relatório coluna de winogradsky

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS LONDRINA 
	
	
	
	
COLUNA DE WINOGRADSKY
2021
MICROBIOLOGIA
ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
PREPARAÇÃO DE MEIOS DE CULTURA
Nicole Brassaroto De Marchi
	
Relatório de atividade prática do curso de Microbiologia da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - campus Londrina, orientado pela Profª. Dra. Kátia Valéria Marques Cardoso Prates
LONDRINA
2021
1. INTRODUÇÃO
Criada e desenvolvida em 1880 por Sergei Nikolaievich Winogradsky, a coluna de Winogradsky é um aparelho usado para o cultivo de diferentes tipos de microorganismos e sua distribuição. Trata-se de um ecossistema microbiano artificial e fechado dentro de um recipiente, que leva em sua montagem solo, água e nutrientes, este modelo pode ser usado no estudo de microrganismos aquáticos e sedimentares. 
Ou seja, a coluna nada mais é do que um meio de cultura enriquecido, onde microrganismos de diferentes grupos se desenvolveram. Após certo período de maturação, esses microrganismos estão organizados em microhabitats específicos.
A coluna de Winogradsky promove o desenvolvimento e a observação da diversidade dos microrganismos e suas interações metabólicas. A coluna permite também a análise dos processos evolutivos e adaptativos dos organismos envolvidos a diferentes tipos de ambientes.
Outra importante função da coluna de Winogradsky é a possibilidade de ser usada para avaliações da capacidade biorremediadora de organismos presentes no sistema.
Quando a coluna permanece em ambiente iluminado, ocorre o desenvolvimento de diferentes populações microbianas, de acordo com as diferentes concentrações de luz, oxigênio e nutrientes presentes no meio. As comunidades são distinguíveis pela estratificação da água e sedimento em camadas de cores distintas, e são dependentes umas das outras (BERTRAM et al., 1993).
A coluna de Winogradsky permite, portanto, a percepção de conceitos de grande magnitude da microbiologia, como diversidade metabólica, e pode ser usada para a compreensão de processos de mitigação ambiental, como a biorremediação. Deste modo, o presente estudo objetiva a elaboração de um projeto prático, voltado à montagem, análise e interpretação de uma coluna de Winogradsky. 
2. OBJETIVOS
· Desenvolvimento e compreensão de conceitos relacionados à microbiologia ambiental
· Compreensão da diversidade metabólica, ciclos biogeoquímicos, relações ecológicas e biorremediação. 
3. MATERIAIS UTILIZADOS 
· Fonte de celulose (papel toalha);
· Garrafa PET transparente lisa de 600 mL;
· Sedimento;
· Água de um lago;
· Gema de ovo cozida e triturada;
· Uma colher de chá de fermento em pó químico (carbonato de cálcio e bicarbonato de sódio);
· Um palito de madeira. 
Figura 1: materiais utilizados. 
Fonte: Do autor 
Figura 2: água coletada da lagoa. 
Fonte: Do autor.
4. METODOLOGIA
Para a montagem da coluna foi utilizada uma garrafa PET transparente lisa de 600 mL, com ⅓ de seu volume preenchido com papel toalha picado grosseiramente, (figura 3). 
Figura 3: Papel toalha adicionado a garrafa.
Fonte: Do autor 
No presente trabalho ressalta-se que a coleta de sedimentos não foi possível no lago escolhido, por isso foi utilizado solo. Em um recipiente de plástico, 7 colheres de sopa de sedimento foram adicionadas, assim como uma gema cozida e triturada, e o fermento químico. Em seguida a mistura foi misturada até homogeneidade (figura 4). 
Figura 4: Homogeneização do solo, fermento químico e gema de ovo.
Fonte: Do autor 
Com o auxílio de um palito de madeira, a garrafa pet foi enchida com esta mistura, até que o sedimento atingisse ⅔ do volume da garrafa (figura 5). 
Figura 5: Mistura sólida adicionada a garrafa 
Fonte: Do autor 
Posteriormente, o material foi levemente compactado, e o restante do volume da garrafa foi preenchido com a água do lago (figura 6).
Figura 6:Coluna de Winogradsky no dia da confecção
Fonte: Do autor 
 Para este trabalho a água foi coletada na Lagoa dourada - Londrina, Paraná, como mostra a imagem a seguir. 
Imagem 1: Local aproximado da coleta. 
Fonte: Google Maps
Com a montagem pronta, a coluna foi deixada com a tampa da garrafa levemente rosqueada, a temperatura ambiente e exposta indiretamente ao sol. O experimento se estendeu por 5 semanas, onde o desenvolvimento foi monitorado. 
5. RESULTADOS OBSERVADOS 
Após as primeiras horas de experimento, observou-se considerável sedimentação, como mostra a figura 7. Entretanto, após cerca de um dia, pode-se observar grande sedimentação, e maior transparência pode ser observada na água (figura 8). 
Figura 7: Coluna de Winogradsky após algumas horas. 
 
