3. Ecologia Microbiana (1)

ECOLOGIA MICROBIANA

- Microrganismos é um grupo extremamente variado de seres vivos e só podem ser vistos com auxílio de microscópio; - Compreende os vírus, bactérias, protozoários, algas e fungos microscópicos; - Podem ser encontrados no ar, no solo e, inclusive, no homem;

- São de extrema importância para a vida no planeta, assim como tem grande impacto sobre as atividades humanas.

ECOLOGIA MICROBIANA

- Os microrganismos não estão sozinhos na natureza;

- Cada microrganismo em um ecossistema interage com seu meio e com outros organismos;

- INTERAÇÕES: 1- Podem resultar em significantes mudanças químicas e físicas do meio ambiente 2- Podem ser beneficial ou prejudicial aos outros organismos.

ECOLOGIA MICROBIANA

Estuda os microrganismos e sua interação com o ambiente biótico e abiótico.

Interações:

MICRORGANISMOS - MICRORGANISMOS

MICRORGANISMOS - MACRORGANISMOS

MICRORGANISMOS - AMBIENTE FATORES ABIÓTICOS

FATORES BIÓTICOS

METABOLISMO BACTERIANO

Metabolismo: grego: metabole = mudança, transformação; toda atividade química realizada pelos organismos. TIPOS: a) Catabolismo: Aquelas que envolvem a liberação de energia; b) Anabolismo: Aquelas envolvidas na utilização da energia.


- As bactérias, ao contrário das plantas e animais superiores, apresentam uma grande plasticidade metabólica; *Plasticidade metabólica: rápida adaptação a variações! - Muitos dos mecanismos metabólicos microbianos são também utilizados pelos macrorganismos, inclusive o homem.


Requerimentos de energia:

• Síntese dos componentes celulares: parede e

membrana.

• Síntese de enzimas, ácidos nucleicos, polissacarídeos.

• Reparos e manutenção da célula.

• Crescimento e multiplicação.

• Acumulação de nutrientes e excreção de produtos

indesejáveis.

• Motilidade


Classificação Metabólica A classificação metabólica das bactérias segue normalmente os seguintes critérios metabólicos: a) Tipo de fonte de energia utilizada;

b) Tipo de doador de hidrogênio; c) Origem do carbono utilizado na assimilação.

Fontes de energia

Para a maioria dos microrganismos a energia é retirada de moléculas químicas (nutrientes)

QUIMIOTRÓFICOS (utilizam substâncias químicas

como fonte de energia)

QUIMIOLITOTRÓFICOS

C= CO2

Substâncias inorgânicas

QUIMIORGANOTRÓFICOS

C=orgânico

Substâncias orgânicas

Nitrosomonas europaea:

amônia nitrito + energia

Streptococcus lactis:

glicose ácido lático + energia

OBS.: 1- Quimiolitotróficos também podem ser chamados de quimioautotróficos. 2- Quimiorganotróficos também podem ser chamados de quimioheterotróficos

Para outros a energia é proveniente da luz.

Anabaena cylindrica (cianobactéria)

Luz energia

ECOLOGIA MICROBIANA X ECOSSISTEMA

A ecologia microbiana estuda as interações entre os microrganismos entre si e com o ecossistema.

Ecossistema

Organismo

Outros organismos Meio ambiente

Alterações químicas

Benéficas Prejudiciais ao meio

ECOLOGIA MICROBIANA X ECOSSISTEMA

Os ecossistemas microbianos são responsáveis pelo crescimento e propagação dos microrganismos. - Nesses locais há formações de populações microbianas que estão em associação com outros organismos e com o meio ambiente.

- Populações fazem biodegradação de compostos.

COMPONENTES DO ECOSSISTEMA

•Substâncias inorgânicas: CO2, H2O, H2, NH4, nitratos. •Compostos orgânicos: proteínas, carboidratos, lipídios, celulose, hidrocarbonetos. •Fatores físicos: Temperatura, pH, pressão.

COMPONENTES DO ECOSSISTEMA

CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS: •Produtores: organismos autotróficos, que elaboram alimentos a partir de substâncias inorgânicas simples. •Consumidores: organismos heterotróficos, que ingerem outros organismos ou matéria orgânica particulada. •Decompositores: organismos heterotróficos, que degradam compostos complexos de protoplasmas mortos e absorvem alguns produtos em decomposição.

ECOSSISTEMA

Bactérias:

HALÓFITAS: Características das plantas que são tolerantes a água do mar (salgada) e possuem resistência a viver na umidade, embora sejam terrestres.

0 14 7

ÁCIDO NEUTRO BÁSICO

ESCALA DE pH

ECOSSISTEMA

Bactérias: Bactérias Termófilas: Grupo de bactérias que quebra/desorganiza a matéria orgânica sob condições de calor, entre 30 e 80ºC.

Bactérias Mesófilas: Grupo de espécies de bactérias cuja faixa de temperatura de desenvolvimento é de 15 a 45 ºC. A temperatura ideal / ótima é entre 25 e 35 ºC.

