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Manual de Curso de Licenciatura em Ensino de Biologia Microbiologia B0221 Universidade Católica de Moçambique Centro de Ensino a Distância Direitos de autor (copyright) Este manual é propriedade da Universidade Católica de Moçambique, Centro de Ensino à Distância (CED) e contêm reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução deste manual, no seu todo ou em partes, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (electrónicos, mecânicos, gravação, fotocópia ou outros), sem permissão expressa de entidade editora (Universidade Católica de Moçambique – Centro de Ensino à Distância). O não cumprimento desta advertência é passível a processos judiciais. Universidade Católica de Moçambique Centro de Ensino à Distância Rua Correia de Brito Nº 613 - Moçambique Fax: 23326406 E-mail: ced@ucm.ac.mz Website: www.ucm.ac.mz Agradecimentos A Universidade Católica de Moçambique – Centro de Ensino à Distância , gostaria de agradecer a colaboração dos seguintes indivíduos e instituições na elaboração deste manual: Pela contribuição do conteúdo Arlindo Elisio Pedro Supinho Pela contribuição no conteúdo e revisão temática Inácio José Narciso Pela contribuição do conteúdo Manuel Mauane B0221 i Índice Visão geral 1 Benvindo a Licenciatura em Ensino de Biologia /Microbiologia .................................... 1 Objectivos do curso ....................................................................................................... 1 Quem deveria estudar este módulo ................................................................................ 1 Como está estruturado este módulo................................................................................ 2 Ícones de actividade ...................................................................................................... 2 Habilidades de estudo .................................................................................................... 3 Precisa de apoio? ........................................................................................................... 4 Tarefas (avaliação e auto-avaliação) .............................................................................. 4 Avaliação ...................................................................................................................... 5 Unidade 1 7 Introdução ..................................................................................................................... 7 Introdução ............................................................................................................ 7 1.1. Objectos e métodos de estudo em Microbiologia ........................................... 8 1.2. O conceito de Microbiologia ........................................................................ 11 Sumário ....................................................................................................................... 12 Exercícios.................................................................................................................... 13 Unidade 02 14 Visão geral .................................................................................................................. 14 Introdução .......................................................................................................... 14 2.1 Microbiologia e evolução histórica ............................................................... 15 Sumário ....................................................................................................................... 18 Exercícios.................................................................................................................... 19 Unidade 03 20 Microorganismos ......................................................................................................... 20 Introdução .......................................................................................................... 20 3.1 Características dos microorganismos ............................................................ 21 3.2 Importância dos microorganismos ................................................................ 22 Sumário ....................................................................................................................... 23 Exercícios.................................................................................................................... 24 Unidade 04 25 Classificação ............................................................................................................... 25 Introdução .......................................................................................................... 25 4.1 Classificação de microorganismos em relação aos outros seres vivos ............ 26 4.2 Conceito da classificação dos cinco reinos .................................................... 26 ii Índice Sumário ....................................................................................................................... 27 Exercícios.................................................................................................................... 28 Unidade 05 29 Distribuição na natureza .............................................................................................. 29 Introdução .......................................................................................................... 29 5.1 Distribuição de microorganismos na natureza ............................................... 30 Sumário ....................................................................................................................... 30 Exercícios.................................................................................................................... 31 Unidade 06 32 Bactérias ..................................................................................................................... 32 Introdução .......................................................................................................... 32 6.1. Importância das bactérias na indústria, meio ambiente e no ramo da medicina33 Sumário ....................................................................................................................... 35 Exercícios.................................................................................................................... 35 Unidade 07 36 Bactérias ..................................................................................................................... 36 Introdução .......................................................................................................... 36 7.1 Estrutura morfológica ................................................................................... 37 7.2 Distribuição em diferentes habitats ............................................................... 42 Sumário ....................................................................................................................... 42 Exercícios.................................................................................................................... 43 Unidade 08 44 Bactérias ..................................................................................................................... 44 Introdução .......................................................................................................... 44 8.1. Classificação ............................................................................................... 45 8.2. Nutrição bacteriana ...................................................................................... 46 8.3 Reprodução bacteriana .................................................................................. 50 Sumário .......................................................................................................................51 Exercícios.................................................................................................................... 52 Unidade 09 53 Vírus ........................................................................................................................... 53 Introdução .......................................................................................................... 53 9.1 Características gerais dos vírus ..................................................................... 54 9.2 Importância dos vírus ................................................................................... 55 Sumário ....................................................................................................................... 56 Exercícios.................................................................................................................... 56 Unidade 10 57 Vírus ........................................................................................................................... 57 Introdução .......................................................................................................... 57 10.1 Estrutura e composição química dos vírus ................................................... 57 B0221 iii 10.2 Classificação e nomenclatura ...................................................................... 61 Sumário ....................................................................................................................... 63 Exercícios.................................................................................................................... 64 Unidade 11 65 Vírus ........................................................................................................................... 