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1 2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA ................................................. 4 1.1 Posição dos microrganismos no mundo vivo .............................. 5 1.2 Áreas de aplicação da Microbiologia ........................................... 6 1.3 A Evolução da Microbiologia ....................................................... 7 1.4 Geração Espontânea vs Biogênese ............................................ 7 1.5 Teoria Microbiana das Doenças .................................................. 8 2 MICROBIOLOGIA AMBIENTAL ....................................................... 10 2.1 Impacto dos microrganismos no ambiente ................................ 10 2.2 Biogeografia .............................................................................. 11 2.3 População microbiana ............................................................... 11 2.4 Nicho Ecológico ......................................................................... 11 2.5 Ecologia ..................................................................................... 12 2.6 Densidade Populacional ............................................................ 12 2.7 Lei do mínimo de Liebig ............................................................ 13 2.8 Lei da tolerância de Shelford ..................................................... 13 3 MICRORGANISMOS PRESENTES NO SOLO ............................... 17 4 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS 19 4.1 Bactérias ................................................................................... 20 4.2 Fungos ...................................................................................... 21 4.3 Protozoários (protista) ............................................................... 23 4.4 Vírus .......................................................................................... 23 5 CRESCIMENTO MICROBIANO ...................................................... 24 5.1 Fatores Físicos .......................................................................... 24 5.2 Fatores Químicos ...................................................................... 26 3 6 MEIOS E CONDIÇÕES PARA O CULTIVO DE MICRORGANISMOS 28 6.1 Os tipos de meios de cultura para o cultivo de microrganismos 29 6.2 A classificação dos meios de cultura ......................................... 30 7 CATABOLISMO E ANABOLISMO ................................................... 30 8 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS .......................................................... 32 8.1 O ciclo do carbono .................................................................... 33 8.2 O ciclo da água ......................................................................... 34 8.3 O ciclo do nitrogênio .................................................................. 35 8.4 Ciclo do Oxigênio ...................................................................... 36 8.5 O ciclo do enxofre ..................................................................... 37 8.6 O ciclo do fósforo ...................................................................... 38 8.7 Interferência humana sobre os ciclos biogeoquímicos .............. 39 BIBLIOGRAFIA ...................................................................................... 40 9 LEITURA COMPLEMENTAR ........................................................... 43 9.1 Qualidade microbiológica de 10 amostras de café produzido numa indústria em João Pessoa ............................................................................. 43 https://comocriarumblog.online/ 4 1 INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA A palavra Microbiologia deriva do grego: mikros (“pequeno”), bios (“vida”), e logos (“ciência”). Esta Ciência estuda os organismos microscópicos e suas atividades biológicas, isto é, verificam as diversas formas, estruturas, reprodução, aspectos bioquímico-fisiológicos, e seu relacionamento entre si e com o hospedeiro, podendo ser benéficos e prejudiciais. A Microbiologia trata os organismos microscópicos unicelulares, onde todos os processos vitais são realizados numa única célula. Independente da complexidade de qualquer organismo, a célula é, e deve ser considerada, a unidade básica da vida. Todas as células vivas são basicamente estão compostas de: protoplasma (do grego: primeira substância formada), complexo orgânico coloidal constituído principalmente de proteínas, lipídeos e ácidos nucléicos; membranas limitantes ou parede celular; e um núcleo ou uma substância nuclear equivalente. De forma geral, todos os sistemas biológicos possuem as seguintes características comuns: habilidade de reprodução; capacidade de ingestão ou assimilação de substâncias alimentares, visando a obtenção de energia e de crescimento; habilidade de excreção de produtos tóxicos; capacidade de reagir ou se adaptar às alterações do meio ambiente, e susceptibilidade a mutações. Os microrganismos apresentam sistemas específicos para estudo das reações fisiológicas, genéticas e bioquímicas, constituindo a base da vida. Seu crescimento reprodução é rápido e em ritmo elevado, sendo que algumas espécies bacterianas podem apresentar 100 gerações em menos de 24 horas. Os processos metabólicos microbianos são similares ao que ocorrem nos vegetais superiores e nos animais. As leveduras, por exemplo, utilizam a glicose, basicamente do mesmo modo que as células de mamíferos, mostrando que o mesmo sistema enzimático está presente nestes organismos tão diversos. 5 Em Microbiologia podem-se estudar os organismos em detalhes e observar seus processos vitais durante o crescimento, reprodução, envelhecimento e morte. Com a alteração das condições ambientais, se podem alterar as atividades metabólicas, regular o crescimento e, alterar o padrão genético, sem ocasionar a destruição microbiana. Os principais grupos de microrganismos são os protozoários, fungos, algas e bactérias. Os vírus, apesar de não serem considerados organismos vivos e sem partículas, têm algumas características de células vivas. 1.1 Posição dos microrganismos no mundo vivo Em 1866, o zoólogo alemão E. H. Haeckel sugeriu que os microrganismos que não podiam ser classificados como vegetais ou animais, fossem denominados de protistas formando o reino Protista, constituído unicamente por seres unicelulares. Assim, ao se falar de protistas, estariam envolvidas as bactérias, algas, fungos e protozoários, excluindo-se os vírus que não são organismos celulares. Posteriormente, com o desenvolvimento da microscopia eletrônica, forma analisadas as características ultra-estruturas, sendo os microrganismos divididos em: procariotos e eucariotos. Esta divisão é baseada nas diferenças de organização da maquinaria celular. As algas azuis (cianofíceas) e as bactérias são consideradas organismos procariotos. Entre os microrganismos eucariotos estão incluídos os protozoários, fungos e demais algas (obs. as células animais e vegetais são, também, eucarióticas). Os vírus, isolados entre os microrganismos, são deixados de lado neste esquema de organização celular. Robert H. Whittaker (1969) criou outro sistema de classificação, constituído de cinco reinos, baseado no modo pelo qual o organismo obtém nutrientes de sua alimentação. Assim, os microrganismos, são encontrados em três dos cinco reinos: Reino Monera (bactérias e cianobactérias), Reino Protista (algas microscópicas e os protozoários) e Reino Fungi (leveduras e bolores). Até 1977, prevalecia a ideia prevalecente que os procariotos, pela sua simplicidade estrutural, eram ancestrais de eucariotos mais complexos. Entretanto, os estudos de Carl Woese e colaboradores, comprovaram que os 6 procariotos e eucariotos evoluíram por vias completamente diferentes a partir de um ancestral comum. Estespesquisadores utilizaram a técnica que compara o arranjo nucleotídico do RNA entre diferentes organismos. Assim, se as sequências de ribonucleotídeos de dois organismos diferem grandemente, a relação entre ambos seria muito distante; ou seja, esses organismos divergiram há muito tempo de um ancestral comum. Porém, se as sequências forem muito similares, os organismos estariam intimamente relacionados a um ancestral comum. Dentre todos procariotos, existe um terceiro tipo de sequência diferente dos anteriores, concluindo-se que há dois grupos principais de bactérias, denominados de arqueobactérias e eubactérias. 