EQB353 AULA 01 Os Microrganismos

19/03/2015

1

EQB-353Microbiologia Industrial

Escola de Química / UFRJ

Prof. Rodrigo P. NascimentoMicrobiologista (DEB-EQ-UFRJ)

[email protected]

Datas Importantes19/05 – 1ª. Prova Teórica P1 (Prof. Rodrigo) (a confirmar)

07/07 – 2ª. Prova Teórica P2 (Prof. Alice)05/05 – Início das Aulas Praticas (a confirmar)02/07 – Estudo Dirigido em Grupos09/07 – 2ª. Chamada (P1 e P2) (Prof. Alice e Rodrigo) 21/07 – Prova Final (Prof. Alice e Rodrigo)

_________________________________________________________________________________EQB353 – Microbiologia Industrial Escola de Química / UFRJ

Presença Obrigatória: 75%Cada aula representa 2 presenças

Trabalhos Extras ao longo da disciplina – pontos extras

19/03/2015

2

BIB

LIO

GR

AFI

A

MICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIA


19/03/2015

3

Introdução à MicrobiologiaIntrodução à Microbiologia

• Micro (gr: pequeno) + bio (gr: vida) + logia (gr:estudo) = estudo de pequenos organismos

• Microbiologia: ramo da biologia que estuda osseres microscópicos.

• Preocupa-se com a forma, a estrutura, areprodução, a fisiologia, o metabolismo e suaidentificação.



Os Micro-organismos

COMO A MICROBIOLOGIA SURGIU??

????

19/03/2015

4

MicróbiosCélulas procarióticas

Bactérias

Archaeas

Células eucarióticas Algas

Protozoários

3,5 bilhões de anos

2,0 bilhões de anos

Fungos


Protozoários 2,0 bilhões de

anosFungos


Protozoários 2,0 bilhões de

anosFungos

Células eucarióticasAlgas

Protozoários

2,0 bilhões de anosFungos

1665 – 1857 Desenvolvimento lento da Microbiologia

- Limitação das análises = simples descrições morfológicas, ao

acúmulo de observações e às primeiras tentativas de

classificação taxonômica.

1857 – 1910 IDADE DE OURO DA MICROBIOLOGIA

- Grande desenvolvimento de técnicas morfológicas e

fisiológicas na área de taxonomia.

1910 - ... Uma nova Era Biológica???

19/03/2015

5


Onde a Microbiologia esta presente?Onde a Microbiologia esta presente?

Produção de alimentos (queijos, vinhos, cerveja, ...)Produção de alimentos (queijos, vinhos, cerveja, ...)

Tratamento de tecidosTratamento de tecidosProdutos químicos (butanol, xilitol, ácidos orgânicos)Produtos químicos (butanol, xilitol, ácidos orgânicos)

Antibióticos, antivirais, imunomoduladoresAntibióticos, antivirais, imunomoduladoresBiocombustíveis (metano e etanol)Biocombustíveis (metano e etanol)

Manejo agrícola (fertilidade)Manejo agrícola (fertilidade)Meio Ambiente (ciclagem)Meio Ambiente (ciclagem)

Doenças de plantas e animaisDoenças de plantas e animaisDoenças em seres humanosDoenças em seres humanos

Intoxicação ambientalIntoxicação ambiental_________________________________________________________________________________EQB353 – Microbiologia Industrial Escola de Química / UFRJ

19/03/2015

6

1013 1014

+ =

Carta Enigmática1

Savage, DC (1977) Annu. Rev. Microbiol. 31: 107Tosta, CE (2001) Mem. Inst. Oswaldo Cruz, 96: 415


19/03/2015

7

Sulco gengival – Preparação corada pelo método de Gram

Estudo dos microEstudo dos micro--organismosorganismos

Divididos em:

* Bacteriologia: estudo das bactérias

* Micologia: estudo dos fungos

* Parasitologia: estudo dos protozoários e vermes parasitas

* Virologia: estudo dos vírus

19/03/2015

8

Denominam-se “micro-organismos” os seres procarióticos

(bactérias e archaeas), os eucarióticos unicelulares

(protozoários, microalgas e leveduras), os eucarióticos

coloniais (certas espécies de protozoários) e os

eucarióticos multicelulares simples (fungos filamentosos)

nos quais se observam níveis muito simples de

diferenciação celular.

