos biogeoquímicos
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Impacto humano sobre os ciclos
Os seres humanos têm um profundo 
nutrientes, adicionando e removendo 
grandes quantidades.
impacto sobre os ciclos de
componentes dos ciclos em
Exemplos: Hg (toxicidade), compostos de N (a quantidade anual de
fertilizantes nitrogenados produzidos se assemelha a quantidade de N
fixado pela fixação biológica de N) e gases do efeito estufa (GEEs).
Ciclos biogeoquímicos
GEEs e aquecimento global
• CO2 (aumentou na atmosfera em cerca de 40% desde 1800 e 
continua crescendo em cerca de 2 ppm por ano).
• CH4.
• N2O.
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Ciclos biogeoquímicos
GEEs e aquecimento global
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Ciclos biogeoquímicos
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GEEs e aquecimento global
Estima-se que a temperatura média do ar da Terra aumentou 0,75 ℃
no século XX e projeta-se que aumente em 1,1 a 6,4℃ no século XXI.
Este aumento seria muito mais rápido se não fosse a alta solubilidade
do CO2 na água, o que produz ácido carbônico. A maior parte do CO2
antropogênico se dissolve assim nos oceanos.
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Ciclos biogeoquímicos
GEEs e aquecimento global
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Ciclos biogeoquímicos
GEEs e aquecimento global
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Ciclos biogeoquímicos
GEEs e aquecimento global
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BIODEGRADAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS E 
BIORREMEDIAÇÃO
MICROBIOLOGIA AMBIENTAL
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biorremediação
Uso de microrganismos na remoção ou detoxificação de compostos 
químicos tóxicos ou indesejáveis de um ambiente.
Esses poluentes incluem materiais naturais (como derivados do
petróleo) e químicos xenobióticos e sintéticosnão produzidos por
organismos na natureza.
Xenobiótico: Composto sintético que não é produzido por organismos na natureza.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
Biorremediação
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Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Local de ocorrência do processo de biorremediação
• In situ - Envolve tratar o material contaminado no próprio local, ou 
seja, o processo de biodegradação ocorre no local contaminado.
– Bioestimulação.
– Bioaumentação.
– Fitorremediação.
– Bioventilação.
• Ex situ - Consiste na remoção do material 
tratamento em local externo ao de sua origem.
– Landfarming.
– Compostagem.
– Biopilha.
– Biorreatores.
contaminado para
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Poluentes inorgânicos
Principalmente metais e radionuclídeos, que não podem ser
destruídos, mas somente alterados na sua forma química.
Quando o nível de poluição do meio ambiente é muito grande, a
remoção física do material contaminado é impossível, sendo a
contenção a única opção real.
Um objetivo comum na biorremediação de poluentes inorgânicos é
mudar a sua mobilidade, tornando-os menos propensos a mover-se
com as águas subterrâneas e assim contaminar ambientes no entorno.
Radioisótopo: Isótopo que é instável. Passível de sofrer um processo chamado 
decaimento radioativo.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
Biorremediação de ambientes contaminados com urânio
• Importante em locais onde minérios de urânio (U) têm sido
transformados ou armazenados, o pode acarretar na contaminação
de águas subterrâneas (risco para saúde humana e ambiente).
• Alternativa aos métodos mecânicos (muito caros devido ao tamanho
das contaminações).
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Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biorremediação de ambientes contaminados com urânio
• Explora a capacidade de algumas bactérias de reduzir U6+ (solúvel)
a U4+ (imóvel - uraninita), em um processo acoplado a oxidação da
matéria orgânica e H2.
• Estudos de campo em que os doadores de elétrons orgânicos têm
sido injetados em aquíferos contaminados para estimular a redução
de U mostraram bons resultados.
• Exemplos: Shewanella, Geobacter e Desulfovibrio.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Poluentes orgânicos
Diferentemente dos poluentes inorgânicos, os orgânicos podem ser
completamente degradados por microrganismos, eventualmente à
CO2.