1.2 Áreas de aplicação da Microbiologia Existem numerosos aspectos no estudo da Microbiologia, que são divididos em duas áreas principais: a Microbiologia Básica e a Microbiologia Aplicada. A Microbiologia básica estuda a natureza fundamental e as propriedades dos microrganismos, enfatizando sobre as características morfológicas coloniais e celulares; características fisiológicas (necessidades nutricionais específicas e condições necessárias ao crescimento e reprodução); atividades fisiológico-bioquímicas (Metabolismo); características genéticas; características ecológicas e sua relação com outros organismos e com o hospedeiro; potencial de patogenicidade; e classificação taxonômica. Já a Microbiologia aplicada estuda como os microrganismos podem ser usados ou controlados com finalidades práticas, sendo os principais campos de aplicação a medicina, agricultura, indústria, e meio ambiente. Certos microrganismos fermentam material orgânico animal e humano, produzindo gás metano que pode ser coletado e usado como combustível. Na indústria, são utilizados na síntese de uma variedade de substâncias químicas, desde o ácido cítrico até antibióticos. Na indústria do petróleo são utilizados exopolissacarídeos bacterianos, para aumentar a extração do petróleo de rochas reservatório; e na área ambiental, para degradar poluentes específicos, como herbicidas e inseticidas. 7 A Microbiologia Médica estuda os microrganismos causadores de doenças em humanos e animais. Por exemplo, pelo uso da engenharia genética, têm sido usadas enzimas bacterianas que dissolvam coágulos sanguíneos, vacinas humanas e testes rápidos para diagnóstico de várias infecções, entre outras. A Microbiologia de alimentos está relacionada com as doenças que podem ser transmitidas pelos alimentos, como por exemplo, infecções causadas por salmonelas, estafilococos e clostrídios. 1.3 A Evolução da Microbiologia Considera-se o início da Microbiologia se deu quando se aprendeu a polir lentes de vidro, e ao combiná-las produzia aumentos suficientes para a visualização de microrganismos. No século XIII, Roger Bacon postulou que a doença era produzida por seres vivos invisíveis. Este postulado foi reforçado e defendido por Fracastoro de Verona (entre 1483-1553), e posteriormente por Von Plenciz (1762), mas nenhum deles apresentava provas. Em 1665, Robert Hooke visualiza e descreve as células em um pedaço de cortiça, sugerindo que animais e plantas, por mais complexos que sejam, eram compostos de partes elementares repetidas. Entretanto, é muito provável que o primeiro a visualizar bactérias e protozoários, foi o holandês Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723), relatando suas observações, com descrições precisas e desenhos, denominando de pequenos “animálculos”. Posteriormente, foi usada a palavra “bacterium”, introduzida pelo alemão Ehrenberg, em 1828, que significa da palavra em grego "pequeno bastão". Em 1878, o cirurgião francês, Charles-Emmanuel Sedillot introduz a palavra micróbio. 1.4 Geração Espontânea vs Biogênese A descoberta dos microrganismos incentivou o interesse científico sobre a origem dos seres vivos. Já entre 384 e 322 a.C., Aristóteles pensava que os animais podiam se originar, espontaneamente, do solo, plantas ou outros animais diferentes, e esta ideia ainda continuou até o século XVII. Tudo isto, devido a que, por exemplo, larvas podiam ser originadas pela decomposição da 8 carne, embora o pesquisador Francesco Redi (1626-1697) já duvidava desse fato. Assim, ele realizou um experimento na qual colocou carne numa jarra coberta com gaze. Atraídas pelo odor da carne, as moscas puseram seus ovos sobre a cobertura e as larvas emergiam. Entre 1729 e 1799, Spallanzani ferveu caldo de carne durante uma hora, fechando os frascos após fervura. Nenhum microrganismo apareceu, mas seus resultados, ainda que repetidos, não convenceram. 60 a 70 anos mais tarde dois pesquisadores responderam a este argumento. Franz Schulze (1815-1873) aerava infusões fervidas, fazendo o ar atravessar soluções fortemente ácidas, enquanto Theodor Schwann (1810- 1882) forçava o ar através de tubos aquecidos ao rubro. Em nenhum dos casos surgiram os micróbios. Os adeptos da geração espontânea não se convenceram, dizendo que o ácido e o calor é que não permitiram o crescimento dos micróbios. O conceito da geração espontânea foi revivido, pela última vez, por Pouchet (1859), que segundo ele tinha a prova da ocorrência. Pouchet foi rebatido por Louis Pasteur (1822- 1895) onde pelo conhecido experimento, onde preparou um frasco com pescoço de cisne, as soluções nutritivas foram fervidas no frasco e o ar não-tratado e não-filtrado podia passar para dentro ou para fora. Os micróbios, porém, depositavam-se no pescoço de cisne e não apareciam na solução. Finalmente, John Tyndall (1820-1893) efetuou experiências numa caixa especialmente desenhada para provar que a poeira carrega os micróbios. Se não houver poeira, o caldo estéril ficará livre de crescimento microbiano por períodos indefinidos de tempo. 1.5 Teoria Microbiana das Doenças Em 1762, Von Plenciz, afirmou que os seres vivos seriam as causas de doenças, e que microrganismos diferentes eram responsáveis por enfermidades diferentes. O médico Oliver W. Holmes (1809-1894) insistia que a febre puerperal era contagiosa e, provavelmente, causada por um germe transmitido de uma mãe para outra por intermédio das parteiras e dos médicos. Quase na mesma época, o médico húngaro Ignaz P. Semmelweis (1818-1865) introduzia o uso de antissépticos na prática obstétrica. Na França, Louis Pasteur estudou os 9 métodos e processos envolvidos na fabricação de vinhos e cervejas. Observou que a fermentação de frutas e grãos resultava em álcool, e era produzido por micróbios. Pasteur sugeriu que os tipos indesejáveis de microrganismos deveriam ser eliminados pelo calor, não tão intenso que prejudicasse o gosto do suco de fruta, mas suficiente para tornar inócuo o micróbio. Assim, mantendo os sucos a uma temperatura de 62-63 o C, durante uma hora e meia, obtinha o resultado desejado. Este processo tornou-se conhecido como pasteurização e hoje é amplamente utilizado nas indústrias de fermentação, e dos derivados do leite, visando a destruição dos microrganismos patogênicos. Na Alemanha, o médico Robert Koch (1843-1910) estudou o problema do carbúnculo hemático, que é uma doença do gado bovino, caprino e, às vezes, do homem. Ele descobriu os bacilos típicos com extremidades cortadas em ângulos retos, no sangue de animais mortos pela infecção carbunculosa. Inoculou as bactérias em meios de cultura, examinou-as ao microscópio para verificar de que apenas uma espécie tinha se desenvolvido e injetou-as em outros animais para verificar se estes se tornavam doentes e desenvolviam os sintomas clínicos do carbúnculo. A partir destes animais experimentais, Koch isolou micróbios iguais aos que tinha encontrado originalmente nos animais infectados. Esta foi a primeira vez que uma bactéria foi comprovada como causa de doença animal. A partir disto foram estabelecidos os postulados de Koch: Um microrganismo específico pode sempre ser encontrado em associação com uma dada doença; Oorganismo pode ser isolado e cultivado, em cultura pura, no laboratório; A cultura pura produzirá a doença quando inoculada em animal sensível; É possível recuperar o microrganismo, em cultura pura, dos animais experimentalmente infectados. 10 2 MICROBIOLOGIA AMBIENTAL A microbiologia ambiental é a interface entre as ciências ambientais e a ecologia microbiana. Estuda os microrganismos e suas funções na condução de processos nos sistemas naturais e prioriza os efeitos provocados pela presença e atividade desses no meio ambiente. Com os avanços da biologia molecular aumentou-se a habilidade de detectar e identificar microrganismos e suas atividades no ambiente. A diretriz principal da vida microbiana é sua sobrevivência, manutenção, geração de ATP e crescimento. A grande diversidade de habitats fez com que os microrganismos estivessem sob diferentes pressões seletivas o que resultou na seleção de grande variedade metabólica, fisiológica e molecular. Considerando-se que microrganismos ambientais podem afetar vários aspectos da vida, e são facilmente transportados entre ambientes, as interfaces do campo de microbiologia ambiental têm um número grande de diferentes subespecialidades, incluindo solo, ambiente aquático, qualidade da água, saúde ocupacional e controle de infecções e microbiologia industrial. 2.1 Impacto dos microrganismos no ambiente Os microrganismos são agentes primários das mudanças geoquímicas. Algumas características que possibilitam essa atuação ampla no ambiente são sua distribuição ubíqua devido à grande diversidade metabólica e fisiológica, pelo fato de serem pequenos e possuírem grande área superficial e as altas taxas de atividade metabólica e de crescimento. Os microrganismos são elementos chave na ciclagem e liberação dos nutrientes e na manutenção da composição química do solo, água, sedimentos e atmosfera. Além disso, são importantes na detoxificação de poluentes orgânicos e inorgânicos, sendo a base de muitas tecnologias emergentes com aplicação ambiental e industrial. 11 2.2 Biogeografia É o estudo da distribuição da diversidade no tempo e no espaço. Destina- se a revelar onde os organismos vivem, sua abundancia e o porquê, ou seja, revela a diversidade e a atividade desses. 