Afinal, qual a definição para microAfinal, qual a definição para micro--organismo??organismo??



Porque são MICRO-organismos?

19/03/2015

9

Micro-organismos x Homem

Dimensões MicrobianasDimensões Microbianas


microscópio de Robert Hooke(1635-1703)

microscópios primitivos de uma lente feitos por

van Leeuwenhoek (1632-1723)

Como observá-los?

19/03/2015

10


Fatia fina de cortiça, com suas células (desenho por Robert Hooke)

Seções longitudinais e transversais de um nervo Desenhos por van Leeuwenhoek (1719)

Bactéria Escherichia coli vista no microscópio ótico (a) e eletrônico (b).

Como surgiu tanta diversidade biológica?Como surgiu tanta diversidade biológica?

PROCARIOTOSPROCARIOTOS – Bactérias e Archaeas

EUCARIOTOSEUCARIOTOS – Fungos, Protozoários, Plantas, Animais

Milhões de espécies já foram descritas e ainda faltam

milhões a serem descobertas

Milhares já foram extintas e nem sequer chegamos a conhecer

19/03/2015

11

S. pneumoniae Entamoeba histolítica

Giardia lamblia

Acantharea

BactériasBactérias ProtozoasProtozoas FungosFungos AlgasAlgas

S.cerevisae

Candida albicans

Diatomáceas

Chlorella

Ceratium sp.

Agrobacterium

Rhyzobium

Micorrizas


Sub-divisões da BiologiaBaseada nos reinos:Botânica - Reino VegetalZoologia - Reino AnimalMicrobiologia compreende:

Bacteriologia – bactériasMicologia – fungosProtozoologia – protozoáriosFicologia – algasVirologia – vírus

Baseada na organização celular:Biologia da célula – citologia (estudo da célula)

fisiologia (estudo das funções)

Biologia das populações:Taxonomia – nomenclatura e classificaçãoEcologia – relação entre o ser vivo e o meio ambienteEvolução – adaptações dos seres vivos e mutações Genética – estuda a herança biológica

19/03/2015

12


Características da vida• Organização:

A célula é a forma mais simples da organização biológica:única célula (organismos unicelulares)

mais de uma célula (organismos pluricelulares)

• Metabolismo:soma total de todos os processos químicos

que ocorrem na matéria vivaAnabolismo: são as reações de sínteseCatabolismo: são as reações degradativas

• Irritabilidade: resposta a estímulos externos ou mudanças no meio ambiente

• Crescimento: excesso de processos sintéticos

• Ciclo vital: nascimento, crescimento, reprodução, envelhecimento e morte

EUCARIOTOS E ORGANELASEUCARIOTOS E ORGANELAS

Baseado em estudos de sequenciamento do ácidonucléico, surgiram 3 linhas evolutivas: Archaea, Bacteria eEukarya.

- Células Eucarióticas PrimitivasNão continham nem mitocôndria nem cloroplasto, nemmembrana nuclear.

- Núcleo → conjunto de moléculas de DNA que secombinaram e segregaram a um envelope lipoprotéicojunto com fibras do aparato mitótico.