Muitos organismos têm sido expostos a misturas complexas de
hidrocarbonetos por meio de infiltrações naturais de petróleo por
milênios, de forma que a maquinaria catabólica necessária para
degradar este poluente natural tem evoluído.
Poluentes xenobióticos tendem a ser mais persistentes e são
degradados por grupos mais especializados de microrganismos.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biorremediação de petróleo
• Formado a partir do craqueamento térmico do querogênio.
• Uma mistura complexa de hidrocarbonetos alifáticos, aromáticos e
naftênicos, além de outros compostos contendo S, O, N e
constituintes organometálicos complexados com Ni e V.
• Fonte rica em MO: seus hidrocarbonetos são facilmente atacados
por microrganismos quando entra em contato com o ar e a
umidade.
Querogênio: Parte insolúvel da matéria orgânica modificada por ações geológicas.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biorremediação de petróleo
• Importante em casos de derramamento.
• Pode ser promovida pela adição de nutrientes inorgânicos para 
equilibrar o enorme fluxo de C orgânico a partir do óleo.
• Pode ocorrer em condições aeróbicas ou anaeróbicas.
• Muito mais rápida na presença de O2, uma vez que a etapa inicial
do processo de biodegradação é a oxidação do substrato por
oxigenases, com a utilização de O2 como aceptor de elétrons.
• Na presença de O2, pode ser realizada por diversas bactérias,
alguns fungos e algumas cianobactérias e algas verdes, sendo
maior em ambientes quentes com suprimento inorgânico
(principalmente N e P) adequado.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
Biorremediação de petróleo
O conhecimento das rotas de biodegradação para anaeróbios é
limitado. Sob condições anóxicas, os compostos orgânicos são
sucessivamente oxidados, ou seja, os produtos de cada etapa de
oxidação atuam como substratos nas etapas seguintes, até que a
matéria orgânica seja completamente degradada a biogás.
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Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biorremediação de petróleo - Derramamento
Como o óleo é insolúvel em água e menos denso, ele flutua para a
superfície, formando manchas.
As bactérias que degradam hidrocarbonetos ligam-se a gotículas de
óleo, ocasionando no final a decomposição do óleo e a dispersão da
mancha.
Determinadas espécies especializadas na degradação do óleo, como
Alcanivorax borkumensis, produzem surfactantes glicolipídicos que
auxiliam na degradação do óleo e promovem sua solubilização.
Uma vez solubilizado, o óleo pode ser captado mais rapidamente e
catabolizado como fonte de energia.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biorremediação de petróleo - Derramamento
Em grandes derramamentos, as frações de hidrocarbonetos voláteis
evaporam rapidamente, restando componentes aromáticos e alifáticos
de cadeias médias a longas, os quais devem ser removidos pelas
equipes de limpeza ou pela ação microbiana.
Os microrganismos consomem o óleo oxidando-o a CO2. Quando as
atividades de biorremediação são promovidas pela aplicação de
nutrientes inorgânicos, as bactérias oxidantes de óleo se desenvolvem
rapidamente, e em condições ideais, 80% ou mais dos componentes
não voláteis do petróleo podem ser oxidados em um ano.
Determinadas frações de óleo, como aquelas contendo
hidrocarbonetos de cadeia ramificada ou policíclicos, permanecem no
ambiente por mais tempo.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
Biorremediação de petróleo
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Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Degradação de hidrocarbonetos armazenados
• Tanques de armazenagem de gasolina 
interface óleo-água): potenciais habitats
e de óleo bruto (com 
para microrganismos
oxidantes de hidrocarbonetos.
• Se existir sulfato (SO42-) suficiente no petróleo (como no óleo bruto),
bactérias redutoras podem crescer em tanques 
hidrocarbonetos em condições anóxicas. O H2S
consumindo 
produzido
(altamente corrosivo) provoca corrosão e vazamento dos tanques
juntamente com a acidificação do combustível.