2.3 População microbiana Os ecossistemas são formados pelas comunidades biológicas e pelos componentes abióticos. Cada ecossistema apresenta uma diversidade de microrganismos distribuídos em duas categorias: Autóctones ou indígenas, que são os microrganismos residentes e naturais daquele ambiente. Alóctones ou não indígenas, que são os microrganismos transitórios. O ecossistema pode ser ocupado por microrganismos especializados metabolicamente e que são restritos a um ambiente distinto. 2.4 Nicho Ecológico O nicho corresponde ao papel funcional do microrganismo na comunidade e suas características de adaptação às condições ambientais. Cada espécie apresenta requerimentos nutricionais particulares, propriedades cinéticas e potenciais bioquímicos. As características do microrganismo são determinantes da habilidade ou não de realizar uma função particular no ambiente (Figura 1). 12 2.5 Ecologia É o estudo da estrutura e da função do ecossistema. A estrutura é a composição da comunidade biológica, a quantidade e a distribuição dos componentes abióticos e a faixa gradiente das condições ambientais. Já a função envolve processos relacionados com o fluxo de energia, a ciclagem de nutrientes e a regulação mútua dos organismos no ambiente. 2.6 Densidade Populacional Corresponde ao número de indivíduos por área. Pode ser modificada por fatores abióticos, como modificações físico-químicas no meio, por fatores bióticos, especialmente por relações ecológicas como a competição, e pelas taxas de migração, mortalidade e natalidade. 13 2.7 Lei do mínimo de Liebig A biomassa total de um organismo é determinada pelo nutriente presente no meio em menor concentração em relação a seus requerimentos. Em um dado ecossistema sempre haverá algum fator nutricional limitante. 2.8 Lei da tolerância de Shelford A ocorrência e abundância de um microrganismo em um ambiente depende não somente dos nutrientes disponíveis, mas também dos fatores químicos e físicos. O microrganismo apresenta um conjunto complexo de condições, dentro de uma faixa de tolerância. Se qualquer condição exceder os limites mínimo ou máximo, o organismo falha e morre. Para todo fator abiótico existe uma faixa de crescimento, com valores cardeais mínimo, ótimo e máximo. Determinantes ambientais - Químicos – nutrientes, minerais, composição atmosférica, pH, fatores de crescimento, fontes de carbono e energia, potencial de eletro-redução. - Físicos – radiação, pressão, salinidade, temperatura, atividade de água, superfície. - Biológicos – relações espaciais, genética do microrganismo e relações ecológicas. Microrganismos extremófilos Prosperam ou requerem condições extremas que excedem as condições ótimas para o crescimento e reprodução da maioria dos microrganismos. Sobrevivem em um leque de ambientes diferentes e utilizam uma gama de diferentes fontes de carbono e energia. Possuem estratégias para reter água e manter suas membranas, proteínas e ácidos nucléicos funcionais. 14 Temperatura Afeta a taxa de crescimento por alterar a taxa das reações químicas. A elevação da temperatura, até certos limites, leva ao aumento do crescimento e das atividades metabólicas até um ponto, a partir do qual as reações de inativação começam a atuar. - Psicrófilos – crescem em temperaturas baixas, na faixa de 0oC a 200C, com temperatura ótima em torno de 15oC. Não toleram o calor e são encontrados em ambientes constantemente frios, tais como as regiões polares. - Psicrotolerantes – capazes de crescer a 0 oC, mas com crescimento ótimo na faixa de 20 oC a 40 oC. São um problema na conservação de alimentos, sendo comumente encontrados em alimentos estragados. - Mesófilos – com temperaturas medianas como ótimas de crescimento (25 oC a 40 oC). São encontradas em animais de sangue quente e em ambientes terrestre e aquáticos de latitudes tropicais. - Termófilos – com crescimento ótimo em temperaturas superiores a 45oC. São encontrados em ambientes quentes. Geralmente produzem esporos resistentes ao calor que sobrevivem inclusive aos tratamentos térmicos a que são submetidos os alimentos enlatados. Importantes também em acúmulos de compostos orgânicos cuja temperatura pode ser bastante alta. - Hipertermófilos - crescimento ótimo em temperaturas superiores a 80oC. encontrados em fontes termais, gêiseres e fendas hidrotermais. Pressão hidrostática Os microrganismos são classificados de acordo com a faixa de pressão hidrostática em que crescem. E são classificados em: - Sensíveis – crescem bem a 1 atm. - Barotolerantes – resistem a pressões bastante altas. - Barofílicos – Precisam de grande pressão para crescer bem. Morrem a 1 atm. 15 Pressão osmótica Força com a qual a água se move através da membrana plasmática, de uma solução hipotônica para uma solução hipertônica. Pode causar desidratação, lise ou plasmólise. Salinidade É a soma da concentração de todos os constituintes iônicos dissolvidos na água. A alta concentração de sal afeta a pressão osmótica, desnatura proteínas e desidrata a célula. De acordo com a salinidade os microrganismos podem ser classificados em: - Não halofílicos – não necessitam de sal para crescer e não toleram sua presença no meio. - Halotolerantes – não necessitam de sal para crescer, mas suportam certa quantidade no meio. O crescimento ótimo ocorre na ausência do sal. - Halófilos- requerem certa quantidade de sal para crescer. Podem ser discretosou moderados, necessitando de baixa concentração de sal no meio, ou extremo, necessitando de altíssima concentração de sal para crescer. Disponibilidade de água A água é essencial para a atividade e crescimento dos microrganismos. Processos fisiológicos requerem água para movimentação, trocas gasosas, trocas de soluto, excreção de resíduos, obtenção de nutrientes e outras funções. A atividade de água (Aa ou aw) é o parâmetro que mede a disponibilidade de água para o microrganismo. Os valores de aw podem variar de 0 a 1. Representa a água que está livre para agir como solvente ou participar de reações químicas. É a água não ligada a macromoléculas por forças físicas. A atividade de água corresponde à pressão de vapor da solução dividida pela pressão de vapor da água pura. A atividade de água reduzida aumenta a fase lag do crescimento, inibe a produção de toxinas por alguns microrganismos e 16 altera a permeabilidade da membrana celular, levando à perda de moléculas essenciais. Fatores que interferem nos efeitos da atividade de água - Temperatura– quanto mais próximo à temperatura ótima de crescimento, maior a faixa de atividade de água em que o crescimento microbiano é possível. - Nutrientes – a disponibilidade amplia a faixa de atividade de água onde o crescimento microbiano é possível. Microrganismos que crescem em baixas atividades de água bombeiam íons inorgânicos para o interior da célula ou sintetizam solutos orgânicos (chamados de solutos compatíveis). A quantidade máxima de solutos compatíveis acumulados corresponde a uma característica geneticamente determinada. Adaptações aos períodos de dessecação - Formação de esporos. - Formação de polissacarídeos extracelulares (cápsula, camada mucosa com trehalose). - Síntese de açúcares que formam uma fase de cristal não cristalino que se liga a proteínas, impedindo sua desnaturação. - A trealose forma ligações de hidrogênio com lipídeos, substituindo a molécula de água e mantendo o estado fluido da membrana. Adaptações à grande quantidade de água - Parede celular rígida para evitar a lise em bactérias. - Vacúolos contráteis em protozoários para bombear o excesso de água para fora da célula. - Excreção de água através de aquaporinas em algumas bactérias. 17 3 MICRORGANISMOS PRESENTES NO SOLO Microrganismos do solo, em conjunto com a biota total e, especialmente, com a vegetação superior, constituem um dos cinco fatores que interagem na formação do solo; os outros quatros são clima, topografia, material parental e tempo. Os processos físicos e químicos de desagregação das rochas para finas partículas com grandes áreas de superfície e, acompanhado da perda de nutrientes das plantas, iniciam o processo de formação do solo. Os dois principais nutrientes que são deficientes nos estágios iniciais desse processo são carbono e nitrogênio. Por isso, os colonizadores iniciais do material parental do solo são usualmente organismos capazes de fotossintezar e fixar nitrogênio. Esses são predominantemente as cianobactérias, também conhecidas como algas azuis esverdeadas. Após o estabelecimento da vegetação superior, processos contínuos do solo produzem a mistura dinâmica de vida e morte das células, matéria orgânica do solo, e partículas minerais em pequenos tamanhos suficientemente para permitir íntimas interações coloidais características do solo (PAUL; CLARK, 1988). Em termos de diversidade genética, o solo é o local de inúmeras e variadas populações de todos os tipos de microrganismos, sendo o reservatório final da maioria deles (CARDOSO, 1992). Além disso, contém bilhões de organismos, os quais têm funções e nichos ecológicos específicos, e cada um contribui para várias atividades bióticas no ambiente. Os maiores grupos de organismos do solo incluem vírus, bactérias, fungos, algas e macrofauna como artrópodes e protozoários. Esses organismos têm específicos nichos ecológicos e funções, e cada um contribui para várias atividades do ambiente. As bactérias e fungos são importantes nas transformações bioquímicas, principalmente de agrotóxicos. Populações destes organismos contêm grupos diversos que podem mediar um número infinito de transformações bioquímicas. A importância da microflora do solo é demonstrada pelos seus números e biomassa (Tabela 1) (PEPPER; JOSEPHSON, 1996 citados por PEPPER et al., 1996). 