Fonte: Do autor.
Figura 8: Coluna de Winogradsky após um dia.
Fonte: Do autor.
Para maior clareza e fonte comparação, as figuras a seguir correspondem às fotos tiradas em espaços regulares de dias. 
Figura 9: Coluna de Winogradsky após 3 dias.
Fonte: Do autor.
Figura 10: Coluna de Winogradsky após 5 dias
Fonte: Do autor.
Figura 11: Coluna de Winogradsky após 7 dias
Fonte: Do autor.
Figura 12: Coluna de Winogradsky após 9 dias
Fonte: Do autor.
Figura 13: Coluna de Winogradsky após 11 dias
Fonte: Do autor.
Figura 14: Coluna de Winogradsky após 13 dias
Fonte: Do autor.
Figura 15: Coluna de Winogradsky após 15 dias
Fonte: Do autor.
Figura 16: Coluna de Winogradsky após 17 dias
Fonte: Do autor.
Figura 17: Coluna de Winogradsky após 20 dias
Fonte: Do autor
Figura 18: Coluna de Winogradsky após 23 dias
Fonte: Do autor.
Figura 19: Coluna de Winogradsky após 25 dias
Fonte: Do autor.
Figura 20: Coluna de Winogradsky após 28 dias
Fonte: Do autor.
Os primeiros microrganismos a colonizar a coluna, utilizaram os elementos disponíveis para o seu desenvolvimento, e liberam gases e outras substâncias que podem inibir ou favorecer o desenvolvimento de outras espécies. Como fonte direta que se tem conhecimento, pode-se citar a fonte de carbono como o papel toalha utilizando e como fonte de enxofre, a gema de ovo. 
Com o passar dos dias, a observação de bolhas em meio ao sedimento devido à produção de H2S pelas bactérias redutoras de enxofre. Assim como no topo da coluna, tornou-se possível a visualização do biofilme, com aspecto de películas na superfície da água, contendo um conjunto de bactérias possivelmente aeróbias heterotróficas e produtos secretados por elas, principalmente polissacarídeos. Esta camada de biofilme parece ter ficado mais espessa, semana a semana. 
Com o transcorrer do experimento, a água passou a exalar cheiro forte em decorrência da ação de microrganismos.
Com base na distribuição dos microrganismos ao longo da coluna, em que se concentravam na parte de cima, pode-se inferir que obteve-se proliferação de algas e cianobactérias, devido ao ambiente aeróbico. 
Já na zona anaeróbia, no fundo da coluna, ocorre a degradação da celulose pelas bactérias. O que leva a liberação de glicose, criando em um ambiente anaeróbio condições para o desenvolvimento de microrganismos anaeróbios ou fermentativos. Os processos de decomposição fermentativos produzem ácidos orgânicos, álcoois e H2, que são substrato para as bactérias redutoras de sulfato que obtêm energia pela respiração anaeróbia. Ocorre então a redução de sulfato e S0 a H2S, que por sua vez se difunde pela coluna criando um gradiente de H2S inverso ao de oxigênio. Criando assim, um conjunto de reações de oxidação e redução característico do ciclo do enxofre (Brock et al., 1991).
Na imagem 2, pode-se observar uma representação esquemática das zonas desenvolvidas na coluna de Winogradsky, em função dos gradientes de oxigênio e sulfeto, e da luz solar.
Imagem 2: Esquematização da Coluna de Winogradsky, 
Fonte: http://www.hhmi.org/biointeractive/poster-winogradsky-column-microbial-evolution-bottle
Com o tempo comunidades microbianas se desenvolvem em estratos de acordo com o nível de oxigênio e fonte de energia que utilizam. De forma que é possível visualizar os estratosao longo da coluna. Deste modo, pode-se inferir que na zona aeróbia há provável proliferação de protozoários, algas e/ou cianobactérias, organismos quimio-heterotróficos. Neste caso, descarta-se a possibilidade de ocorrência de fotossíntese, pela não exposição direta da coluna à luz solar. Já na interface água-solo, há formação de biofilme, composto por microrganismos quimioautótrofos. Estes, por sua vez, são os prováveis responsáveis pela turvação da água. E na zona anaeróbica inferior, há proliferação de microrganismos quimioheterotróficos, responsáveis pela digestão da celulose. Seus compostos orgânicos liberados, podem ser vistos difundidos pela extensão do solo na figura 20. 
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
No decorrer do experimento, foi possível compreender a distribuição e a diversidade dos microrganismos na coluna de acordo com suas atividades metabólicas e fonte energética. Mesmo não sendo possível analisar todas as espécies foi fundamental para vários questionamentos realizados durante as observações, podendo fazer comparações do que ocorre no desenvolvimento microbiano em um espaço natural. Além disso, a coluna se mostra como uma ferramenta didática que pode ser utilizada na área da educação ambiental com base na microbiologia. Visto que nela é possível observar quais microrganismos podem ser encontrados em uma certa área e ao mesmo tempo comparar com ecossistema criado na coluna de Winogradsky.
 