65 Introdução .......................................................................................................... 65 11.1 Replicação dos vírus ................................................................................... 65 11.2 Vírus bacterianos/Bacteriofagos.................................................................. 67 Sumário ....................................................................................................................... 67 Exercícios.................................................................................................................... 67 Unidade 12 68 Vírus - fagos ................................................................................................................ 68 Introdução .......................................................................................................... 68 12.1 Caracteristicas gerais dos fagos ................................................................... 68 12.2 Morfologia e composição química dos bacteriófagos .................................. 71 Sumário ....................................................................................................................... 72 Exercícios.................................................................................................................... 72 Unidade 13 73 Vírus - fagos ................................................................................................................ 73 Introdução .......................................................................................................... 73 13.1 Classificação dos fagos ............................................................................... 73 13.2 Reprodução ................................................................................................ 75 Sumário ....................................................................................................................... 83 Exercícios.................................................................................................................... 84 Unidade 14 85 Vírus – HIV/SIDA....................................................................................................... 85 Introdução .......................................................................................................... 85 14.1 Bioquimica do vírus HIV ............................................................................ 85 Sumário ....................................................................................................................... 87 Exercícios.................................................................................................................... 87 Unidade 15 88 Fungos ........................................................................................................................ 88 Introdução .......................................................................................................... 88 15.1 Características gerais dos fungos ................................................................ 89 15.2 Importância dos fungos ............................................................................... 90 Sumário ....................................................................................................................... 91 Exercícios.................................................................................................................... 91 Unidade 16 92 Fungos ........................................................................................................................ 92 Introdução .......................................................................................................... 92 iv Índice 16.1 Classificação dos Fungos ............................................................................ 93 Sumário ....................................................................................................................... 99 Exercícios.................................................................................................................. 100 Unidade 17 101 Fungos ...................................................................................................................... 101 Introdução ........................................................................................................ 101 17.1 Morfologia dos fungos .............................................................................. 101 17.2 Nutrição dos Fungos ................................................................................. 103 Sumário ..................................................................................................................... 103 Exercícios.................................................................................................................. 104 Unidade 18 105 Fungos ...................................................................................................................... 105 Introdução ........................................................................................................ 105 18.1 Reprodução dos Fungos ............................................................................ 106 18.2 Principais grupos ecológicos dos fungos ................................................... 108 Sumário ..................................................................................................................... 109 Exercícios.................................................................................................................. 110 Unidade 19 111 Cultura de microorganismo ....................................................................................... 111 Introdução ........................................................................................................ 111 19.1 Exigências nutritivas ................................................................................. 112 19.2 Características de Alguns Produtos Usados no Cultivo de Microrganismos:113 Sumário .....................................................................................................................114 Exercícios.................................................................................................................. 115 Unidade 20 116 Cultura de microorganismo ....................................................................................... 116 Introdução ........................................................................................................ 116 20.1 Tipos de meio alimentar............................................................................ 117 Sumário ..................................................................................................................... 119 Exercícios.................................................................................................................. 120 Unidade 21 121 Cultura de microorganismo ....................................................................................... 121 Introdução ........................................................................................................ 121 21.1 Meios bacteriológicos ............................................................................... 121 Sumário ..................................................................................................................... 123 Exercícios.................................................................................................................. 123 Unidade 22 124 Cultura de microorganismo ....................................................................................... 124 Introdução ........................................................................................................ 124 22.1 Técnicas de Cultura de Microrganismos ................................................... 125 B0221 v Sumário ..................................................................................................................... 126 Exercícios.................................................................................................................. 126 Unidade 23 127 Cultura de microorganismo ....................................................................................... 127 Introdução ........................................................................................................ 127 23.1 Conservação das Culturas Puras................................................................ 128 Sumário ..................................................................................................................... 128 Exercícios.................................................................................................................. 129 Unidade 24 130 Aulas práticas ............................................................................................................ 130 Introdução ........................................................................................................ 130 24.1 Observação de microorganismos no laboratório ........................................ 131 Sumário ..................................................................................................................... 137 Exercícios.................................................................................................................. 