Bactérias Psicrófilas: Grupo de bactérias que quebram/desorganizam a matéria orgânica sob temperaturas relativamente baixas, entre 0 e 30ºC. Sua temperatura ótima é de 15 a 20ºC. Elas geram pouca energia térmica ao trabalhar.

ECOSSISTEMA

Bactérias:

ECOSSISTEMA: Crescimento de Microrganismos

Quanto ao Crescimento: *Intermitente: fases curtas de crescimento rápido, são intercaladas por fases longas de crescimento lento ou de latência, pois o fluxo de nutrientes geralmente é muito variável.

ATENÇÃO Crescimento é frequentemente limitado pelo apoio de nutrientes, como, por exemplo, oxigênio.

Gráfico: Crescimento de cultura de microrganismos

Tempo de crescimento da cultura bacteriana

Qual dos gráficos abaixo melhor demonstra a fase exponencial e a fase estacionária?

a b c d


Quanto ao acesso a substratos: BIOFILMES Comunidades biológicas com um elevado grau de organização, onde as bactérias formam comunidades estruturadas, coordenadas e funcionais. Podem desenvolver-se em qualquer superfície úmida, seja ela biótica ou abiótica. 90% dos microrganismos vivem sob a forma de biofilme. Importância: forma de proteção ao desenvolvimento bacteriano, favorecendo relações simbióticas e permitindo a sobrevivência em ambientes hostis.

condutas de água cascos de navio permutadores de calor dentes


Formação de Biofilmes Em alguns casos os biofilmes podem ser benéficos ou podem ser indesejáveis

Benéficos

Bactérias produtoras de ácido acético formam o vinagre. Usadas em tratamento de águas residuais, na remoção de matéria orgânica ou inorgânica.

Indesejáveis

Diminuir o fluxo em tubulações. Desencadear processos corrosivos. Problemas de saúde pública no caso de microrganismos patogênicos.


Importância do estresse para a estabilidade de comunidades microbianas

ESTRESSE (O que é?): Alteração abrupta das

condições de funcionamento do ecossistema. Geralmente afeta: 1- Fluxo de energia (nutrientes) pelo ecossistema 2- Taxa de sua metabolização Alterações lentas propiciam adaptação.


Importância do estresse para a estabilidade de comunidades microbianas

Resultado: a) Criação de novos nichos ecológicos b) Aumento da competição interna no ecossistema.

*Mecanismo importante de manutenção da biodiversidade de um ecossistema.

ECOLOGIA MICROBIANA: Interações

Quanto mais complexa a comunidade: > as interações envolvidas

Comunidades estabilizadas: Mais interações positivas entre os organismos autóctones Podem se tornar suscetíveis a estresses ambientais. Microrganismos alóctones: Sofrem interações negativas com organismos autóctones que também limitam a densidade populacional. Complexidade da comunidade: Maior em ambientes oligotróficos (muito pobres em nutrientes) do que em ambientes heterotróficos.


Respostas táxicas: Deslocamentos de bactérias ao longo de gradientes de condições ambientais. Tipos: 1- Fototaxia 2-Quimiotaxia 3- Magnetotaxia

Interações com o Ambiente Abiótico:

ECOSSISTEMA: interações ecológicas

Nas associações microbianas as interações entre si e com o meio podem ser positivas ou negativas. Exemplos de interações ecológicas entre os microrganismos: 1- Neutralismo 2- Mutualismo 3- Comensalismo 4- Sinergismo 5- Antagonismo 6- Competição 7- Amensalismo 8- Parasitismo 9- Predação

NEUTRALISMO = dois microrganismos podem se neutralizar mutuamente. Essa interação pode ser a produção de metabólitos que neutralizam a ação de outros microrganismos simultaneamente. Ex. Liquens

MUTUALISMO = cada organismo recebe benefícios da associação, com a vantagem de obter nutrientes e a proteção mútua entre ambos os microrganismos. Ex. bactérias do

gênero Rhizobium e leguminosas.

SINERGISMO = aumento da patogenicidade de um agente quando em presença de outro que o favoreça. Ex. Gardnerella

vaginalis + (Lactobacillus, Prevotella e anaeróbios, incluindo Mobiluncus, Bacteroides, Peptostreptococcus, Fusobacterium, Veillonella, e espécies de Eubacterium. Mycoplasma hominis, Ureaplasma urealyticum e Streptococcus viridans).

ECOSSISTEMA: associações microbianas

COMENSALISMO = um dos organismos recebe benefícios e o outro não é afetado. Um exemplo dessa interação é a produção de metabólitos por um microrganismo que vai servir de alimento para outro. Ex. Fungos (celulose -> glicose) aproveitado pelas bactérias.

ANTAGONISMO = é a inibição de uma espécie de microrganismo por outra através da produção de antibióticos naturais. Ex. fungo Penicillium chrysogenum contra Staphylococcus.

COMPETIÇÃO = é quando várias espécies competem pelo mesmo nutriente em um mesmo espaço. Ex. Bactérias do solo.