• A degradação aeróbia dos componentes de combustível é um
problema bem menor, uma vez que os tanques de armazenamento
são selados e o próprio combustível contém O2 pouco dissolvido.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Degradação de xenobióticos
• Incluem pesticidas, bifenilos policlorados (PCB), corantes e
solventes clorados, entre muitos outros produtos.
• Alguns diferem quimicamente das estruturas que os organismos
têm encontrado na natureza e os biodegradam muito lentamente
(se degradados).
ser degradados lentamente
• Outros são estruturalmente relacionados com um ou mais
porcompostos naturais e podem 
enzimas que normalmente degradam compostos naturais
estruturalmente relacionados.
Pequenas diferenças nas estruturas químicas podem fazer 
grandes diferenças na biodegradabilidade.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Degradação de xenobióticos - Pesticidas
• Mais de 1.000 tipos comercializados para o controle químico de 
pragas.
• Incluem herbicidas, inseticidas e fungicidas.
• Podem ser de uma ampla gama de tipos químicos, incluindo
compostos clorados, aromáticos e compostos contendo N e P.
• Alguns podem ser utilizados como fontes de C e doadores de
elétronspor microrganismos, enquanto outros não.
• Dentre os principais pesticidas, os compostos altamente clorados
são os mais resistentes ao ataque microbiano, mas compostos
relacionados podem variar consideravelmente na sua
degradabilidade. Exemplo: DDT e 2,4-D.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Degradação de xenobióticos - Pesticidas
Fatores ambientais (como temperatura, pH, aeração e teor de MOS)
influenciam a taxa de decomposição do pesticida, e alguns pesticidas
podem desaparecer dos solos não biologicamente, mas por
volatilização, lixiviação ou decomposição química espontânea.
Alguns pesticidas são degradados apenas quando outro material
orgânico presente pode ser usado como a fonte primária de energia
(cometabolismo).
Na maioria dos casos, os pesticidas que são cometabolizados são
degradados parcialmente, gerando novos compostos xenobióticos, que
podem ser ainda mais tóxicos ou difíceis de degradar do que o inicial.
Do ponto de vista ambiental, o cometabolismo nem sempre é bom.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Degradação de xenobióticos - Compostos clorados
Muitos compostos clorados ou halogenados são altamente tóxicos e
alguns têm sido associados ao câncer (particularmente tricloroetileno).
Alguns destes compostos (como PCBs) têm sido utilizados como
isolantes em transformadores elétricos e, em ambientes anóxicos,
pode ocorrer vazamento lento do transformador ou de recipientes de
armazenamento. Eventualmente, estes compostos acabam nas águas
subterrâneas ou sedimentos.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
Degradação de xenobióticos - Compostos clorados
Sua degradação ocorre por meio de descloração.
Exemplo: Burkholderia.
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Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Degradação de xenobióticos - Compostos clorados
A descloração redutora é especialmente importante devido à rapidez 
com que condições anóxicas se desenvolvem em habitats microbianos
como uma forma de respiraçãopoluídos, sendo caracterizada
anaeróbia em que os compostos orgânicos clorados (como
clorobenzoato) são aceptores terminais de elétrons e, quando 
reduzidos, liberam cloreto (Cl- - substância não tóxica).
Muitos compostos podem ser 
dicloro, tricloro e tetracloro
desclorados 
(percloro)
redutivamente incluindo 
de etileno, clorofórmio,
diclorometano e bifenilas policloradas.
Diversos compostos bromados e fluorados 
desalogenados de uma maneira semelhante.
orgânicos podem ser
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Degradação de xenobióticos - Plásticos
• Polímeros de vários produtos químicos.
• Mais de 40 milhões de toneladas produzidas por ano (quase
metade dos quais são descartados em vez de reciclados).
• Muitos permanecem essencialmente inalterados por longos
períodos em aterros, lixeiras e como lixo no ambiente.