18 Em se tratando da diversidade de microrganismos no solo, cerca de 160.000 espécies são conhecidas e descritas na literatura. A cada ano, uma média de 1.700 e 120 novas espécies de fungos e bactérias, respectivamente, são descritas na literatura. Estimativas, consideradas por alguns como conservadoras apontam para um total em torno de 1,8 milhões de espécies (HAWKSWORTH, 1992 citado por COUTINHO et al., 2001). Contudo, talvez menos de 0,1 a 10% das espécies microbianas, dependendo do hábitat estudado, tenham sido descobertas e nomeadas até o presente (TRÜPER, 1992 citado por COUTINHO et al., 2001). A população microbiana do solo existe em equilíbrio dinâmico formado pelas interações dos fatores bióticos e abióticos que podem ser alterados pelas modificações do meio ambiente. As bactérias são os organismos mais abundantes e os mais versáteis degradadores de agrotóxicos, com uma população que varia de 106 a 109 organismos g-1 solo. Os fungos ocorrem em menor número, 104 a 106 g-1 solo. O número total de actinomicetos no solo é cerca de 107 g-1 solo (HEAD et al., 1990). A dominância e participação de bactérias em processos do solo baseadas em literaturas (CLARK; PAUL, 1988; PEPPER et al., 1996) podem ser tendenciosas pela facilidade de isolamento de espécies ou facilidade de seu cultivo in vitro. Esses autores citam que, no solo, há dominância dos gêneros de bactérias Arhrobacter, Streptomyces, Pseudomonas e Bacillus; de fungos Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Rhizoctonia, Alternaria e Rhizopus e, de actinomicetos (tecnicamente classificados como bactérias) Streptomyces. Em relação às ferramentas para classificação de microrganismos, existem avanços no desenvolvimento de novas técnicas. Azevedo (1998) destaca técnicas, não só como auxiliares na taxonomia microbiana como também na 19 detecção de novos microrganismos como: eletroforese para isozimas, hibridizações DNA-DNa, técnicas de análise direta do DNA conhecidas por siglas como RFLP, PCR, RAPD, além do uso de eletroforese em campo pulsado para separar e determinar tamanho e número de cromossomos de microrganismos. Ainda com relação às técnicas, Fungaro e Vieira (1998) ressaltam o uso da técnica de PCR (Reação de Polimerase em Cadeia) na detecção e identificação de microrganismos em ambientes naturais. Os autores apresentam metodologias que permitem detectar microrganismos em amostras obtidas de ambientes naturais, sem a necessidade de cultivá-los em laboratório, incluindo: microrganismos engenheira dos liberados no ambiente, microrganismos selvagens no ambiente, microrganismos viáveis, mas não-cultiváveis. No entanto, cabe salientar que, atualmente, menos de 1% da diversidade das espécies de microrganismos do solo são consideradas cultiváveis por técnicas tradicionais, sendo um problema que pode ser contornado por abordagens metagenômicas. Considerando que o nível da diversidade do solo é maior do que estimativas baseadas em métodos de extração de DNA, esforços são necessários para acessar um metagenôma total para estudos imparciais de ecologia microbiana (DELMONT et al., 2011). Porém, essas abordagens geram um número exorbitante de informações, sendo necessários avanços em bioinformática diante da adaptação à enorme quantidade de dados de sequenciamento gerados (PESSOA FILHO, 2010). 4 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS A caracterização e classificação dos organismosvivos são o principal objetivo nas diferentes áreas da Biologia. As comparações das características de grande número de microrganismos resultam, eventualmente, num sistema de agrupamento das espécies semelhantes. Por fim, cria-se um grupo com características muito semelhantes, que é considerado como uma espécie e recebe um nome específico. Uma cultura que consiste em uma única espécie de microrganismo, independentemente do número de indivíduos, é denominada de cultura axênica ou culturas puras. Se dois ou mais tipos (espécies) crescem 20 juntos, como normalmente ocorre na natureza, passam a constituir uma cultura mista. Antes de identificar e classificar um microrganismo, suas características devem ser determinadas com detalhes como seguem: Características culturais: exigências nutricionais e atmosféricas ambientais; Características morfológicas coloniais e celulares; Características metabólicas: envolve reações químicas vitais para sua sobrevivência; Características antigênicas: componentes especiais da célula que fornecem evidências de semelhança entre as espécies; e Características genéticas: composição do ácido desoxirribonucléico (DNA). 4.1 Bactérias As bactérias são unicelulares, ou seja, possuem uma célula e não tem carioteca (um núcleo celular organizado). Como denominação são procariontes e foram os primeiros seres vivos há habitar nosso planeta e, possuem as características dos principais grupos de microrganismos. Em relação aos formatos, existem os: Bacilos (em formato de bastão) Cocos (forma ovalada) Espirilos (formato de espiral) Vibriões (em formato de virgula) Quando agrupadas, as bactérias formam arranjos/colônias divididos conforme a imagem abaixo: 21 Fonte: tecnicoemenfermagem.net.br Elas estão em todo lugar inclusive dentro de nossos corpos e em sua grande maioria são causadoras de diversas doenças. A reprodução das bactérias mais comum é o de fissão binária, onde acontece a divisão da célula em duas partes. Estudos realizados conseguiram destinar algumas bactérias específicas para produção de alimentos e remédios (insulina) e também na decomposição de matéria orgânica. Em nossa biosfera as bactérias possuem uma relevância fantástica, pois, atuam como as responsáveis principais de decomposição e reciclagem dos nutrientes, como o nitrogênio e enxofre. 4.2 Fungos Os fungos podem ser unicelulares ou pluricelulares e possuem as características dos principais grupos de microrganismos. Como denominação são eucariontes e possuem reprodução sexuada e assexuada. 22 Alguns fungos pluricelulares são maiores e podem ser tranquilamente confundidos com plantas, porém não realizam fotossíntese. Ex.: os cogumelos. Os considerados fungos verdadeiros têm a parede celular composta de quitina. Existem fungos que são benéficos e possuem um grau de importância na cadeia alimentar ao decompor vegetais e reciclando (terra, água, animal ou planta). Ex.: bolores. Todavia, existem alguns que causam enfermidades. Os fungos que normalmente vimos são os bolores. Eles criam micélio, uma massa formada por filamentos (hifas) que após ramificar se expandem. Eles podem ser (conforme a espécie): Decompositores – quebrando os produtos orgânicos e reciclando carbono, nitrogênio e outros compostos do solo e do ar. Parasitas – que obtêm nutrientes de outros seres, prejudicando-os, causando doenças ou até a morte de plantas, animais ou seres humanos. Simbiontes – os que possuem relação simbiótica com seres autotróficos, ocasionando maior eficiência ao colonizar locais poucos favoráveis a sobrevivência. Fungos predadores – estes “caçam” e se alimentam de pequenos animais (nematódeos) que vivem na terra. E todos são heterotróficos, ou seja, alimentam-se de matéria orgânica. São usados para fabricação de alimentos, remédios, desinfetantes, inseticidas, anticorrosivos, simplificadores dos mecanismos de produção de álcool e até no controle de qualidade de produtos industriais. Conhecidos por ser uma das primeiras formas de vida no planeta, possuem uma diversidade grandiosa comparada a qualquer outro ser. Como sempre existiu controvérsia em sua classificação, foram registrados como um reino à parte. 23 4.3 Protozoários (protista) Os protozoários são microrganismos unicelulares e heterotróficos. Com denominação eucariontes e com movimentação baseada por pseudópodes, flagelos ou cílios. Eles podem viver livres (ambientes aquáticos e na terra desde que úmida) ou de forma parasitária. Além disso, possuem a reprodução de forma sexuada e assexuada. É um importante indicador de poluição em rios, lagos e mares. A conjunção realizada por determinados protozoários não é definida por alguns autores como reprodução sexuada. Afinal, neste processo não gera como resultado o aumento de seres. E os autores que consideram uma forma de reprodução alegam quem mesmo que não aconteça o aumento de seres, existe a troca genética. Após realizar a troca os dois seres começam uma divisão binária com suas novas combinações genéticas. Os seres que vemos este processo são os protozoários ciliados. 