138 Bibliografia 139 B0221 1 Visão geral Benvindo a Licenciatura em Ensino de Biologia /Microbiologia Apresente aqui uma visão geral do conteúdo do curso ou módulo ou unidade, com os objectivos, metas, etc... Objectivos do curso Quando terminar o estudo de Inserir título do curso / módulo aqui Inserir sub-título aqui será capaz de: Objectivos Inserir objectivos do curso / Módulo aqui. Repare que tem várias linhas para inserir uma multitude de objectivos se necessário. Quem deveria estudar este módulo Este Módulo foi concebido para todos aqueles que Indicar aqui os pré- requisitos para estudar este módulo, conhecimentos prévios que o aluno precisa ter, etc.. 2 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Como está estruturado este módulo Todos os módulos dos cursos produzidos por inserir aqui nome da instituição encontram-se estruturados da seguinte maneira: Páginas introdutórias Um índice completo. Uma visão geral detalhada do curso / módulo, resumindo os aspectos-chave que você precisa conhecer para completar o estudo. Recomendamos vivamente que leia esta secção com atenção antes de começar o seu estudo. Conteúdo do curso / módulo O curso está estruturado em unidades. Cada unidade ncluirá uma introdução, objectivos da unidade, conteúdo da unidade incluindo actividades de aprendizagem, um summary da unidade e uma ou mais actividades para auto-avaliação. Outros recursos Para quem esteja interessado em aprender mais, apresentamos uma lista de recursos adicionais para você explorer. Estes recursos podem incluir livros, artigos ou sites na internet. Tarefas de avaliação e/ou Auto-avaliação Tarefas de avaliação para este módulo encontram-seno final de cada unidade. Sempre que necessário, dão-se folhas individuais para desenvolver as tarefas, assim como instruções para as completar. Estes elementos encontram-se no final do modulo. Comentários e sugestões Esta é a sua oportunidade para nos dar sugestões e fazer comentários sobre a estrutura e o conteúdo do curso / módulo. Os seus comentários serão úteis para nos ajudar a avaliar e melhorar este curso / modulo. Ícones de actividade Ao longo deste manual irá encontrar uma série de ícones nas margens das folhas. Estes icones servem para identificar diferentes partes do processo de aprendizagem. Podem indicar uma parcela específica de texto, uma nova actividade ou tarefa, uma mudança de actividade, etc. B0221 3 Acerca dos ícones Os ícones usados neste manual são símbolos africanos, conhecidos por adrinka. Estes símbolos têm origem no povo Ashante de África Ocidental, datam do século 17 e ainda se usam hoje em dia. Os ícones incluídos neste manual são... (ícones a ser enviados - para efeitos de testagem deste modelo, reproduziram-se os ícones adrinka, mas foi-lhes dada uma sombra amarela para os distinguir dos originais). Pode ver o conjunto completo de ícones deste manual já a seguir, cada um com uma descrição do seu significado e da forma como nós interpretámos esse significado para representar as várias actividades ao longo deste curso / módulo. Clique aqui e seleccione Inserir elementos (imagem/tabela/nova unidade) da janela do Modelo para Ensino à Distância. Escolha ou Todos os ícones abstractos ou Todos os ícones adrinka da lista dada. Habilidades de estudo Caro estudante, procure olhar para você em três dimensões nomeadamente: O lado social, professional e estudante, dai ser importante planificar muito bem o seu tempo. Procure reservar no mínimo 2 (duas) horas de estudo por dia e use ao máximo o tempo disponível nos finais de semana. Lembre-se que é necessário elaborar um plano de estudo individual, que inclui, a data, o dia, a hora, o que estudar, como estudar e com quem estudar (sozinho, com colegas, outros). Evite o estudo baseado em memorização, pois é cansativo e não produz bons resultados, use métodos mais activos, procure desenvolver suas competências mediante a resolução de problemas específicos, estudos de caso, reflexão, etc. Os manuais contêm muita informação, algumas chaves, outras complementares, dai ser importante saber filtrar e apresentar a informação mais relevante. Use estas informações para a resolução dos exercícios, problemas e desenvolvimento de actividades. A tomada de notas desenpenha um papel muito importante. Um aspecto importante a ter em conta é a elaboração de um plano de desenvolvimento pessoal (PDP), onde você reflecte sobre os seus pontos fracos e fortes e perspectivas o seu desenvolvimento. Lembre-se que o teu sucesso depende da suaentrega, você é o responsável pela sua própria aprendizagem e cabe a ti planificar, organizar, gerir, controlar e avaliar o seu próprio progresso. 4 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Precisa de apoio? Caro estudante, temos a certeza de que por uma ou por outra situação, o material impresso, lhe pode suscitar alguma dúvida (falta de clareza, alguns erros de natureza frásica, prováveis erros ortográficos, falta de clareza conteudística, etc). Nestes casos, contacte o tutor, via telefone, escreva uma carta participando a situação e se estiver próximo do tutor, contacte-o pessoalmente. Os tutores têm por obrigação, monitorar a sua aprendizagem, dai o estudante ter a oportunidade de interagir objectivamente com o tutor, usando para o efeito os mecanismos apresentados acima. Todos os tutores têm por obrigação facilitar a interação, em caso de problemas específicos ele deve ser o primeiro a ser contactado, numa fase posterior contacte o coordenador do curso e se o problema for da natureza geral, contacte a direcção do CED, pelo número 825018440. Os contactos so se podem efectuar, nos dias úteis e nas horas normais de expediente. As sessões presenciais são um momento em que você caro estudante, tem a oportunidade de interagir com todo o staff do CED, neste período pode apresentar dúvidas, tratar questões administrativas, entre outras. O estudo em grupo, com os colegas é uma forma a ter em conta, busque apoio com os colegas, discutam juntos, apoiem-me mutuamnte, reflictam sobre estratégias de superação, mas produza de forma independente o seu próprio saber e desenvolva suas competências. Juntos na Educação `a Distância, vencedo a distância.. Tarefas (avaliação e auto- avaliação) O estudante deve realizar todas as tarefas (exercícios, actividades e auto- avaliação), contudo nem todas deverão ser entregues, mas é importante que sejem realizadas.As tarefas devem ser entregues antes do período presencial. Para cada tarefa serão estabelecidos prazaos de entrga, e o não cumprimento dos prazos de entrega, implica a não classificação do estudante. Os trabalhos devem ser entregues ao CED e os mesmos devem ser dirigidos ao tutor/docentes. Podem ser utilizadas diferentes fontes e materiais de pesquisa, contudo os mesmos devem ser devidamente referenciados, respeitando os direitos do autor. B0221 5 O plagiarismo deve ser evitado, a transcrição fiel de mais de 8 (oito) palavras de um autor, sem o citar é considerado plágio. A honestidade, humildade científica e o respeito pelos direitos autorais devem marcar a realização dos trabalhos. Avaliação Vocé será avaliado durante o estudo independente (80% do curso) e o período presencial (20%). A avaliação do estudante é regulamentada com base no chamado regulamento de avaliação. Os trabalhos de campo por ti desenvolvidos, durante o estudo individual, concorrem para os 25% do cálculo da média de frequência da cadeira. Os testes são realizados durante as sessões presenciais e concorrem para os 75% do cálculo da média de frequência da cadeira. Os exames são realizados no final da cadeira e durante as sessões presenciais, eles representam 60%, o que adicionado aos 40% da média de frequência, determinam a nota final com a qual o estudante conclui a cadeira. A nota de 10 (dez) valores é a nota mínima de conclusão da cadeira. Nesta cadeira o estudante deverá realizar: 2 (dois) trabalhos; 1 (um) teste e 1 (exame). Não estão previstas quaisquer avaliações orais. Algumas actividades práticas, relatórios e reflexões serão utilizadas como ferramentas de avaliação formativa. Durante a realização das avaliações, os estudantes devem ter em consideração: a apresentação; a coerência textual; o grau de cientificidade; a forma de conclusão dos assuntos, as recomendações, a indicação das referências utilizadas, o respeito pelos direitos do autor, entre outros. Os objectivos e critérios de avaliação estão indicados no manual. Consulte-os. Alguns feedbacks imediatos estão apresentados no manual. B0221 7 Unidade 1 Introdução Introdução Caro estudante, seja bem-vindo a unidade sobre a introdução ao estudo da microbiologia. A microbiologia actualmente constitui uma das ciências importantes sob ponto de vista humano e ambiental. Nesta unidade, iremos destacar aspectos ligados aos objectos e métodos de estudo em Microbiologia, bem como seus conceitos básicos descrevendo aspectos que achamos ser mais relevantes. Portanto, caro estudante é convidado para uma discussão activa sobre o assunto que propusemos Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Explicar os objectos e métodos de estudo em Microbiologia Definir Microbiologia. Descrever os conceitos básicos Terminologia Patogênicos – organismos capazes de produzir doenças. Taxonomia – classificação (arranjo), nomenclatura (denominação) e identificação de organismos. SIDA – Sindroma de Imunodeficiência Adquirida. Biorremediação – Uso de agentes biológicos (microorganismos) naturais ou construídos geneticamente para remover poluentes tóxicos do meio ambiente. 8 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. 