AMENSALISMO (ou antibiose) = uma das relações interespecíficas desarmônicas na qual uma das espécies (inibidora) prejudica a outra espécie (amensal) sem com isso se beneficiar, por meio de substâncias que produz e libera, e que prejudicam o crescimento e/ou a reprodução da outra espécie. Ex. Fungos do gênero Penicillium notatum e bactérias


PARASITISMO = um organismo vive sobre ou dentro de outro organismo. O parasita é dependente do hospedeiro e vive em contato íntimo e em associação metabólica com o hospedeiro. Ex. bacteriófagos

PREDAÇÃO = um organismo predador digere outro. Ex.

protozoários que digerem bactérias e algas.


ECOLOGIA: Tipos de bactérias

Bactérias Nitrificantes

Convertem amônio (NH4+) em nitrito (NO2- = nitrificação)

NITROSSOMONAS

Bactérias encontradas nos solos capazes de oxidar a amônia.

NITROBACTÉRIAS

Oxidam nitrito a nitrato

2NO2- + O2 + 2NO3- + Energia

Fixação do nitrogênio plantas NH4+ O2 → NO2- + Energia

Bactérias Nitrificantes

O nitrito é tóxico para as plantas superiores, mas raramente se acumula no solo.

O nitrato é a forma sob a qual quase todo o nitrogênio se move do solo para o interior das raízes.


As bactérias sulfurosas (Ex. Beggiatoa, Thiothrix e Thiobacillus) são as responsáveis pela oxidação microbiana do enxofre.

As bactérias desulforizantes (Ex. Desulfovibrio) são rigorosamente anaeróbicas. São encontradas em plantas que absorvem o enxofre do solo com o íon sulfato de hidrogênio da água com doadores de elétrons.

Bactérias Oxidantes de H2S

Bactérias Desulforizantes


Bactérias “borbulhantes’’ que obtêm energia a partir da oxidação de hidrogênio; Essas bactérias formadoras de metano podem utilizar outras ligações, como por exemplo o metanol; Podem influenciar de modo decisivo o balanço de oxigênio e de carbono de um lago. Em certos lagos, as atividades dessas bactérias podem eliminar o conteúdo

de oxigênio dissolvido da água em apenas 48 horas.

Bactérias Oxidantes do Metano e de outras Ligações de Hidrogênio


São as cianobactérias / algas azuis; São encontradas em águas doce e rochas. Possuem clorofila e se realizam a fotossíntese para obtenção de energia; A maioria das espécies é dulcícola com representante do gênero Synechoccus.

Bactérias Fotossintetizantes


CURIOSIDADE! Podem sobreviver em águas de fontes termais em temperatura de até 74º C e outras espécies podem ser encontradas em lagos antárticos sobre calotas de gelo com temperatura próximo 0º; Podem produzir gosto e odor desagradável nas águas e desequilibrar os ecossistemas aquáticos.

Bactérias Fotossintetizantes


Bactérias fixadoras de nitrogênio frequentemente estabelecem relações mutualísticas com plantas; Esta interação é fundamental para o fornecimento de N2, pois as bactérias reduzem o N2 atmosférico a moléculas assimiláveis pela planta; A mais comum das bactérias fixadoras de nitrogênio é do gênero Rhizobium;

Bactérias Simbióticas Fixadoras de Nitrogênio


Transferem o N2 reduzido às leguminosas, enquanto que os carboidratos produzidos por essas plantas são fornecidos às bactérias e servem como fontes de energia, ocorrendo assim uma simbiose.

Bactérias Simbióticas Fixadoras de Nitrogênio


As bactérias não simbióticas dos gêneros Azotobacter e Clostridium são capazes de fixar o nitrogênio (enzima nitrogenase). *Azotobacter é aeróbico *Clostridium é anaeróbico São bactérias saprófitas comuns encontradas no solo.

Calcula-se que elas fornecem provavelmente cerca de 7 quilogramas de nitrogênio por hectare de solo por ano.

Bactérias Fixadoras de Nitrogênio de Vida Livre

Fixam N2

Proteínas

Liberam N2 para solo

IMPORTÂNCIA DAS BACTÉRIAS

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

• TORTORA, G. J., FUNKE, B. R., CASE, C. L. Microbiologia. 8º. Porto Alegre: ArtMed, 2008 • TRABULSI, L. R. , ALTERTHUM, F. GOMPERTZ, O. F., CANDEIAS, J. A. Microbiologia. 5.ed. Porto Alegre-RS: Artmed, 2008.

• COELHO, P, M, R. Fundamentos em ecologia. Editora. Artemed.

• ODUM, E. P. Ecologia. São Paulo: Pioneira, 1977. 5ª edição.

• RICKLEFS, R. E. A. Economia da Natureza. Ed. Guanabara Koogan. Rio de Janeiro. 1996. 5ª edição.

3. Ecologia Microbiana (1)

Documents

Transcript of 3. Ecologia Microbiana (1)