4.4 Vírus Os vírus não possuem células e pertencem as características dos principais grupos de microrganismos. Na sua estrutura, existe uma cápsula proteica para proteger o material genético (DNA ou RNA). A reprodução é feita com a ajuda de outros organismos, e são considerados somente vivos, quando executam a multiplicação nas células que infectaram. Esse tipo de reprodução é uma forma alternativa de multiplicar o DNA, pois é feito sem a criação de uma nova célula. Sendo assim, fora de seu hospedeiro tornam-se inerte e não desempenham nenhuma função vital. E, por isso, classificá-los com ser vivo é algo não aceito por muitos. As partículas virais podem ser consideradas de duas formas distintas, agentes de doença; quando a infecção na célula hospedeira leva a ruptura e morte; e agentes de hereditariedade, quando a partícula viral entra na célula causando apenas modificações genéticas na célula hospedeira. https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_desoxirribonucleico https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_ribonucleico 24 Os vírus causam uma patologia específica e são capazes em grande parte dos casos de reconhecer o seu hospedeiro. Exemplo de vírus: sarampo. Não existe uma prova concreta até o momento sobre a origem do vírus, porém, existem algumas sugestões de como tenha sido: Evolução química: primeiramente é importante que saiba que essa é a de menos aceitação. Aqui sugere que os vírus eram formas primárias da vida que surgiram separadamente na primeira célula (sopa primordial). Sendo assim, cada vírus teria uma origem diferente, ou seja, em uma outra célula nova. Evolução retrógrada: surgiram através de microrganismos parasitas intracelulares que no decorrer de sua evolução perderam partes de sua codificação de proteínas no genoma. Ficando apenas com os genes que garantiriam sua replicação. DNA autorreplicante: aqui a origem partiu com sequências autorreplicantes de DNA (plasmídeos e transposons) tornando-se parasitas para sobreviver. Origem celular: nessa teoria a culpa é de certa forma do hospedeiro que originou alguns componentes de células autônomos. Assim, agiam como genes e conseguiam sobreviver sem a ajuda da célula. Essa hipótese é mais aceita porque alguns vírus possuem em determinadas regiões do genoma áreas semelhantes à sequência de genes celulares capazes de codificar proteínas funcionais. 5 CRESCIMENTO MICROBIANO 5.1 Fatores Físicos Incluem temperatura, pH e pressão osmótica. Influência dos fatores físicos Classificar os microrganismos em cinco grupos com base na faixa de temperatura ótima para seu crescimento. Identificar os mecanismos que controlam as variações de pH nomeio de cultura 25 Explicar a importância da pressão osmótica para o crescimento microbiano. Temperatura A maioria dos microrganismos cresce bem nas temperaturas ideais para os seres humanos. No entanto, certas bactérias são capazes de crescer em temperaturas extremas, onde a maioria dos organismos eucarióticos não sobreviveria. Os microrganismos são classificados em três grupos primários considerando as variações na temperatura de crescimento: psicrófilos (crescem em baixas temperaturas), mesófilos (crescem em temperaturas moderadas) e termófilos (crescem em altas temperaturas). A maioria dos microrganismos cresce dentro de variações limitadas de temperatura, sendo que a temperatura máxima e mínima de crescimento pode-se distanciar somente em 30ºC. pH O pH foi definido como a acidez ou a alcalinidade de uma solução. A maioria das bactérias cresce melhor dentro das variações pequenas de pH sempre perto da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5. Poucas bactérias são capazes de crescer em pH ácido como pH 4,0. Um tipo de bactéria quimioautotrófica encontrada em águas de drenagem de minas de carvão, oxidando enxofre para formar ácido sulfúrico, pode sobreviver em valores de pH 1,0. Os fungos filamentosos e as leveduras podem crescer em variações de pH maiores que as bactérias, sendo, no entanto, os valores ótimos de pH para fungos geralmente inferior, entre pH 5 e 6. Pressão Osmótica Os microrganismos retiram da água, presente no seu meio ambiente, a maioria dos seus nutrientes solúveis. A água presente dentro da célula pode ser 26 removida por elevações na pressão osmótica. Quando uma célula microbiana se encontrar em uma solução contendo uma concentração de sais superior àquela do interior da célula ocorrerá a passagem da água de dentro da célula, através da membrana plasmática, para o meio extracelular. A perda de água por osmose causa a plasmólise ou diminuição da membrana plasmática da célula. A importância deste fenômeno está na inibição do crescimento no momento em que a membrana plasmática se separa da parede celular. Assim, a adição de sais em uma solução, com consequente aumento da pressão osmótica, pode ser utilizada na preservação dos alimentos, pois a alta concentração de sal ou de açúcar remove a água do interior da célula microbiana impedindo seu crescimento. 5.2 Fatores Químicos São necessários água, fontes de carbono e nitrogênio, minerais, oxigênio e fatores orgânicos de crescimento. Influências dos fatores químicos: Determinar o uso de cada um dos quatro elementos (carbono, nitrogênio, enxofre e fósforo) necessários para o crescimento microbiano. Explicar como ocorre a classificação dos microrganismos usando como referência as necessidades de oxigênio. Identificar os mecanismos utilizados pelos microrganismos para evitar os efeitos tóxicos da formas de oxigênio. Carbono O carbono, junto com a água, é um dos elementos mais importantes para o crescimento microbiano. O carbono é essencial para a síntese de todos os 27 compostos orgânicos necessários para a viabilidade celular sendo considerado o elemento estrutural básico para os seres vivos. Nitrogênio, Enxofre e Fósforo Os organismos utilizam nitrogênio inicialmente para sintetizar os grupos amino que estão presentes nos aminoácidos fazendo parte das proteínas. Muitas bactérias obtêm estes compostos nitrogenados sintetizados pela célula. Outras bactérias utilizam nitrogênio a partir de íons. O enxofre é utilizado a síntese dos aminoácidos contendo enxofre e de vitaminas como a tiamina e biotina. As fontes naturais de enxofre importantes incluem o íon sulfato, sulfito de hidrogênio e aminoácidos que contêm enxofre na sua estrutura. O fósforo é essencial para a síntese dos ácidos nucléicos e para os fosfolipídios componentes da membrana celular. O potássio, o magnésio e o cálcio também são elementos necessários para os microrganismos frequentemente como co-fatores para reações enzimáticas. Oxigênio Grande dos organismos vivos, devido ao seu metabolismo, atualmente necessita de oxigênio para sua respiração aeróbica. Os microrganismos capazes de utilizar oxigênio molecular são capazes de produzir mais energia a partir do uso de nutrientes que organismos que não usam o oxigênio (anaeróbicos). Os aeróbicos obrigatórios possuem uma desvantagem em relação aos outros organismos, pois o oxigênio não é capaz de dissolver-se eficientemente na água do seu meio ambiente apresentando, portanto baixos níveis de oxigênio dissolvido. Em função disso muitas bactérias aeróbicas desenvolveram a capacidade de continuar seu crescimento na ausência de oxigênio. Água 28 Essencial a qualquer microrganismo, embora as necessidades sejam variadas. É o solvente universal, mas sua disponibilidade é variável (soluções com açúcares ou sais têm menos água disponível). Aw: pressão do vapor em equilíbrio com a solução/ pv da água, variando de 0 a 1. Os organismos que vivem em ambientes onde a disponibilidade de água é baixa desenvolvem mecanismos para extrair água do ambiente, pelo aumento da concentração de solutos internos, seja bombeando íons para o interior ou sintetizando ou concentrando solutos orgânicos (solutos compatíveis), que podem ser açucares, álcoois ou aminoácidos (prolina, betaine, glicerol). Fatores Orgânicos de Crescimento São aqueles compostos orgânicos essenciais que o organismo não é capaz de sintetizar necessitando retirá-los do meio ambiente. As vitaminas são os fatores orgânicos de crescimento para os homens. Muitas vitaminas têm a função de coenzimas necessárias para suas atividades enzimáticas sendo independentes de fontes extracelulares. No entanto, em algumas bactérias certas vitaminas são consideradas como fatores orgânicos de crescimento devido à ausência de enzimas que participam das rotas metabólicas de sua síntese. Outros fatores orgânicos de crescimento necessários para algumas bactérias podem ser aminoácidos purinas e pirimidinas. 6 MEIOS E CONDIÇÕES PARA O CULTIVO DE MICRORGANISMOS O cultivo de microrganismos é fundamental para o conhecimento científico biológico geral. Através desses micros seres vivos é possível analisar a história do mundo, aprender sobre o comportamento do corpo humano, desenvolver cura para doenças e mais uma serie de possibilidades provindas do estudo científico. A condição principal para o cultivo de microrganismo é fornecer um ambiente nutritivo isolado para que ocorra o crescimento desejado do microrganismo. Como estamos falando de princípio de análise, o isolamento é fundamental, visto que qualquer agente externo pode interferir no comportamento do microrganismo, interferindo nos resultados finais do estudo. 