– Esse problema estimulou a busca por alternativas
biodegradáveis denominadas biopolímeros, em substituição a
alguns dos polímeros sintéticos.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Degradação de xenobióticos - Plásticos
Os poli-hidroxialcanoatos (PHAs) são polímeros biodegradáveis 
propriedadesproduzidos por bactérias, que possuem muitas 
desejáveis de plásticos xenobióticos.
Os PHAs podem ser biossintetizados em diversas formas químicas,
cada um com suas próprias propriedades físicas (como rigidez e
resistência ao impacto).
A bactéria Ralstonia eutropha tem sido usada como organismo-modelo
para a produção comercial de PHAs. Esta bactéria geneticamente
manipulável e metabolicamente diversificada produz PHAs com
elevado rendimento, e copolímeros específicos podem ser obtidos por
modificações nutricionais simples.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Bioestimulação
A biorremediação é geralmente realizada pela estimulação das
atividades de microrganismos nativos (autóctones), tendo como
objetivo aumentar as taxas de biodegradação no local contaminado
(bioestimulação).
Para se utilizar desse processo, deve existir no local contaminado uma
comunidade microbiana natural capaz de degradar os contaminantes
presentes e ter uma adaptação às condições ambientais prevalentes.
A estimulação pode ser feita, por exemplo, através da correção do pH,
equilibrando os nutrientes em relação à carga de C do poluente
orgânico, do arejamento do solo, etc.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Bioaumentação
A biorremediação também pode fazer uso de microrganismos
selecionados (autóctones ou alóctones) para se desenvolver em certos
poluentes ou de microrganismos geneticamente modificados que são
especialmente adaptados para metabolizar determinados produtos.
A adição desses microrganismos especializados na região
contaminada é chamada de bioaumento (bioaumentação).
Quando se opta pela estratégia de inoculação de microrganismos
sinergismo com asalóctones, esses devem atuar em 
autóctones, sem interferir de
espécies 
forma negativa nos processos
biogeoquímicos naturais.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Resíduos sólidos
Os resíduos sólidos municipais (lixo) frequentemente são colocados
em grandes aterros compactados. Suas condições são altamente
anaeróbias, e mesmo os materiais considerados biodegradáveis (como
o papel) não são atacados de maneira eficaz pelos microrganismos.
Essas condições anaeróbias promovem a atividade metanogênica. O
metano produzido pode ser extraído por buracos perfurados e
queimado para gerar eletricidade, ou purificado e introduzido em um
sistema de canalização de gás natural.
Biodegradação de substâncias orgânicas e biorremediação
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Compostagem
Processo baseado no uso de microrganismos decompositores aeróbios
(mesofílicos e termofílicos), utilizado na jardinagem para converter
resíduos de plantas em um equivalente de húmus natural.
Uma pilha de folhas ou feixes de grama é submetida à degradação
microbiana. Sob condições favoráveis, a temperatura do composto
aumentará para 55 a 60 ℃ em poucos dias. Depois que a temperatura
diminuir, a pilha pode ser revirada para renovar o suprimento de O2, e um
segundo aumento de temperatura ocorrerá. Ao longo do tempo, as
populações microbianas termofílicas são substituídas pelas populações
mesofílicas, as quais continuam lentamente a conversão para o material
estável semelhante ao húmus.
A eliminação de resíduos municipais pelos métodos de compostagem tem
sido cada vez mais realizada.
DISTRIBUIÇÃO DOS MICRORGANISMOS NO AMBIENTE AQUÁTICO 
INFLUÊNCIA DE FATORES BIÓTICOS E ABIÓTICOS SOBRE A MICROBIOTA AQUÁTICA
MICROBIOLOGIA AMBIENTAL
Microbiologia aquática
H2O subterrânea
• Presente nos solos e rochas de subsuperfície da Terra.
• Habitat microbiano pouco explorado.
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Microbiologia aquática
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Microbiologia da H2O subterrânea
Seu número de bactérias pode variar em diversas ordens de grandeza
(102 a 108 por mL), refletindo primeiramente a disponibilidade de
nutrientes, principalmente sob a forma de C orgânico dissolvido.