1.1. Objectos e métodos de estudo em Microbiologia O conceito de Microbiologia, deriva do: Mikros (=pequeno) + Bio (= vida) + logos (=ciência). A Microbiologia era definida, até recentemente, como a área da ciência que dedica-se ao estudo dos microrganismos, um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células isoladas ou agrupados em diferentes arranjos (cadeias ou massas), sendo que as células, mesmo estando associadas, exibiriam um carácter fisiológico independente. Assim, com base neste conceito, a microbiologia envolve o estudo de organismos procariotos (bactérias, archaeas), eucariotos inferiores (algas, protozoários, fungos) e também os vírus. Actualmente, a maioria dos trabalhos em microbiologia é feita com métodos de bioquímica e genética. Também é relacionada com a patologia, já que muitos organismos são patogénicos. Existem duas áreas principais de estudo no campo da microbiologia: microbiologia básica, que estuda a natureza fundamental e as propriedades dos microorganismos, e microbiologia aplicada, em que a informação aprendida na microbiologia básica é empregada para controlar e usar os microorganismos de maneira benéfica (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 1.1.1 Microbiologia básica Segundo Pelczar Jr, Chan, & Krieg (1996), abrange as descobertas científicas que conduzem ao conhecimento fundamental sobre as células e a população microbiana. Em microbiologai básica são discutidos os seguintes temas: Características morfológicas, a forma e tamanho das células, composição química e função da suas estruturas internas Características fisiológicas, por exemplo, a necessidade nutricional específica e as condições físicas necessárias ao crescimento e reprodução Actividades bioquímicas, como os microorganismos quebram os nutrientes para obter energia e como eles usam esta energia para sintetizar componentes celulares Características genéticas, a hereditariedade e a variabilidade das características B0221 9 Potencial de causar doença, presença ou ausência, para o homem, outros animais e plantas, inclui o estudo da resistência do hospedeiro á infecção Características ecológicas, a ocorrência natural dos microorganismos no ambiente e sua relação com outros organismos Classificação, a relação taxonômica entre os grupos no mundo microbiano 1.1.2 Microbiologia aplicada Os principais campos de aplicação da microbiologia incluem aqueles que focalizam a medicina, alimentos e lacticínios, agricultura, indústria ou ambiente (Pelczar Jr, Chan,& Krieg, 1996). A microbiologia fornece melhores soluções, mais económicas para por exemplo produzir vacinas, ou, processos mais eficazes para o tratamento de esgotos. Os microorganismos sintetizam uma grande variedade de substâncias químicas relativamente simples desde o ácido cítrico a antibióticos mais complexos e enzimas Alguns microorganismos são cultivados em grande quantidade e enriquecem a ração animal ou são usados como suplemento alimentar denominado proteína de célula única (SCP). Carbohidratos de algas são amplamente utilizados em indústrias farmacêuticas e alimentar, utilizadas em áreas do mundo com fontes inadequadas de alimentos Certos microorganismos são capazes de fermentar material orgânica humano e animal, produzindo gás metano que pode ser colectado e usado como combustível, (nos países em desenvolvimento, sistemas de geração de metano são usados em casas individuais para formar calor e luz, em depuradores de despejos e esgotos, milhares de metros cúbicos de metano são produzidos diariamente, e grande quantidade desse gás é usada para aquecer e operar máquinas; os cientistas estão agora analisando as bactérias que podem converter carvão em metano para ser usado em máquinas industriais). Além da indústria, os microorganismos são utilizados para alterar ambientes específicos. Por exemplo, a biometalurgia explora as actividades químicas de bactérias para extrair minerais, como cobre e ferro de minérios de baixa qualidade, para o solo estão se buscando microorganismos que podem degradar poluentes específicos, como 10 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. herbicidas e insecticidas, em vez de usar produtos tóxicos para controlar insectos que danificam safras, os agricultores poderão borrifar (molhar levemente) as plantas, com microorganismos que infectam e destroem os insectos. Um outro método que está sendo desenvolvido é a inserção de genes bacterianos ( por exemplo o Bacillus thuringiensis) no material genético das plantas. Esses genes bacterianos codificam proteínas que matam os insectos e são sintetizados por plantas alteradas geneticamente. Alguns produtos microbianos podem melhorar a capacidade dos detergentes caseiros em remover manchas. O desenvolvimento da biologia molecular e da engenharia genética amplia o uso dos microorganismos para o benefício da sociedade. Algumas aplicações mais significativas da microbiologia tem sido na medicina, para melhor compreender a acção dos microorganismos por meio da microbiologia provavelmente melhores tratamentos serão alcançados para doenças actuais, incluindo o SIDA, alguns tipos de cancros que parecem ser causados por microorganismos. A engenharia genética e a microbiologia médica visam juntas á produção de enzimas bacterianas que que dissolvem coágulos sanguíneos, vacinas humanas utilizando vírus de insectos e testes laboratoriais rápidos para o diagnóstico de infecção viral. As vacinas e as drogas em uso actualmente estão sendo melhoradas por meio da microbiologia. A linha de frente da pesquisa médica é o uso de vírus para inserir genes de mamíferos em animais individuais que necessitem destes genes. A microbiologia fornece os princípios fundamentais utilizados pela microbiologia aplicada, e que a aplicação destes princípios frequentemente funciona como estímulo para descoberta de mais informações básicas. Valorizados pelos seus produtos industriais e temidos por causar doenças e ignorados por não poderem ser vistos apesar de estarem sempre connosco. É ainda um mundo por se explorar e como dizia Louis Pasteur “o microorganismo terá a última palavra (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996).” B0221 11 1.2. O conceito de Microbiologia Durante muitas décadas os microorganismos têm surgido como parte do eixo principal das ciências biológicas. Entre as razões para isso está o conceito de “unidade em bioquímica”, que significa que muitos dos processos bioquímicos que ocorrem em microorganismos são essencialmente os mesmos em todas as formas de vida (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Muitos dos processos bioquímicos que ocorrem em microorganismos são essencialmente os mesmos em todas as formas de vida, inclusive o homem, e a mais recente descoberta de toda informação genética de todos os organismos, dos organismos aos seres humanos é codificada pelo ADN. Devido a facilidade em se realizar experiências com microorganismos, associada a rápida velocidade de crescimento e de sua variedade de actividades bioquímicas, os microorganismos tornara-se o modelo experimental de escolha para o estudo da genética, e na investigação de fenómenos bioquímicos fundamentais (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Os microorganismos tem sido também fonte de produtos, por ex, o álcool produzido por meio da fermentação de grãos pode tornar-se uma nova fonte de combustível. O microorganismos tem sido fonte de processos para o benefício da sociedade. Por ex, novas variedades de microorganismos produzidos por engenharia genética podem produzir substâncias medicinais importantes, tais como insulina, que era exclusivamente extraída do pâncreas de bezzero, actualmente ela pode ser produzida em quantidades ilimitadas por uma bactéria geneticamente construída (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Os microorganismos ajudam a limpar o ambiente: da decomposição de componentes de petróleo, em derramamento de óleos, á decomposição de herbicida e insecticidas usados na agricultura (biorremediação). Variedades específicas de microorganismos estão em uso e outras estão sendo desenvolvidas para substituir substâncias químicas actualmente usadas para o controlo de insectos. A biotecnologia é um novo campo da microbiologia que se dedica a construção genética dos microorganismos para finalidades especificas. O desenvolvimento e uso dos microorganismos construídos geneticamente em ambiente aberto têm criado um grande problema, isso está associado ao facto de o microorganismo introduzido vir a trazer efeitos adversos sobre o ambiente, entretanto trata-se de uma questão ainda em aberto (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 12 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Sumário Os objectos de estudo da microbiologia são organismos procariotos (bactérias, archaes), eucariotos inferiores (algas, protozoários, fungos) e também os vírus. A Microbiologia era definida, até recentemente, como a área da ciência que dedica-se ao estudo dos microrganismos, um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células isoladas ou agrupados em diferentes arranjos (cadeias ou massas), sendo que as células, mesmo estando associadas, exibiriam um carácter fisiológico independente. B0221 13 Exercícios Auto-avaliação 1. Como era definida a Microbiologia? 2. Que tipo de organismos são envolvidos no estudo da microbiologia? 3. Qual é a diferença entre microbiologia básica e microbiologia aplicada? 4. Qual é o nome do processo pelo qual os microorganismos são usados para consumir a poluição causada pelo derramamento de petróleo, solventes, pesticidas e outros poluidores tóxicos? 14 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Unidade 02 Visão geral Introdução Nesta unidade, sobre a visão geral da microbiologia geral e evolução histórica, é importante rever aspectos abordados na unidade anterior sobre a introdução da microbiologia. É importante referir que, a microbiologia, como ciência independente, ela busca conhecimentos de outras ciências para explicar os processos vitais dos organismos vivos. Mas contudo, ela tem objecto de estudo bem como objectivos. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de:Objectivos Descrever a evolução histórica da Microbiologia. Descrever as etapas mais relevantes na evolução da Microbiologia. Conhecer figuras importantes da evolução histórica da Microbiologia. Terminologia Abiogénese – abio, sem vida; genesis, origem. Biogénese – origem de organismos vivos somente a partir de outros organismos vivos. B0221 15 2.1 Microbiologia e evolução histórica Os cientistas deduziram que os microorganismos originaram – se aproximadamente há 4 bilhões de anos, a partir de um material orgânico complexo em águas oceânicas, ou possivelmente de nuvens que circundavam nossa primitiva Terra. Como os primeiros indícios de vida na Terra, os microorganismos são considerados ancestrais de todas as outras formas de vida (Pelczar Jr., Chan, & Krieg, 1996). A Microbiologia é uma ciência jovem apesar dos microrganismos serem considerados ancestrais de todas as formas da vida. Os microrganismos foram observados pela primeira vez somente há 300 anos e foram pouco compreendidos durante muitos anos após a sua descoberta. Existe um período de quase 200 anos a partir das primeiras observações até o reconhecimento da sua importância (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Em meio há muitas tentativas científicas de se obter novos conhecimentos sobre microorganismos, algumas podem ser mencionadas por terem contribuído mais intensamente ao reconhecimento da microbiologia como ciência. A primeira delas surgiu na Segunda metade do sec XIX quando os cientistas provaram que os microrganismos originaram – se de pais iguais a eles próprios e não de causas sobrenaturais ou de plantas e animais em putrefacção. Mais tarde, os cientistas provaram que os micróbios não são o resultado mas sim a causa dos processos fermentativos no suco de uva para a produção de vinho. Eles também descobriram que um tipo específico de micróbio causa uma doença específica (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Durante o inicio do sec. XX foi descoberta grande diversidade bioquímica dos microrganismos. Os microbiologistas aprenderam que os micróbios são capazes de realizar uma grande variedade de reacções, aquelas que envolvem a quebra de substâncias ou a síntese de novos compostos, e o mecanismo pelo qual estas reacções químicas são produzidas pelos microrganismos é muito semelhante a aquele que ocorre em formas de vida superiores (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Os primeiros cientistas que optaram por estudar o mundo invisível de bactérias, algas, fungos, protozoários e vírus foram motivados no decorrer das suas descobertas por competição, inspiração e sorte. Houve conceitos errados que 16 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. levaram a verdade e verdades que não foram inicialmente reconhecidas (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Uma das grandes figuras da Microbiologia foi Antony Van Leeuwenhok (1632- 1723), dono de um armazém, zelador da prefeitura e provador oficial de vinhos na cidade de delft, na Holanda. Usava as lentes de aumento para inspeccionar fibras e tecelagens de roupas. Como hobby, polia lentes de vidro e as montava entre finas placas de prata ou bronze para formar simples microscópios (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Leeuwenhok fez uma descrição detalhada sobre o que viu tornando-se num dos fundadores. As suas primeiras observações foram feitas em águas dos rios, saliva, infusões de pimenta, fezes etc. Onde foram observados inúmeros objectos móveis, e invisíveis a olho nú. Chamou a estes objectos de “animaculos” porque acreditava que eram pequenos animais vivos. Foi fazendo mais microscópios, e o mais poderoso aumentava o objecto 200 a 300 vezes (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). As inúmeras cartas de Leeuwenhok sobre as suas descobertas incitaram calorosas discussões sobre a origem destes animaculos, duas escolas de pensamento surgiram, uma inclinada a admitir a existência destas estruturas mas considerava que elas eram resultado da decomposição de plantas e tecidos animais (isto é por meio da fermentação ou putrefacção). Os defensores desta escola acreditavam que a vida surgia de objectos inanimados, um processo denominado abiogénese. Isto basicamente, foi o conceito da geração espontânea (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). A ideia da geração espontânea acreditava que rãs e minhocas surgiam espontaneamente de um pequeno lago de lama; larvas de insectos e moscas eram produzidos através da carne em putrefacção (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Outra escola defendia que os animaculos se originaram de pais, como formas de vida superiores. A esta ideia de que animaculos, já existentes deram origem a outros foi dado o nome biogénese (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Francesco Redi (1626-1697) demonstrou em 1668 que as larvas encontradas na carne em putrefacção eram larvas de ovos de insectos, e não um produto da geração espontânea (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Jonh Needhan (1713-1781) em 1745, cozinhou pedaços de carne para destruir microrganismos preexistentes e colocou-os em frascos abertos. Eventualmente ele B0221 17 viu colônias de microrganismos na superfície e conclui que elas surgiram espontaneamente a partir da carne (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Lazzaro Spallanzani (1729-1799) em 1769, ferveu caldo de carne em um frasco durante uma hora e então vedou-o. Nenhum microorganismos apareceu no caldo, assim este resultado contrariou a abiogenese. Mas Needham simplesmente insistia que o ar era essencial à vida e também para a geração espontânea (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Quase 100 anos depois da primeira experiência de Needham, dois outros investigadores tentaram resolver a controvérsia da «essencialidade do ar». Em 1836, Franz Schulze (1815-1873) passava o ar através de uma solução de ácido forte e depois aerava uma infusão de carne previamente fervida em frasco fechado. No ano seguinte, Theodor Schwann (1810-1882) forçava a passagem do ar através de tubos aquecidos e então aerava o caldo (Figura 1). Em nenhum dos casos surgiram os micróbios, porque aqueles que estavam presentes no ar foram mortos pelo calor ou pelo ácido (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Heinrich Schroder (1818-1885) e Theodor Von Dusch (1824-1890), em 1850 permitiram o contacto de um caldo nutritivo estéril contido num frasco com ar previamente filtrado com algodão existente no tubo de entrada do frasco, os microorganismos ficavam retidos no algodão e o ar passava livremente, fornecendo evidências para os defensores da biogénese (Figura 2) (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Louis Pasteur (1822-1895) usou frascos longos e curvados que foram preenchidos com caldo e aquecidos. O ar podia passar livremente através dos frascos abertos mas nenhum micróbio surgiu na solução. As partículas de poeira e os microorganismos depositavam-se na região sinuosa em forma de U do tubo, mas não atingiam o caldo. Pasteur realizou também experiências no alto dos Pirineus e Alpes onde não existiam poeiras que carregavam os microorganismos através do ar e ele demonstrou que quanto mais puro for o ar que penetra no frasco, menor é a possibilidade de ocorrer contaminação (Figura 3) (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Jonh Tyndall, através da sua caixa livre de poeiras onde o ar entrava contorcido, a poeira sedimentava-se na região U do tubo, e o caldo na caixa contínua estéril (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 18 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Figura 1. Aparelhos utilizados nas experiências que derrubaram a teoria de geração espontânea (fonte: Bossolan, 2002) As experiências de Pasteur e Tyndall promoveram a aceitação geral da teoria da biogénese. Pasteur, então dedicou seus estudos à utilização dos microorganismos na produção do vinho e aos microorganismos como causadores de doenças (PelczarJr, Chan, & Krieg, 1996). Sumário Os microorganismos originaram – se aproximadamente há 4 bilhões de anos. A microbiologia é uma ciência jovem apesar de que os microorganismos foram observados pela primeira vez somente há 300 anos. Uma das grandes figuras da Microbiologia foi Antony Van Leeuwenhok que fez as suas primeiras observações em águas dos rios, saliva, infusões de pimenta, fezes etc. As experiências de Pasteur e Tyndall promoveram a aceitação geral da teoria da biogénese B0221 19 Exercícios Auto-avaliação 1. Quando é que os primeiros microorganismos surgiram na terra? 2. Descreva as contribuições dos seguintes indivíduos para a microbiologia: Francesco Redi, Jonh Needham e Lazaro Spallanzan. 3. Qual é o cientista que rejeitou a teoria da geração espontânea? Como ele fez isto? 20 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Unidade 03 Microorganismos Introdução Caro estudante, os microrganismos são estruturas vivas. Sendo assim, eles estão dotados de características morfo-fisiológicas que os distinguem primeiro de outras formas de vida e segundo que os distingue entre eles. Portanto, nesta unidade, como em tantas outras, está convidado para participar nesta discussão de uma forma activa, usando o pré-conhecimento dos anteriores níveis, sobre tudo que sabe relacionado com essas formas de vida. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Caracterízar os Microrganismos. Descrever os Microrganismos. Diferenciar os Microrganismos. Conhecer a importância dos microorganismos. Terminologia Procarióticos – células em que a substância nuclear não é envolvida por uma membrana. Eucarióticos – células que possuem núcleo definitivo ou verdadeiro. Hibridização – processo de produção de híbridos, isto é, produto de estirpes geneticamente diferentes. B0221 21 3.1 Características dos microorganismos Uma população microbiana, sob condições naturais contém muitas espécies diferentes, não somente espécies de bactérias, mas também espécies de leveduras, bolores, algas e protozoários. Talvez também possam existir milhares de vírus (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 3.1.1 Caracteristicas morfológicos dos microorganismos procariotas As bactérias são microorganismos procariotas. A maioria delas é unicelular e apresenta uma forma simples, esta simplicidade é evidente se observarmos forma, tamanho e arranjo das células bacterianas com um microscópio comum. Entretanto se utilizarmos um microscópio electrónico para examinar mais intimamente as partes internas e externas de uma célula bacteriana, encontraremos uma complexidade de estruturas (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 3.1.2 Características morfológicas dos microorganismos eucarióticos Todos os organismos procarióticos são microorganismos, ainda que somente um pequeno grupo de organismos eucarióticos inclua microorganismos. Estes grupos são as algas, fungos e protozoários e incluem uma grande diversidade de microorganismos (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Contudo entre eles estão presente espécies muito grandes para serem consideradas microscópicas. Ex: os cogumelos que são os fungos. Entretanto estes são relacionados aos eucariotas microscópicos e são normalmente incluídos no estudo da microbiologia. Outros eucariotas são células diminutas simples. As diferenças morfológicas entre os fungos, os protozoários e as algas são uma lembrança das diversidades estruturais entre os microorganismos (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). As leveduras e os bolores são fungos, mas eles diferem na sua morfologia: as leveduras são unicelulares e geralmente maiores que as bactérias, ovais por vezes alongadas ou esféricas. As leveduras não têm flagelos nem outros meios de locomoção. Os bolores são organismos pluricelulares que aparecem como filamentos (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 22 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. As algas apresentam variedade de tamanho e formas. As espécies variam de células microscópicas unicelulares, a organismos com vários metros de comprimento. As espécies unicelulares podem ser esféricas em forma de bastonete ou fusiformes, algumas delas são simples agregados de células individuais, enquanto outras contem tipos celulares diferentes com funções especializadas (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Protozoários, alguns são ovais ou esféricos, outros alongados. Outros ainda são polimorficos, morfologicamente distintos em diferentes estágios do ciclo de vida (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 3.1.3 Ultra-estrutura dos microorganismos Eucarióticos As células eucarióticas são geralmente maiores e estruturalmente mais complexas do que as células procarióticas (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). A característica predominante das células eucarióticas é o núcleo com cromossomas lineares envolvida por uma membrana que não é encontrada em procariotas. Para além do núcleo a estrutura dos fungos, algas protozoários, pode incluir apêndices, parede celular, membranas e varias estruturas internas (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 3.2 Importância dos microorganismos Como base nestas caracteristicas foi possivel que Joshua e Esther Lederberg pudessem realizar em 1951, uma experiência, demonstrando que adaptações evolutivas surgem melhor da preadaptação do que da mutação dirigida. Para isto, eles inventaram a replicação em placa, que permitiu que eles transferissem numerosas colônias de bactérias para locais específicos de uma placa de petri preenchida com Ágar-ágar para regiões análogas em diversas outras placas de petri. Após a replicação de uma placa com E. coli, eles expuseram cada uma das placas a fagos. Eles observaram que colônias resistentes aos fagos estavam presentes em partes análogas de cada placa, possibilitando-os concluir que os traços de resistência aos fagos existiam na colonia original, que nunca havia sido exposta aos fagos, ao invés de surgirem após as bactérias terem sido expostas aos vírus. Portanto, a extensiva caracterização dos micróbios tem nos permitido o uso deles como ferramentas em outras linhas da biologia: B0221 23 Bactérias (especialmente Escherichia coli) podem ser usadas para reduplicar DNA na forma de um (plasmídeo). Este DNA é frequentemente modificado quimicamente in vitro e então inserido em bactérias para selecionar traços desejados e isolar o produto desejado de derivados da reação. Após o crescimento da bactéria e deste modo a replicação do DNA, o DNA pode ser adicionalmente modificado e inserido em outros organismos. Bactérias podem também ser usadas para a produção de grandes quantidades de proteínas usando genes codificados em um plasmídeo. Genes bacteriais tem sido inseridos em outros organismos como genes repórteres. O sistema de hibridação em levedura combina genes de bactérias com genes de outros organismos já estudados e os insere em uma célula de levedura para estudar interações protéicas em um ambiente celular. Sumário Os microorganismos procarióticos são unicelulares na sua maioria e apresenta uma forma simples que é evidente se observarmos forma, tamanho e arranjo das células quando observados ao microscópio comum. As células eucarióticas são geralmente maiores e estruturalmente mais complexas do que as células procarióticas. A característica predominante das células eucarióticas é o núcleo com cromossomas lineares envolvidos por uma membrana que não é encontrada em procarióticos. Portanto, a extensiva caracterização dos micróbios tem nos permitido o uso deles como ferramentas em outras linhas da biologia: bactérias (especialmente Escherichia coli) podem ser usadas para reduplicar DNA na forma de um (plasmídeo). Este DNA éfrequentemente modificado quimicamente in vitro e então inserido em bactérias para selecionar traços desejados e isolar o produto desejado de derivados da reação. Após o crescimento da bactéria e deste modo a replicação do DNA, o DNA pode ser adicionalmente modificado e inserido em outros organismos; 24 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. bactérias podem também ser usadas para a produção de grandes quantidades de proteínas usando genes codificados em um plasmídeo; genes bacteriais tem sido inseridos em outros organismos como genes repórteres e o sistema de hibridação em levedura combina genes de bactérias com genes de outros organismos já estudados e os insere em uma célula de levedura para estudar interações protéicas em um ambiente celular. Exercícios Auto-avaliação 1. Como podemos diferenciar os seres eucariontes e procariontes? 2. Fale dos trabalhos de Joshua e Esther Lederberg? 3. Fale de forma resumida da importância dos microorganismos. B0221 25 Unidade 04 Classificação Introdução Nesta unidade, o prezado estudante, através desta discussão pretendemos que tenha em conta, a classificação de microorganismos para evitar a distribuição arbitrária dos grupos intermediários. Nesta abordagem, tivemos o dever de trazer alguns elementos históricos que se tornaram relevantes, na classificação dos microorganismos. Portanto mais uma vez, caro estudante está convidado para uma discussão activa. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Conhecer a classificação de microorganismos em relação aos outros seres vivos. Descrever o conceito dos cinco reinos. Explicar o contributo de alguns cientistas na classificação dos microorganismos. Terminologia Classificação – o arranjo sistemático de unidades (por exemplo, organismo) em grupos e frequentemente arranjados posteriormente em grupos maiores. 26 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. 4.1 Classificação de microorganismos em relação aos outros seres vivos Há cerca de 10 milhões de espécies de organismos vivos no mundo, incluindo milhares de espécies microbianas. A necessidade de organizar esta quantidade e variedade de organismos é característica da mente humana (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Durante a metade do século XVIII, todos os organismos vivos foram distribuídos por Carolus Linnaeus em dois reinos, Plantae ou Animalia. Embora os trabalhos pioneiros de Linnaeus sejam contribuições científicas importantes, estes e outros sistemas de classificação iniciais apresentavam falhas ou esquemas errados, porque eram baseados em informações imprecisas (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Actualmente, os sistemas de classificação, particularmente aqueles para microorganismos, estão evoluindo ainda, pois os pesquisadores estão descobrindo mais informações sobre as características físicas e químicas dos organismos (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 4.2 Conceito da classificação dos cinco reinos Segundo Pelczar Jr, Chan, & Krieg (1996), a maneira pela qual os organismos obtêm nutrientes de sua alimentação é a base do sistema de cinco reinos de classificação proposto em 1969 por Robert H. Whittaker. Ele ampliou o sistema de classificação de Haeckel e sugeriu três níveis de organização celular para acomodar os três modos principais de nutrição: 1. Fotossíntese, o processo pelo qual a luz fornece energia para converter o dióxido de carbono em água e açucares, 