7. REFERÊNCIAS 
O que é a coluna de Winogradsky e para que serve? - Maestrovirtuale.com. Maestrovirtuale.com. Disponível em: https://maestrovirtuale.com/o-que-e-a-coluna-de-winogradsky-e-para-que-serve/. Acesso em: 24 Agosto. 2021.
AGNELLI, Patricia Bolzan ; OLIVEIRA, Wesley. Um exemplo de atividade prática à distância na disciplina de microbiologia. Simpósio Internacional de Educação a Distância e Encontro de Pesquisadores em Educação a Distância, v. 0, n. 0, 2016. Disponível em: <http://www.sied-enped2016.ead.ufscar.br/ojs/index.php/2016/article/view/1926/702>. Acesso em: 24 Agosto. 2021.
ALENCAR, Felipe; ARAÚJO, Magnólia; et al. PROPOSTA DE USO DA COLUNA DE WINOGRADSKY: ESTRATÉGIAS DIDÁTICAS NO ESTUDO DA MICROBIOLOGIA AMBIENTAL. Educação Ambiental em Ação, v. XVII, n. 67, 2019. Disponível em: https://www.revistaea.org/artigo.php?idartigo=3589. Acesso em: 24 Agosto. 2021.
Madigan, M. T. Martinko, J. M.; Bender, K. S.; al. Microbiologia de Brock.: Grupo A, 2016. 9788582712986. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582712986/. Acesso em: ago. 24. 2021. 
CARVALHO. S. A. et al; Detecção e caracterização de microrganismos sulfetogênicos no solo do if baiano campus catu: diagnóstico preliminar; Sistema de Gerenciamento de Conferências (OCS), V CONNEPI. Disponível em: https://www.revistaea.org/artigo.php?idartigo=1827. Acesso em: ago. 24. 2021
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