19/03/2015

13

2,0-1,6bilhões de

anos

Bactéria ancestral das atuais Cianobactérias

e plastídeos

~1,5 bilhões de anos Dias

atuais

Fungos, metazoários e protistas

Algas e plantas

superiores

Nível de oxigênio

atmosférico

Bactéria ancestral das atuais α-proteobactérias

Bactéria primitiva

Archaea primitiva

2,9-2,5bilhões de

anos

Célula eucariota primitiva

CENANCESTOR

Evento endosimbiótico

Evento endosimbiótico

Evento simbiótico

Mitocôndrias

Os microOs micro--organismos e a origem dos organismos e a origem dos eucariotoseucariotos

ENDOSIMBIOSEENDOSIMBIOSE

ÁRVORE FILOGENÉTICAÁRVORE FILOGENÉTICAClassificação dos Seres VivosClassificação dos Seres Vivos

- Os organismos são agrupados em categorias taxonômicas outaxa (singular taxon), com base no grau de similaridade entreeles. Todos estão relacionados por meio da evolução.

– Em 2001 foi lançado o projeto internacional chamado “Allspecies Inventory”, com o proposito de identificar e registrarcada espécie de vida na terra nos próximos anos (até 2026).Os biólogos já identificaram mais de 1,5 milhão de organismosdiferentes, mas estima-se que o número de espécies estejaentre 7 e 1000 milhões de seres vivos.


19/03/2015

14

ÁRVORE FILOGENÉTICAÁRVORE FILOGENÉTICAClassificação dos Seres VivosClassificação dos Seres Vivos

• 5 reinos (animalia, plantae, fungi, monera e protista)• Reino → Filo → Classe → Ordem → Família → Gênero →Espécie

• Existência de 2 tipos de células procarióticas e 1 tipo de célulaeucariótica (diferenças no rDNA, na estrutura das membranas lipídicas,tRNA, sensibilidade a antibióticos).

• Carl Woese (1978) propôs elevar estes 3 tipos de células para umnível acima do Reino, denominado de Domínio.

Análise Molecular do RNAr 16S / 18SAnálise Molecular do RNAr 16S / 18S

ATUALMENTEATUALMENTE:: 33 domíniosdomínios ee váriosvários gruposgrupos monofiléticosmonofiléticos

DOMÍNIOS

FILOS OU REINOS?

19/03/2015

15

Hierarquia TaxonômicaHierarquia Taxonômica

• Classificação dos Procariotos

- Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology- Procariotos (muito difícil e arbitrário a classificação taxonômica)Domínio BACTERIADomínioARCHAEA

- Uma espécie procariótica é definida de uma maneira diferente dasespécies eucarióticas, que são um grupo de organismos intimamenterelacionados que podem cruzar entre si.

- A divisão celular em bactérias não é diretamente ligada à conjugaçãosexual.

(Reino Monera - ???)


O CONCEITO DE ESPÉCIE NA MICROBIOLOGIAO CONCEITO DE ESPÉCIE NA MICROBIOLOGIA

O conceito usado para definir espécie em eucariotos com reprodução

sexuada não se aplica a micro-organismos dos domínios Archaea e

Bactéria.

Critérios usados para definir se dois micro-organismos pertencem a

mesma espécie:

- Devem ter percentual molar % de G+C similar.

- A taxa de reassociação do DNA deve ser maior que 70%.


19/03/2015

16

• Classificação dos Procariotos

- O “crescimento” de uma bactéria em um meio de cultivo, por um dadotempo é chamado CULTURA. Se for meio sólido, pode ser chamadode COLÔNIA

- COLÔNIA = clone (população derivada de uma única célula),consequentemente, tem-se uma cultura pura quando somenteexistem indivíduos da mesma espécie.

- Todas as células no clone devem ser idênticas. Entretanto, culturapura de uma mesma espécie não são idênticas em todas ascaracterísticas. Cada um desses grupos são chamadas deLINHAGENS.

- As linhagens são identificadas por números, letras ou nomes queseguem o epíteto específico (micróbios procariotos e eucariotos).