2. Absorção, a captação de nutrientes químicos dissolvidos em água, 3. Ingestão, entrada de partículas de alimentos não dissolvidos. Neste esquema de classificação (Figura 1), os procariotas constituem o reino Monera, que até recentemente foi considerado como o reino mais primitivo e acreditava-se que era o ancestral dos eucariotas. Os procariotas normalmente obtêm nutrientes somente por absorção, e não podem ingerir alimentos ou realizar fotossíntese (como as plantas). O reino Protista inclui os microorganismos eucariotas unicelulares, que representam todos os três tipos nutricionais: as algas B0221 27 são fotossintéticas, os protozoários podem ingerir seu alimento e os fungos limosos (os fungos inferiores) somente absorvem os nutrientes. Os organismos eucarióticos superiores são colocados no reino Plantae (plantas verdes fotossintéticas e algas superiores), Animalia (animais que ingerem os alimentos) e Fungi, organismos que tem parede celular mas não apresentam o pigmento fotossintético clorofila encontrado em outras plantas, portanto eles absorvem os nutrientes (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Assim, os microorganismos foram colocados em três dos cinco reinos: Monera (bactéria), Protista (protozoários e algas microscópicas) e Fungi (os fungos microscópicos: leveduras e bolores). O sitema de Whittaker coloca todas as bactérias no reino Monera e sugere um ancestral comum para todos os membros deste reino (Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Figura 2. Classificação dos seres vivos de acordo com Whittaker (1969) Sumário O sistema de classificação inicias agrupavam todas as espécies vivas no reino animal ou vegetal. Mais tarde tornou – se evidente que os microorganismos não se ajustam neste esquema. Haeckel, sugeriu que eles deviam ser colocados em um terceiro reino, o Protista. Entretanto, estudos mais recentes revelam diferenças fundamentais entre vários microorganismos. Whittaker agrupou aqueles que eram procariotas no reino Monera e os eucariotas ficaram distribuídos no reino Protista ou Fungi. 28 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Exercícios Auto-avaliação 1. Quais os dois reinos em que Linnaeus classificava os organismos? 2. Quais os três reinos em que Haeckel classificava os organismos? Qual continha os microorganismos? 3. Qual a diferença entre microorganismos eucariotas e procariotas? E qual reino Whittaker colocou os microorganismos procariotas? 4. Quais são as características essenciais do sistema de classificação dos cinco reinos de Whittaker? Cite – os. B0221 29 Unidade 05 Distribuição na natureza Introdução Caro estudante, os microrganismos são estruturas vivas. Sendo assim, eles estão dotados de características morfo-fisiológicas que os permite a sua distribuição em diferentes habitat. Portanto, nesta unidade, com em tantas outras, está convidado para participar nesta discussão de uma forma activa, usando o pré-conhecimento dos anteriores níveis, sobre tudo que sabe relacionado com essas formas de vida. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Descrever a distribuição de microorganismos na natureza. Diferenciar os Microrganismos. Explicar as relações entre os Microrganismo. Terminologia Patogénicos – organismo capaz de produzir doença. 30 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. 5.1 Distribuição de microorganismos na natureza Os microorganismos são encontrados praticamente em todos os ambientes, desde o solo e as massas de água (mares, rios), ar, até as superfícies internas e externas de humanos e outros animais, bem como de plantas. Aparecem em maior abundância onde encontram condições favoráveis, como substâncias nutritivas, humidade e temperaturas adequada ao seu desenvolvimento (Monteiro, Cogo, & Filho, 2009). As condições que favorecem a sobrevivência e o crescimento de muitos microrganismos são as que, normalmente, envolvem o homem, pelo que é inevitável que vivamos entre uma multidão deles; encontra-se no ar que respiramos, no alimento que ingerimos, nasuperfície do nosso corpo, na boca, nariz e outras cavidades do corpo, no aparelho digestivo (Moreira & Mendes, 1998). Os microorganismos, que são favorecidos pelas mesmas condições que a população humana, podem produzirem modificações devido ao seu metabolismo, o que os torna patogénico para o homem. Felizmente a maioria é inócua e habita a superfície do nosso corpo, tracto digestivo, boca, nariz e outras cavidades naturais. Dispomos de meios para resistir à invasão daqueles potencialmente patogénicos (Monteiro, Cogo, & Filho, 2009). Sumário Os microrganismos são encontrados em quase toda a natureza: solo, superfície, altas camadas atmosféricas, rios, lagos, profundezas oceânicas e montanhas elevadas. São mais abundantes quando encontram matéria orgânica, umidade e temperatura favoráveis para sua multiplicação. As condições que favorecem a sobrevivência e o crescimento de muitos microrganismos são as que, normalmente, envolvem o homem, pelo que é inevitável que vivamos entre uma multidão deles; encontra-se no ar que respiramos, no alimento que ingerimos, na superfície do nosso corpo, na boca, nariz e outras cavidades do corpo, no aparelho digestivo. No geral entretanto a maior parte deles é a inócua ao homem, ao passo que ele dispõe de meios para resistir à invasão dos que podem ser prejudiciais. B0221 31 Exercícios Auto-avaliação 1. Em que ambientes são encontrados os microorganismos? 2. Quais são as condições que os microorganismo necessitam para aparecerem em maior abundância? 32 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Unidade 06 Bactérias Introdução Caro estudante, seja bem vindo a unidade, sobre as bactérias. As bactérias desempenham diversas funções que podem ser benéficas ou prejudiciais para o homem como par o meio ambiente. No entanto, nesta unidade iremos estudar a importância das bactérias na indústria, meio ambiente e no ramo de medicina. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Explicar a importância das bactérias. Conhecer a importância das bactérias na indústria, meio ambiente e no ramo da medicina. Explicar como a biotecnologia poderá mudar a vida do homem. Terminologia Simbiontes – vida conjunta de dois ou mais seres; associação microbiana. Nucleotídeo – unidade estrutural básica dos ácidos nucleicos (DNA e RNA); constituídos por base purínica ou pirimidíca, ribose ou desoribose e fosfato. B0221 33 6.1. Importância das bactérias na indústria, meio ambiente e no ramo da medicina Os vários tipos de bactérias podem ser prejudiciais ou úteis para o meio ambiente e para os seres vivos. Com técnicas da biotecnologia já foram desenvolvidas bactérias capazes de produzir drogas terapêuticas, como a insulina (Wikipédia org, 2011). 6.1.1 Na indústria de alimentos Existem várias espécies de bactérias usadas na preparação de comidas ou bebidas fermentadas, incluindo as lácticas para queijos, iogurte, vinho, salsicha, frias, pickles, chucrute (sauerkraut em alemão), azeitona, molho de soja, leite fermentado e as acéticas utilizadas para produzir vinagres (Wikipédia org, 2011). 6.1.2 Na indústria farmacêutica: produção de hormônio Em 1977, obteve se pela primeira vez a síntese de uma proteína humana por uma bactéria transformada. Um segmento de DNA com 60 pares de nucleotídeos, contendo o código para síntese de somatostatina (um hormônio composto de 14 aminoácidos) foi ligado a um plasmídio e introduzido em uma bactéria, a partir da qual foram obtidos clones capazes de produzir somatostatina (Wikipédia org, 2011). A insulina foi a primeira proteína humana produzida por engenharia genética em células de bactérias e aprovada para uso em pessoas. Até então, a fonte desse hormônio para tratamento de diabéticos eram os pâncreas de bois e porcos, obtidos em matadouros. Apesar de a insulina desses animais ser muito semelhante à humana, ela causa problemas alérgicos em algumas pessoas diabéticas que utilizavam o medicamento. A insulina produzida em bactérias transformadas, por outro lado, é idêntica à do pâncreas humano e não causa alergia, devendo substituir definitivamente a insulina animal (Wikipédia org, 2011). O hormônio do crescimento, a somatotrofina, foi produzido pela primeira vez em bactérias em 1979, mas a versão comercial só foi libertada em 1985, após ter sido submetida a inúmeros testes que mostraram sua eficácia. O hormônio de crescimento é produzido pela hipófise, na sua ausência ou em quantidades muito baixa, a criança não se desenvolve adequadamente. Até pouco tempo atrás, a única opção para crianças que nasciam com deficiência hipofisária somatotrofina 34 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. era tratamento com hormônio extraído de cadáveres. Agora esse hormônio é produzido por técnicas de engenharia genética (Wikipédia org, 2011). 6.1.3 Na ecologia No solo existem muitos microorganismos que trabalham na transformação dos compostos de nitrogénio em formas que possam ser utilizadas pelas plantas e muitos são bactérias que vivem na rizosfera (a zona que inclui a superfície da raiz e o solo que a ela adere). Algumas destas bactérias – as nitrobactérias - podem usar o nitrogénio do ar e convertê-lo em compostos úteis para as plantas, um processo denominado fixação do nitrogénio. A capacidade das bactérias para degradar uma grande variedade de compostos orgânicos é muito importante e existem grupos especializados de microorganismos que trabalham na mineralização de classes específicas de compostos como, por exemplo, a decomposição da celulose, que é um dos mais abundantes constituintes das plantas. Nas plantas, as bactérias podem também causar doenças (Wikipédia org, 2011). As bactérias decompositoras actuam na decomposição do lixo, sendo essenciais para tal tarefa. Também podem ser utilizadas para biorremediação actuando na biodegradação de lixos tóxicos, incluindo derrames de hidrocarbonetos (Wikipédia org, 2011). 