H2O relativamente rasas e sistemas aquíferos
• Semelhante a de solos, compostas por Archaea e Bacteria e com 
presença limitada de protozoários e fungos.
H2O profundas (altas temperaturas, pouco O2 e nutrientes)
• Dominadas por quimiolitotróficos (organismos que obtêm energia a 
partir da oxidação de compostos inorgânicos).
• Exemplo: Dominância de bactéria oxidante de H2 e redutora de 
sulfato (SO42-) em amostras de H2O de 3 km de profundidade.
Microbiologia aquática
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Ambientes aquáticos
• De H2O doce.
• Marinhos.
Diferem em diversos aspectos (como salinidade, temperatura, 
profundidade e composição de nutrientes), mas ambos podem 
fornecer habitats excelentes para os microrganismos.
Microbiologia aquática
H2O doce
• Tem grande diversidade de recursos e condições disponíveis ao 
crescimento microbiano.
59
Microbiologia aquática
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H2O doce
Pode ser dividida em zonas:• Litorânea - Presente ao longo da costa. Tem uma vegetação 
enraizada considerável, e a luz penetra através dela.
• Limnética - Consiste na superfície de uma área de H2O aberta longe 
da costa.
• Profunda - H2O mais profunda localizada abaixo da zona limnética.
• Bêntica - Contém o sedimento no fundo.
Microbiologia aquática
H2O doce
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Microbiologia aquática
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Comunidades microbianas de H2O doce
Na H2O (principalmente com baixas concentrações de nutrientes), os
microrganismos tendem a crescer em superfícies paradas e em
partículas. Dessa forma, um microrganismo tem contato com mais
nutrientes do que se estivesse aleatoriamente suspenso e flutuando
livremente pela corrente.
Influenciadas principalmente pela disponibilidade de O2 e luz.
Microbiologia aquática
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Comunidades microbianas de H2O doce
• Consumidores de O2.
• Produtores de O2.
– Fototróficos oxigênicos:
− Cianobactérias e algas (localizadas na zona limnética).
− Principais produtores primários desses ecossistemas (fonte
de MO e energia): sustentam as comunidades de bactérias,
protozoários, peixes e outras formas de vida.
− Podem ser planctônicos (flutuantes) ou bentônicos
(associados ao fundo ou nas laterais de um lago ou rio).
Microbiologia aquática
64
Comunidades microbianas de H2O doce
Os fototróficos oxigênicos produzem compostos orgânicos e O2.
A atividade e diversidade da comunidade microbiana de
quimiorganotróficos (organismos que obtêm energia a partir da
oxidação de compostos orgânicos) dependem principalmente da
produção primária (em particular das taxas e distribuições espaciais e
temporais).
Microbiologia aquática
65
Comunidades microbianas de H2O doce
O O2 não se difunde muito bem na H2O e microrganismos crescendo na
H2O estagnada com nutrientes rapidamente se utilizam do O2 dissolvido
nela.
Quando as taxas de atividade primária são muito elevadas, o excesso
de MO pode levar à depleção de O2 da H2O profunda pela respiração e
desenvolvimento de condições anóxicas. Isso desencadeia formas de
metabolismo anaeróbio (como respiração e fermentação).
Os fototróficos anoxigênicos (bactérias sulfurosas verdes e púrpuras)
também podem fixar CO2 em MO. No entanto, esses organismos
utilizam substâncias reduzidas (como H2S ou H2) como doadores de
elétrons fotossintéticos. A MO produzida por fototróficos anoxigênicos
pode suportar e melhorar a respiração, acelerando a disseminação das
condições anóxicas.
Microbiologia aquática
66
Comunidades microbianas de H2O doce
Na H2O sem O2, os peixes morrem e a atividade anaeróbia produz
odores.