29 No caso de um tipo bactéria, pode ser requerido uma proteína, carbono, água e oxigênio para o cultivo de uma colônia. Se o objetivo for analisar um fungo ou até mesmo outro tipo de bactéria, a condição do ambiente vai variar. Em suma, a condição e o meio é alterada dependendo do tipo de microrganismo e objetivo almejado mediante o cultivo. Porém, é válido ressaltar que por mais que o cultivo de microrganismos seja fundamental para a ciência e que os pesquisadores sempre estão evoluindo os seus métodos de trabalhos, a maioria desses micros seres vivos encontrados no ambiente não são cultiváveis em laboratórios, o que dificulta bastante o estudo dos mesmos. 6.1 Os tipos de meios de cultura para o cultivo de microrganismos Os meios de cultura utilizados nos laboratórios são classificados como sólidos, semissólidos e líquidos. Os semissólidos se caracterizam por conter uma parte de sua composição feita de água e/ou de uma gelatina específica utilizada nos laboratórios; o líquido, por sua vez, é caracterizado por um caldo repleto de nutrientespara o desenvolvimento do microrganismo. A classificação dos meios de cultura é feita em duas categorizas: sintético e complexo. Meio de cultura sintético: São classificados como meio de cultura sintético o ambiente nutritivo onde se sabe exatamente qual é a composição química. Esse método é muito comum em análises de laboratório, pois esse meio acaba suprindo as exigências nutritivas do organismo, permitindo o seu crescimento espontâneo. Meio de cultura complexo: Por sua vez, os meios de cultura complexo não possuem uma composição exata, sendo variados ou não definidos, como amido, tomate, malte, etc. Esse meio é comum quando não existe uma necessidade nutritiva específica exigida pelo microrganismo. A cultura complexa é muito comum em fungos e bactérias heterotróficas. 30 6.2 A classificação dos meios de cultura Os meios de cultura mais utilizados podem ser classificados pelas seguintes condições: Meios enriquecidos: Para alguns microrganismos o seu cultivo será muito complicado, portanto, é necessário fornecer um ambiente enriquecido de nutrientes para que ele possa se manter e crescer, possibilitando a sua análise; Meios diferenciais: Esse meio é utilizado para estabelecer diferenças em microrganismos semelhantes; Meios seletivos: Os meios seletivos permitem a ação de uma substância que para o crescimento de um microrganismo permitindo o crescimento de outro. O objetivo, como o próprio nome indica, é fazer uma seleção a fim de realizar uma análise mais complexa; Outros meios: Pré-enriquecido, seletivo e diferencial, triagem, identificação, dosagem, contagem e estocagem. 7 CATABOLISMO E ANABOLISMO Para o funcionamento do organismo é necessário à ocorrência de inúmeras reações bioquímicas em nível celular. O conjunto destas reações é definido como metabolismo. O metabolismo está dividido em duas partes que contêm objetivos e resultados opostos, o anabolismo e o catabolismo. As reações que acarretam o armazenamento de energia e construção de tecidos são conhecidas coletivamente como anabolismo. Neste processo, moléculas mais complexas são sintetizadas a partir de moléculas menos complexas. Estas moléculas menos complexas recebem a denominação de substratos. Um exemplo deste processo anabólico reside na síntese de proteínas dentro do tecido muscular a partir dos aminoácidos, e na formação de estoques de glicogênio por intermédio do agrupamento de moléculas de glicose. Isto ocorre, por exemplo, quando após uma sessão de treinamento temos a ingestão adequada de nutrientes. Principalmente carboidratos e proteínas, onde os https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ 31 carboidratos serão convertidos em glicose e parte desta armazenada como glicogênio, e as proteínas fornecerão os aminoácidos necessários à hipertrofia muscular. O anabolismo demanda para sua ocorrência a oferta de energia e substratos necessários às suas reações, sendo responsável pelo crescimento, regeneração e manutenção dos diversos tecidos e órgãos presentes no organismo. Em um polo diametralmente oposto temos o catabolismo, onde o organismo irá desmembrar moléculas mais complexas para assim obter as moléculas mais simples, e por intermédio disto aumentar a disponibilidade de nutrientes ao organismo. Como exemplo de catabolismo, temos o processo de digestão dos alimentos, onde o organismo realiza o "desmonte" dos nutrientes presentes nos alimentos em moléculas mais simples que serão posteriormente usadas pelo metabolismo. As proteínas presentes em uma refeição à base de carnes irão ser desmembradas em aminoácidos e estes serões lançadas à corrente sanguínea para serem utilizados pelo organismo. O catabolismo também ocorre quando o organismo está sem energia suficiente e busca obter está por intermédio da destruição de seus próprios tecidos e reservas, acarretando a liberação de aminoácidos e glicose que serão convertidos em energia. Durante um treinamento para manter a oferta de energia necessária, o organismo estará utilizando o processo anteriormente descrito. Devido a isto, dizemos que ninguém está "crescendo" ou aumentando a sua performance durante uma sessão de treinamento, já que essa é essencialmente catabólica. A melhora virá nos períodos de descanso onde o organismo, caso tenha a oferta adequada de nutrientes, estará em anabolismo. Anabolismo e Catabolismo acontecem alternadamente no organismo, para aferirmos o resultado final destas reações teremos que analisar o balanço metabólico. A diferença entre a quantidade total de anabolismo e a de catabolismo em um período de tempo determina o balanço metabólico: https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ 32 Caso a quantidade de anabolismo tenha sido maior do que o de catabolismo terá um balanço metabólico positivo. Caso a quantidade de catabolismo tenha sido maior do que o de anabolismo terá um balanço metabólico negativo. Caso a quantidade de anabolismo tenha sido igual à de catabolismo, teremos um balanço metabólico nulo O catabolismo e anabolismo são regulados pelo sistema hormonal, onde alguns hormônios específicos atuam como sinalizadores e desencadeadores destes estados metabólicos. Dentre os principais hormônios catabólicos temos a adrenocorticotropina (ACTH) que ocasiona a secreção dos hormônios glicocorticóides, dentre os quais figura o tão conhecido cortisol. Os principais hormônios anabólicos são o hormônio do crescimento (GH), a testosterona, a insulina e o IGF-1. 8 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Os ciclos biogeoquímicos são circuitos fechados que compreendem o percurso e as transformações dos diversos elementos constituintes da matéria viva ao atravessar as camadas da Terra. Representam o caminho percorrido pela matéria de um organismo a outro, deles para o ambiente físico e deste novamente para os seres vivos. O planeta Terra funciona como um sistema vivo: recebe um contínuo fluxo de radiação solar que é aproveitado como energia interna pela biosfera e como energia externa pelas camadas sólida, líquida e gasosa (litosfera, hidrosfera e atmosfera) do planeta. A circulação de matéria que se produz como consequência do recebimento dessa energia solar acontece em circuitos fechados. Esses circuitos da matéria são denominados ciclos biogeoquímicos. Os protagonistas desses ciclos são normalmente elementos químicos, como carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre, potássio e outros compostos, como a água. https://www.coladaweb.com/geografia/camadas-da-terra https://www.coladaweb.com/astronomia/planetas/terra https://www.coladaweb.com/fisica/ondas/radiacao-solar https://www.coladaweb.com/geografia/biosfera https://www.coladaweb.com/geografia/crosta-terrestre https://www.coladaweb.com/geografia/hidrosfera https://www.coladaweb.com/geografia/atmosfera https://www.coladaweb.com/quimica/elementos-quimicos/carbono https://www.coladaweb.com/quimica/elementos-quimicos/nitrogenio https://www.coladaweb.com/quimica/elementos-quimicos/fosforo https://www.coladaweb.com/quimica/elementos-quimicos/enxofre https://www.coladaweb.com/quimica/elementos-quimicos/potassio https://www.coladaweb.com/biologia/ecologia/tudo-sobre-a-agua https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ https://comocriarumblog.online/ 33 Há duas classes de ciclos biogeoquímicos: os gasosos, em que os elementos têm uma reserva, importante ou muito ativa, em forma de gás na atmosfera, e os sedimentares, nos quais não há uma reserva no compartimento atmosférico. 