6.1.4 Na saúde humana O papel das bactérias na saúde como agentes infecciosos, é bem conhecido: o tétano, a febre tifóide, a pneumonia, a sífilis, a cólera e tuberculose são apenas alguns exemplos. O modo de infecção inclui o contacto directo com material infectado, pelo ar, comida, água e por insectos. A maior parte das infecções pode ser tratada com antibióticos e as medidas anti-sépticas podem evitar muitas infecções bacterianas, por exemplo, fervendo a água antes de tomar, lavar alimentos frescos ou passar álcool numa ferida. A esterilização dos instrumentos cirúrgicos ou dentários é feita para os livrar de qualquer agente patogénico (Wikipédia org, 2011). No entanto, muitas bactérias são simbiontes do organismo humano e de outros animais como, por exemplo, as que vivem no intestino ajudando na digestão e evitando a proliferação de micróbios patogénicos (Wikipédia org, 2011). B0221 35 Sumário Como já tínhamos dito, as bactérias desempenham diversas funções que podem ser benéficas ou prejudicais. Existem muitos campos de aplicação das bactérias. Portanto, com relação à aplicação das bactérias estas tem importâncias em diversas áreas que podem ser: indústria, está envolvida na preparação de comidas ou bebidas fermentadas, incluindo as lácticas para queijos, iogurte, vinho, salsicha, frias, pickles, chucrute (sauerkraut em alemão), azeitona, molho de soja, leite fermentado e as acéticas utilizadas para produzir vinagres; meio ambiente: as bactérias desempenham papel importante na decomposição de matéria orgânica e a reciclagem dos elementos químicos da natureza (ciclos biogeoquímicos) e no ramo da medicina: como agentes infecciosos, é bem conhecido: o tétano, a febre tifóide, a pneumonia, a sífilis, a cólera e tuberculosesão apenas alguns exemplos. Exercícios Auto-avaliação 1. Quais são as áreas de importância das bactérias que tu conheces? 2. Quais são as vantagens da produção da insulina produzida por bactérias? 3. Dê 2 exemplos de bactéria para cada área de aplicação delas. 36 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Unidade 07 Bactérias Introdução Prezado estudante, não basta apenas saber que a Microbiologia estuda microorganismos, mas é importante também, fazer referência da estrutura morfológica e distribuição em diferentes habitas das bactérias. No entanto, nesta unidade iremos reservar a discussão para as bactérias que constituem um dos microorganismos estudados pelos microbiologistas Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Conhecer a estrutura morfológica das bactérias. Reconhecer a forma, tamanho e arranjo das células bacterianas. Comparar a morfologia das diversas bactérias. Descrever a estrutura e a função do flagelo bacteriano. Explicar o que é glicocálice e qual a sua função em célula bacteriana. Explicar a distribuição das bactérias em diferentes habitas. Terminologia Peptideoglicano – polímero grande que compõe a estrutura rígida da parede celular das eubactérias. Flagelina – moléculas de proteínas que constituem a extremidade distal do flagelo. B0221 37 7.1 Estrutura morfológica 7.1.1 Forma e tamanho As bactérias são extremamente variáveis quanto ao tamanho e formas que apresentam. Em tamanho as bactérias variam desde de 0,2 a 5 µm, as menores bactérias (Mycoplasma) exibem tamanho aproximadamente equivalente aos maiores vírus (poxvírus) e correspondem aos menores organismos capazes de existir fora de um hospedeiro. As bactérias bacilares mais longas exibem tamanho similar ao de algumas leveduras e hemácias humanas (7 µm) (Levinson, 2010). Em relação às formas, a maioria das bactérias estudadas seguem um padrão menos variável, embora existam vários tipos morfológicos distintos. De maneira geral, as bactérias são classificadas em três grupos básicos, de acordo com a forma: cocos, bacilos e espiroquetas (Levinson, 2010). Os cocos correspondem a células esféricas, podem se dividir sem um plano de orientação definido, o que leva a um grande número de arranjos diferentes. Assim temos os cocos isolados, cocos organizados em pares (diplococos, ex.:Neisseria e pneumococos), grupo de quatro em forma de quadrado (tetracocos, ex: Pediococcus), cubos contendo 8 células (sarcina), cocos em cadeia (estreptococos, ex.: Streptococus) e em agrupamentos semelhantes a um cacho de uvas (estafilococos, ex.: Staphylococcus) (Levinson, 2010). 38 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. Figura 3: Arranjos característicos dos cocos, com ilustrações esquemáticas dos padrões de multiplicação. [A] Diplococos: as células se dividem em um plano e permanecem acopladas predominantemente em pares (escaneamento por micrografia eletrônica de varredura). [B] Estreptococus: as células se dividem em um plano e permanecem acopladas para formar cadeias (micrografia eletrônica de varredura). [C] Tetracocos: as células se dividem em dois planos e caracteristicamente formam grupos de quatro células. As espécimes mostradas são Gaffkyatetragena. [D] Estafilococos: as células se dividem em três planos, em um padrão irregular, formando cachos de cocos. As espécimes mostradas são Staphylococcus aureus. [E] Sarcinas: as células se dividem em três planos, em um padrão regular, formando um arranjo cúbico de células (fonte: Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Os bacilos têm forma de bastonetes, podendo apresentar extremidades rectas (Bacillus anthracis), arredondadas (Salmonella, E. coli), ou ainda afiadas (Fusobacterium). Como seu plano de divisão é fixo, ocorrendo sempre no menor eixo, os bacilos exibem uma menor variedade de arranjos, sendo via de regra encontrados isolados, como diplobacilos ou ainda estreptobacilos. Há ainda um arranjo, denominado “em paliçada”, também denominado letras chinesas, que é típico do género Corynebacterium. Os bacilos podem ainda apresentar-se como pequenas vírgulas (Vibrio cholerae) ou em forma de meia lua (Selenomonas). B0221 39 As bactérias espiraladas ou helicoidais assemelham – se a saca de rolhas e são chamadas espirilos. Geralmente os espirilados são microorganismos bastante afiados, de difícil observação por microscopia de campo claro, sendo muitas vezes analisados por meio da microscopia de campo escuro, ou de técnicas de coloração empregando a impregnação por sais de prata (Levinson, 2010). Figura 4: Bactérias tipicamente cilíndricas (bacilos). Observar as variações decomprimento e de largura. (A) Clostridium sporogenes; (B) Pseudomonas sp; (C) Bacillus megaterium; (D) Salmonella typhi(fonte: Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). Algumas bactérias variam quanto à forma, sendo referidas como pleomórficas (com muitas formas). A forma de uma bactéria é determinada por sua parede celular rígida. O aspecto microscópico de uma bactéria corresponde a um dos critérios mais importantes utilizados em sua identificação (Levinson, 2010). 7.1.2 Estrutura A estrutura de uma bactéria típica esta ilustrada na Figura 5. Figura 5: Principais estruturas celulares que ocorrem em células bacterianas. Certas estruturas,como por exemplo, grânulos ou inclusões, não são comuns a todas as células bacterianas (fonte: Pelczar Jr, Chan, & Krieg, 1996). 40 Erro! Utilize o separador Base para aplicar Heading 1 ao texto que pretende que apareça aqui. 1. Parede celular A parede celular é o componente mais externo, sendo comum a todas as bactérias (excepto espécies de Mycoplasma, envoltas por uma membrana celular e não por uma parede celular). Algumas bactérias exibem propriedades superficiais externas à parede celular, como uma cápsula, flagelos e pili, que correspondem a componentes menos comuns (Levinson, 2010). A parede celular é uma estrutura em multicamadas situada externamente à membrana citoplasmática. É composta por uma camada interna de peptideoglicano e uma membrana externa que varia quanto à espessura e à composição química, dependendo do tipo de bactéria. O peptideoglicano confere sustentação estrutural e mantém a forma característica da célula (Levinson, 2010). 2. Membrana citoplasmática Internamente adjacente à camada de peptideoglicano da parede celular localiza-se a membrana citoplasmática, composta por uma bicamada fosfolipídica similar à aquela de células eucarióticas quanto ao aspecto microscópico (Levinson, 2010). A membrana desempenha quatro funções importantes: transporte activo de moléculas para o interior da célula, geração de energia pela fosforilação oxidativa, síntese de precursores da parede celular, secreção de enzimas e toxinas. 3. Mesossoma Esta invaginação da membrana citoplasmática é importante durante a divisão celular, quando actua como a origem do septo transverso que divide a célula pela metade, e como sítio de ligação do DNA que se tornará o material genético de cada célula-filha (Levinson, 2010). 4. Citoplasma O citoplasma exibe duas áreas distintas quando observado ao microscópio electrónico: B0221 41 1.Uma matriz amorfa que contém ribossomas, grânulos de nutrientes, metabólitos e plasmídeos; 2. Uma região nucleoide interna composta por DNA. Estruturas especializadas externas à parede celular 5. Cápsula A cápsula é uma camada gelatinosa que reveste toda a bactéria. É composta por polissacarídeos, excepto no bacilo do antraz, que possui uma cápsula de ácido D- glutâmico polimerizado (Levinson, 2010). 6. Flagelos Os flagelos são apêndices longos, semelhantes a um chicote, que deslocam as bactérias em direcção aos nutrientes e outros
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