A ação das ondas em camadas superficiais ou o movimento da H2O
nos rios tende a aumentar a quantidade de O2 na H2O e auxilia no
crescimento da população de bactérias aeróbias.
Portanto, o movimento melhora a qualidade da H2O e auxilia na
degradação de nutrientes poluidores.
A estrutura biológica e de nutrientes nos lagos é grandemente influenciada 
pelas mudanças sazonais e gradientes físicos de temperatura e salinidade.
Lagos de clima temperado
67
Microbiologia aquática
H2O doce
Supondo que um corpo de H2O se
torna realmente depledado em O2,
isso vai depender de diversos
fatores, incluindo a quantidade de
MO presente e o grau de
mistura da coluna de H2O.
A MO não é consumida nas
camadas superiores e afunda e é
decomposta pelos anaeróbios.
68
Microbiologia aquática
H2O doce
Os lagos podem conter altos
níveis de MO dissolvida porque os
nutrientes inorgânicos que são
executados fora do terreno
circundante podem desencadear a
proliferação de algas e bactérias.
Estes organismos
geralmente 
orgânicos 
compostos
diversos
e liberam 
orgânicos
excretam 
compostos 
também 
complexos
quando eles morrem e se 
decompõem.
69
Microbiologia aquática
H2O doce
A combinação da estratificação do
corpo de H2O durante o verão, alta
carga orgânica e limite de
transferência de O2 (pouca
solubilidade na H2O e intercâmbio
lento com a atmosfera) resultam
no esgotamento de O2 das H2O
o ambiente
organismos
plantas e
profundas, tornando 
inadequado para 
aeróbios, como 
animais.
70
Microbiologia aquática
H2O doce
O ciclo de rotatividade anual
permite que as H2O do fundo do
lago passem de óxidas para
anóxicas e voltem para óxidas.
A atividade microbiana 
composição da
e a
comunidade são
alteradas com estas mudanças no
conteúdo de O2, mas outros
fatores que acompanham a
rotatividade da coluna de H2O, 
principalmente mudanças de
temperatura e níveis de nutrientes,
também governam a diversidade e
a atividade microbiana.
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Microbiologia aquática
H2O doce
inorgânica forSe a 
escassa
matéria
(como
cristalinos e no oceano
em lagos 
aberto),
poderá haver substrato disponível
insuficiente para os
quimiorganotróficos consumirem
todo o O2.
Os microrganismos que dominam
estes ambientes são
oligotróficos
geralmente 
(organismos
adaptados para crescer em 
condições muito diluídas).
72
Microbiologia aquática
H2O doce
Onde as correntes são fortes, ou
se houver turbulência devido à
mixagem do vento, a coluna de
H2O pode ser bastante misturada,
e, consequentemente, a
oxigenação pode ser transferida
para as camadas mais profundas.
73
Microbiologia aquática
74
H2O doce
Os níveis de O2 nos rios e córregos também são de interesse,
especialmente aqueles que recebem insumos de MO das áreas
urbanas, agrícolas ou de poluição industrial.
Mesmo em um rio bem agitado (com rápido fluxo de H2O e
turbulência), grandes insumos orgânicos podem levar a um déficit de
O2 acentuado pela respiração bacteriana.
Microbiologia aquática
H2O doce
Logo que a H2O se afasta do ponto 
de entrada do insumo, por exemplo,
uma entrada 
consumida
de esgoto, a MO é 
gradualmente, e o
conteúdo de O2 retorna aos níveis
anteriores.
As entradas de nutrientes dos rios
e córregos (como nos lagos) de
esgotos ou outros poluentes podem
levar a florações
cianobactérias e algas e
aquáticas, diminuindo,
de
plantas
desse
modo, a qualidade global da H2O e
das condições de crescimento
para os animais aquáticos.
75
Microbiologia aquática
76
H2O doce
Locais mais profundos das zonas bênticas têm baixas concentrações
de O2 e menos luz.