Epíteto específico = espécie

Todo organismo é composto por um binômio (gênero e espécie)

Nom

e em

itál

ico


19/03/2015

17


Taxonomia• Características culturais – nutrientes exigidos;

• Características morfológicas –dimensões das células, seus arranjos, a diferenciação e a identificação de suas estruturas;

• Características metabólicas – a maneira pela qual o micro-organismo desenvolve os processos químicos vitais, caminhos metabólicos;

• Características químicas – identificação dos principais constituintes químicos das células, purificação e caracterização dos constituintes;

• Características antigênicas – detecção de componentes especiais das células que fornecem evidências de semelhanças entre as espécies. Inoculação e pesquisa de anticorpos;

• Características genéticas – análise da composição do DNA e a relação entre o DNA isolado de diferentes micro-organismos.

Livros de Referência (Manual Bergey)

- A divisão celular em bactérias não é diretamente ligada àconjugação sexual.

- Uma espécie procariótica é definida simplesmentecomo uma população de células com característicassimilares


19/03/2015

18

___________________________________________________________________EQB353 – Microbiologia Industrial Escola de Química / UFRJ

POR QUE ESTUDAR POR QUE ESTUDAR

MICROBIOLOGIA EM MICROBIOLOGIA EM

ENGENHARIA ???ENGENHARIA ???

MICROMICRO--ORGANISMOSORGANISMOS

x x

INDÚSTRIAINDÚSTRIA

________________________________________________________________________EQB353 – Microbiologia Industrial Escola de Química / UFRJ

19/03/2015

19

Micro-organismos Industriais, Produtos e Formação de Produtos

Origem – processos de fermentação alcóolica (cerveja e vinho)

Evolução – síntese de produtos fármacos, alimentícios, combustíveis, enzimas, produtos químicos (ácidos orgânicos, butanol, polietileno, ...)

Presente e Futuro – manipulação genética, organismos transformados

BIOTECNOLOGIA MICROBIANA – geração de produtos não naturais de micro-organismos

Biotecnologia Microbiana

Uso de micro-organismos em larga escala

Geração de produtos de valor comercial (enzimas e antibióticos)

Transformação de produtos químicos (xilitol, furfural) / manipulação genética

O homem convive com micro-organismos desde seu

aparecimento na Terra.

O homem primitivo simplesmente não entendia as

doenças e não tinha noção alguma sobre sua

transmissibilidade.


19/03/2015

20


Marcos no Desenvolvimento da Biotecnologia

Multidisciplinaridade da Biotecnologia


19/03/2015

21

A Nova Biotecnologia



Porque estudar a célula?

19/03/2015

22


Esquema Geral de um Processo Fermentativo

ÁREAS INDUSTRIAIS DE APLICAÇÃO MICROBIANA

- Têxtil (enzimas)

- Papel e Celulose (enzimas)

- Alimentícia (enzimas e microrganismos)

- Curtume (enzimas)

- Cosméticos (enzimas)

- Farmacêutica (antibióticos, antivirais e enzimas)

- Detergentes (enzimas)

- Química (biosensores, ácidos orgânicos)

- Combustível (bioetanol)


19/03/2015

23


Produtos gerados pela Microbiologia Industrial


Coleções de Cultura

19/03/2015

24


Legislação Brasileira – Acesso ao Patrimônio Genético (Microbiologia)

A Medida Provisória nº 2.186-16 define "patrimônio genético" como "informaçãode origem genética, contida em amostras do todo ou de parte de espécimevegetal, fúngico, microbiano ou animal, na forma de moléculas e substânciasprovenientes do metabolismo destes seres vivos e de extratos obtidos destesorganismos vivos ou mortos, encontrados em condições in situ, inclusivedomesticados, ou mantidos em condições ex situ, desde que coletados in situ noterritório nacional, na plataforma continental ou na zona econômica exclusiva“

Bioprospecção: atividade exploratória que visa identificar componente dopatrimônio genético e informação sobre conhecimento tradicional associado,com potencial de uso comercial.

O Estudo da Microbiologia é muito amploTodas as áreas têm a sua importância e a sua aplicabilidade

Todas as fontes industriais vêm do ambiente e retornam processadas para a fonte natural

Sem os microrganismos, o planeta Terra não teria vida

Documents

EQB353 AULA 01 Os Microrganismos