8.1 O ciclo do carbono Uma das principaisreservas de carbono encontra-se nos mares. A vegetação, os solos e a atmosfera também constituem reservas de carbono. Na atmosfera, a maior parte do carbono encontra-se sob a forma de gás carbônico (ou dióxido de carbono, CO2). Essa é a molécula majoritária nos fluxos desse ciclo do qual participam os seres vivos. Na respiração de organismos aquáticos e terrestres, e também nos processos que ocorrem nos solos, o CO2 é produzido e lançado na água ou na atmosfera. A combustão de materiais orgânicos também produz gás carbônico. Já na fotossíntese do plâncton e da vegetação, pelo contrário, ocorre o consumo de CO2. Nas regiões mais profundas do mar formam-se rochas carbonatadas (como o calcário) ou sedimentos orgânicos, que incorporam o carbono numa fase mais lenta do ciclo. https://www.coladaweb.com/biologia/reinos/plancton 34 8.2 O ciclo da água O ciclo da água é o mais significativo sob o ponto de vista da massa total da substância em circulação. Em nosso planeta existem reservas de água nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. O ciclo da água começa com a evaporação, nos mares, de quase 0,5 milhão de km3, que originam continuamente nuvens e dos quais quase 90% retornam diretamente ao mar em forma de chuva. Também por parte dos continentes ocorre continuamente uma emissão de água para a atmosfera, por evaporação e por transpiração da cobertura vegetal. Esse processo é denominado, em conjunto, evapotranspiração. A água que vai para a atmosfera por evapotranspiração, mais os 10% remanescentes da água evaporada dos mares, representa o total de chuva que cai em terra firme, da qual cerca de metade corre para os rios, que, por sua vez, a devolvem ao mar, onde se inicia um novo ciclo. O restante da água da chuva infiltra-se no solo, originando os lençóis subterrâneos. https://www.coladaweb.com/biologia/botanica/transpiracao-vegetal 35 Essa circulação de água é possível graças à radiação solar como fonte de energia externa e à energia potencial, que por ação da gravidade transporta a água das maiores para as menores altitudes, até o nível do mar. 8.3 O ciclo do nitrogênio O componente predominante na atmosfera é o gás nitrogênio (N2), elemento pouco reativo quimicamente. Existem dois caminhos para que esse nitrogênio seja aproveitável pela biosfera: a fixação abiótica, que acontece pela força dos raios, e a fixação biológica, realizada por bactérias, algumas que vivem livres e outras que estão em simbiose com plantas, principalmente as plantas fabáceas (também chamadas de leguminosas, como o feijão, a soja e o amendoim). No total, a fixação representa apenas 12% do nitrogênio necessário para a produção primária do conjunto da biosfera. O restante é obtido por meio da reciclagem do nitrogênio presente na matéria orgânica. Há uma série de bactérias que oxidam o nitrogênio orgânico e o transformam em nitrogênio mineral, que pode ser absorvido pelas plantas através de suas raízes. O processo contrário à fixação é a desnitrificação, também realizada por bactérias, que devolve nitrogênio gasoso para a atmosfera. 36 8.4 Ciclo do Oxigênio Os átomos de oxigênio estão disponíveis principalmente na atmosfera, na forma de gás oxigênio, mas podem ser encontrados em diferentes compostos minerais e orgânicos. Na atmosfera, o oxigênio é encontrado à taxa de 21%. Na forma de gás é utilizado na respiração aeróbica de animais. O oxigênio também pode ser encontrado na forma de gás carbônico atmosférico (CO2), utilizado pelos organismos fotossintetizantes na formação de compostos orgânicos. A fotossíntese é o processo responsável por grande parte da produção do oxigênio presente na atmosfera. Nesse processo, o O2 é liberado durante a construção de moléculas orgânicas. O consumo do O2 ocorre pela oxidação de moléculas orgânicas, no processo de respiração. O ciclo do oxigênio consiste na passagem do oxigênio de compostos inorgânicos, como O2, CO2 e H2O, para compostos orgânicos (açúcares) dos seres vivos e vice-versa. Observe o esquema a seguir. https://www.coladaweb.com/biologia/botanica/fotossintese-como-ocorre 37 A decomposição de matéria orgânica, assim como a respiração dos seres vivos e a combustão (queima), são os responsáveis pela devolução do O2 à atmosfera, na forma de CO2 e água, respectivamente. Parte do oxigênio atmosférico também pode se combinar com metais no solo, como o ferro, e formar óxidos. 8.5 O ciclo do enxofre As maiores reservas de enxofre estão em rochas sedimentares, em sedimentos atuais e na água do mar. O enxofre é escasso nos seres vivos: de todos os átomos de enxofre que há na Terra, somente 1 de cada grupo de 2 mil faz parte da matéria orgânica. Na atmosfera, esse elemento é ainda menos abundante. As emissões dos vulcões e das fontes hidrotermais submarinas têm quantidades importantes de gases sulfurosos. Também os solos e o mar produzem compostos gasosos desse elemento que, em geral, acabam oxidados sob a forma de dióxido de enxofre (SO2). Esse gás é também um subproduto 38 indesejado da combustão de compostos orgânicos com alta proporção de enxofre em sua composição. 8.6 O ciclo do fósforo Trata-se de um ciclo sedimentar em que a reserva atmosférica é insignificante. A maior reserva desse elemento encontra-se nos sedimentos marinhos; os solos constituem a segunda reserva em importância, e em terceiro lugar estão as jazidas de fosfatos em rochas sedimentares, entre os quais se incluem os acúmulos de excrementos de aves marinhas, o chamado guano. As plantas absorvem fósforo por meio das raízes, e os animais o absorvem pela ingestão de plantas ou de animais que se alimentaram de plantas. Os resíduos de animais (fezes, urina, matéria orgânica) e de plantas são degradados por decompositores que liberam fósforo no solo. O ciclo também ocorre no tempo geológico, com a acumulação do fósforo em sedimentos que se tornarão rochas. Eventualmente essas rochas soltam fósforo pelo intemperismo, reintroduzindo-o novamente no ecossistema local. No solo, o fósforo ocorre como fosfato, que pode ser lixiviado pela chuva e fluir para águas subterrâneas. Quando fosfatos são acumulados em lagos, rios e mares pode haver a proliferação de algas vermelhas. https://www.coladaweb.com/geografia/intemperismo 39 8.7 Interferência humana sobre os ciclos biogeoquímicos Até há pouco tempo, a capacidade do ser humano de influir sobre o meio era limitada e pontual. No entanto, desde que começou a utilizar combustíveis fósseis (carvão e petróleo), sua capacidade de alterar o ambiente aumentou consideravelmente. O enorme crescimento da população mundial e a extensão de um modelo de vida que associa o bem-estar à possibilidade de consumir quantidades de energia só faz agravar o problema. O número de habitantes do planeta não apenas vem crescendo de forma preocupante, como também vem aumentando o consumo de energia e de outros recursos. A humanidade tem capacidade de influir sobre o planeta de forma global. O problema das chuvas ácidas, o buraco na camada de ozônio e o aumento da concentração de gases na atmosfera – o que leva à intensificação do efeito estufa – são problemas originados por alterações dos ciclos biogeoquímicos. https://www.coladaweb.com/quimica/quimica-ambiental/chuva-acida https://www.coladaweb.com/quimica/quimica-ambiental/camada-de-ozonio https://www.coladaweb.com/quimica/quimica-ambiental/efeito-estufa https://www.coladaweb.com/quimica/quimica-ambiental/efeito-estufa 40 BIBLIOGRAFIA CAMPOS, Mario Julio Avila. Introdução à microbiologia. Disponível em: <http://www.icb.usp.br/bmm/mariojac/arquivos/Aulas/Introducao_Microbiologia_ Texto.pdf>. Acesso em 17/09/2018. Estrutura e função da célula procariótica. Disponível em: <https://www.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/biologia/estrutura-e-funcao-da-celula-procariotica/62720>. Acesso em 17/09/2018. CARVALHO, H.F. A Célula. Editora Manole. 3ª Edição. 672 páginas. 2013. Junqueira, L. C. & Carneiro, J. 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Acredita-se que seja conhecido a mais de mil anos no Oriente Médio, na região de Kafa (daí o termo café), tendo sido os árabes os primeiros a cultivá-lo dando origem a uma das mais importantes espécies de café: “Coffea Arabica“. Atualmente o café é uma das bebidas mais conhecidas no mundo, e o Brasil é o maior exportador deste produto, além de possuir todos os tipos de grãos de café. Em virtude de toda a sua importância comercial e também relacionada aos componentes que possui, os quais traz grandes benefícios a saúde do consumidor é que se deu a escolha deste alimento no trabalho em questão. Como este produto, poderia ter sofrido possíveis contaminações por microrganismos durante o processo produtivo pelas bactérias do tipo fecal, seja pela utilização de matéria-prima inadequada, como fatos que envolvam a manipulação, armazenamento, ou transporte do produto pelo fabricante, então o intuito deste trabalho, foi o de verificar possíveis contaminações através de microrganismos, assim foram feitas análises microbiológicas em 10 amostras de café (cinco de cada lote - 1 e 2) com o objetivo de realizar a contagem de bactérias coliformes à 45ºC pelo método 44 NMP/g conforme a Instrução Normativa Nº 26, de 26 de agosto de 2003. Concluímos, através dos resultados obtidos, que as 10 amostras analisadas (100%) estavam de acordo com o padrão fixado pela ANVISA – Agência Nacional de Vigilância Sanitária – Ministério da Saúde RDC Nº 12 de 02 de janeiro de 2001, dentro