O crescimento de algas próximo à superfície com frequência filtra a
luz, de modo que os microrganismos fotossintéticos em zonas mais
profundas comumente utilizam diferentes comprimentos de onda de luz
daqueles utilizados por fotossintetizadores da superfície.
Microbiologia aquática
77
Comunidades microbianas da H2O doce
As bactérias sulfurosas púrpuras e verdes são encontradas na zona 
profunda. Essas bactérias são organismos anaeróbios fotossintéticos que
4metabolizam H2S em S e sulfato (SO
2-) nos sedimentos do fundo da zona
bêntica.
O sedimento na zona bêntica inclui bactérias como o Desulfovibrio, que 
utiliza o SO 2- como aceptor de elétrons e o reduz à H S.
4 2
As bactérias produtoras de metano também fazem parte dessas
populações bênticas anaeróbias. Em águas estagnadas, pântanos ou
sedimentos de fundo, elas produzem gás metano.
Espécies de Clostridium são comuns em sedimentos de fundo e podem
incluir os organismos causadores do botulismo, particularmente aqueles
causadores de surtos de botulismo em aves aquáticas.
Microbiologia aquática
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Demanda bioquímica de O2 (DBO)
• Capacidade de consumo microbiano de O2 em um corpo de H2O.
• Determinada retirando-se uma amostra, a qual é submetida à aeração a
fim de saturar a H2O com O2 dissolvido e, em seguida, vertida em um
frasco selado, o qual é incubado por um período de tempo padrão
(geralmente 5 dias, a 20 ℃ ) , determinando-se, ao final do período de
incubação, a quantidade de O2 residual na H2O.
• Sua determinação permite avaliar a quantidade de MO existente na H2O
passível de ser oxidada pelos microrganismos ali presentes.
A presença de grandes quantidades de compostos orgânicos e inorgânicos
em uma H2O de rejeitos resulta em uma DBO elevada.À medida que um lago ou um rio recupera-se da introdução de MO ou da
excessiva produção primária, a DBO, inicialmente elevada, sofre um
decréscimo, sendo acompanhada por um aumento correspondente de O2
dissolvido no ecossistema.
Microbiologia aquática
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Demanda química de O2 (DQO)
• Outra medida relacionada com a MO no corpo de H2O.
• Utiliza agentes oxidantes fortes (como o dicromato de potássio)
para oxidar a MO a CO2, de forma que a quantidade MO presente é
proporcional a quantidade de dicromato consumido.
• Muitas vezes utilizada como uma medida rápida da qualidade da
H2O e da sua DBO potencial.
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Microbiologia aquática
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Diversidade microbiana da H2O doce
A grande diversidade procariótica dos ambientes de H2O doce reflete a
característica dinâmica destes habitats.
Os lagos normalmente recebem insumos sazonalmente variáveis de
nutrientes endógenos e exógenos, um padrão que sustenta uma
comunidade procariota complexa filogenética e metabolicamente.
A interpretação da diversidade funcional da estrutura da comunidade
de procariotos nos lagos é limitado, pela reduzida viabilidade de
representantes cultiváveis.
Microbiologia aquática
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Diversidade microbiana da H2O doce
• Estudos em superfícies de lagos (epilímnio).
• Cinco filos bacterianos rotineiramente observados: Proteobacteria
(com grande diversidade de Betaproteobacteria), Actinobacteria
(quimiorganotróficas que degradam ácidos nucleicos e proteínas),
Bacteroidetes (provavelmente importantes na degradação de
diversos biopolímeros e materiais húmicos), Cyanobacteria e
Verrucomicrobia.
• Presença de arquéias dos filos Euryarchaeota, Crenarchaeota e
Thaumarchaeota (associam-se com espécies conhecidas por oxidar
amônia).
Microbiologia aquática
Diversidade microbiana da H2O doce
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Referências
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• TORTORA: Cap. 27 (p. 776 - 780).
• MADIGAN: Caps. 19 (p. 611 - 615), 20 e 21 (p. 653 - 657).