do limite máximo: 10 coliformes à 45ºC, ou seja, com condições sanitárias satisfatórias, própria para o consumo. Palavras - chave: Café, Bactérias, Processamento, Contaminações. INTRODUÇÃO O Café torrado: É o endosperma (grão) beneficiado do fruto maduro de espécies do gênero Coffea, como Coffea arábica L. Coffea iberica Hien, Coffea canephoa Pierre (Coffea robusta Lindem), submetido a tratamento térmico até atingir o ponto de torra escolhido. O produto pode apresentar resquícios do endosperma (película invaginada intrínseca). Pode ser adicionado de aroma. Atualmente, o café é uma das bebidas mais consumidas no mundo e o Brasil tem a responsabilidade de ser o maior exportador mundial deste produto, além de ser um país privilegiado por ser o único a possuir todos os tipos de grãos de café que ao serem combinados em proporções precisas, satisfazem todos os gostos, com infinitas variedades. O fato é: acredita-se que o café seja conhecido há mais de mil anos no Oriente Médio, na região de Kafa (daí o termo café), tendo sido os árabes os primeiros a cultiválo, o que deu origem ao nome ‘ Coffea Arábica ’, uma das mais importantes espécies de café. No Brasil, mais especificamente no Rio de Janeiro, o café chegou por voltade 173, mais a partir do começo do século XIX, a cultura do café tornou-se a principal atividade agrícola do país, sendo responsável por mais da metade das divisas oriundas das exportações brasileiras. Deste modo, os cafezais logo se espalharam por São Paulo sul de Minas Gerais e, meio século mais tarde, já cobria extensa faixa que vai do Paraná ao Espírito Santo. Estabelecendo- se então o ciclo econômico que foi, certamente impulsionador da urbanização e industrialização do país, e que fez o Brasil reinar no cenário mundial, nas 45 primeiras cinco décadas deste século, como o responsável por 70% da produção mundial de café. Os estados de Minas Gerais, Espírito Santo, São Paulo e Paraná produzem em conjunto, 83% do café brasileiro, além disso, Bahia e Rondônia também vêm se destacando na produção de café. No que se refere a este produto, em termos de sua importância no mercado mundial, o Brasil é o maior produtor e exportador de café do mundo, fechando o ano de 2001 com o recorde de 23,5 milhões de sacas, de 60 kg, o que significaria 42% acima do volume obtido na safra de 2001/2002 e representaria a segunda maior safra de café da história, a primeira aconteceu em 1987/1988, com 42,9 milhões de sacas. Embora já tenha apresentado alguns ciclos de expansão e de crises, devido as oscilações da economia mundial, o café tem conseguido se manter imponente no mercado, gerando grandes receitas e milhões de empregos durante a sua produção, industrialização, comércio interno e externo e transporte. A razão do sucesso deste produto, em todo o mundo, está no hábito das pessoas em tomar café pela manhã, em função do consumo diário matinal de café fazer com que o cérebro permaneça mais atento e capaz para as atividades intelectuais diárias, além de estimular a atenção, memória e concentração; isto se dá pelo fato da cafeína, um dos seus principais componentes, se ingerida na quantidade certa, atuar de forma benéfica, estimulando o sistema de vigília do cérebro. O café contém também lactona, um componente que atua quase que na mesma proporção da cafeína, contribuindo para manter um elevado nível de atenção nas ações do ser humano. Além disso, o café ainda diminui a incidência de apatia e depressão e pode ajudar a prevenir o consumo de drogas e do álcool. Para que o café possa trazer-nos todos esses benefícios, é preciso que tenhamos a certeza de estarmos consumindo um café puro, livre de quaisquer adulterações (milho ou cevada, por exemplo, misturados aos grãos de café). Visando isto, a Associação Brasileira de Café – ABIC lançou, em 1989, o Programa de Controle de Pureza do Café Torrado e Moído, que concede às marcas de café que possuem a sua pureza comprovada, através de análises de amostras coletadas aleatória e permanentemente nos postos de venda em todo 46 o país, o Selo de Pureza da ABIC. Todavia, ainda é real a possibilidade de se encontrar no mercado um café de má qualidade, por causa da mistura de diversos tipos de impurezas. Em 1998, o INMETRO realizou uma análise em CAFÉ TORRADO E MOÍDO, na qual se constatou a presença de marcas no mercado que apresentaram fraudes na composição do produto, devido à adição de matérias-primas estranhas ao café, tais como: milho, cevada, cascas e paus. Em virtude disso, e de acordo com o procedimento do Programa de Análise de Produtos, que prevê a repetição de ensaios em um produto, após um determinado período de tempo, e que seleciona para análise produtos intensa e extensivamente consumidos pela população e que envolvam questões relacionadas à saúde dos consumidores, o INMETRO considerou de fundamental importância a realização de uma nova análise em CAFÉ TORRADO E MOÍDO, na qual foram realizados ensaios em amostras de cinquenta e cinco marcas deste produto, tendo sido verificadas suas características microbiológicas, microscópicas e físico-química. Em consequência, esse alimento, independe da possibilidade de deteriorarem, podem eventualmente apresentar populações elevadas de bolores, leveduras, bactérias indicadoras de contaminação fecal e até mesmo patogênicas, com destaque para a presença de Salmonella sp (Disponível em<http://www2.usp.br/canalacontece/artigo.php?id=211>. Acessado em 20 de junho de 2005). A carga microbiana total de um alimento é consequência da contribuição, em níveis variáveis, de inúmeros fatores vigentes no processo, destacando-se principalmente os seguintes: Microbiota presente na matéria-prima e ingredientes utilizados na produção, sendo que, no caso do café, ênfase maior deve ser dada ao grão; Contaminação pelo contato com equipamentos e utensílios, não convenientemente sanificados, e por meio do ar ambiente; Intensidade e grau de higiene no manuseio dos produtos ao longo do processo; Controle efetuado nas várias etapas do processamento, principalmente naquelas em que as condições de umidade e temperatura propiciam a multiplicidade microbiana As análises microbiológicas são fundamentais para se conhecer as condições de higiene em que os alimentos são preparados, os riscos que estes http://www2.usp.br/canalacontece/artigo.php?id=211 47 alimentos podem oferecer a saúde do consumidor e se os alimentos terão ou não a vida útil pretendida. Além disto, a análise laboratorial permitirá determinar o agente etiológico mais provável, no caso de um episódio de toxinfecção alimentar. Essas análises são indispensáveis também para verificar se os padrões e especificações microbiológicos, nacionais e internacionais, estão sendo atendidos adequadamente (FRANCO & LANDGRAF, 2003.) Visando estabelecer as orientações necessárias que permitam executar as atividades de inspeção sanitária, de forma a avaliar as Boas Práticas para a obtenção de padrões de identidade e qualidade de produtos e serviços na área de alimentos com vistas à proteção da saúde da população, o Ministério da Saúde publicou a Portaria N° 1428 de 26/11/93, recomendando que seja elaborado um “Manual de Boas Práticas de Manipulação de Alimentos”, baseado nas publicações técnicas da Sociedade Brasileira de Ciência e Tecnologia de Alimentos (SBCTA), Organização Mundial de Saúde (OMS) e Codex Alimentarius. Em agosto de 1997 foi publicada a Portaria Ministerial N° 326 de 30/07/97, definindo as condições técnicas para a elaboração do manual de boas práticas. De acordo com estas recomendações, no dia 12/03/99 o CVS do Estado de São Paulo publicou a Portaria CVS-6 de 10/03/99, a qual consiste em um “Regulamento Técnico Sobre os Parâmetros e Critérios” para orientar as ações da Vigilância Sanitária e as operações de controle para os estabelecimentos, produtores e prestadores de serviços de alimentação. Nesta publicação, foram definidos as condutas e os critérios importantes para servir como referências para que seja elaborado o manual de Boas Práticas pelos Responsáveis Técnicos (RT) das empresas produtoras de alimentos. Todas estas publicações oficiais visam um melhor entrosamento entre o que se vai produzir com o que se vai fiscalizar, tendo como consequência um alimento com melhor qualidade higiênico sanitária. Os critérios de avaliação (as metodologias para amostragem, colheita, acondicionamento, transporte e para análise microbiológica de amostras de produtos alimentícios) devem obedecer ao disposto pelo Codex Alimentarius; “International Commission on Microbioligical Specificatinos for Foods” (ICMSF); “Compendium of Methods for the Microbioligical Examination of Foods” e “Standard Methods for the 48 Examination of Dairy Products” da “American Public Health Association (APHA)”; “Bacteriological Analytical Manual” da Food and Drug Administration, editado por Association of Official Analytical Chemists (FDA/AOAC), em suas últimas edições e/ou revisões, assim como outras metodologias internacionalmente reconhecidas. Um critério
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