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CLÁUDIA PINHO HARTLEBEN [email protected] [email protected] 16 de agosto de 2011 Graduação em Biotecnologia Disciplina de Biotecnologia Microbiana I

Graduação em Biotecnologia Disciplina de Biotecnologia ... · de dimensões reduzidas, ... clonagem, expressão de proteínas heterólogas ... Microrganismos atuando como seres

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CLÁUDIA PINHO [email protected]

[email protected]

16 de agosto de 2011

Graduação em BiotecnologiaDisciplina de Biotecnologia Microbiana I

Microbiologia

Mikros (pequeno) + bio (vida) + logos (ciência)

A Microbiologia é a área da ciência dedicada ao estudo dos

microrganismos, um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares

de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células

isoladas ou agrupadas em diferentes arranjos. Mesmo

estando associadas, exibem um caráter fisiológico independente.

Assim, com base neste conceito, a microbiologia envolve o

estudo de organismos procariotos (bactérias e arquibactérias),

eucariotos inferiores (algas, protozoários e fungos) e os vírus.

Vírus

Fungos

ProtozoáriosAlgas

Dimensões dos microorganismos

1 mm= 1000 µm

0, 1 mm= 100 µm

0,01 mm= 10 µm

0,oo1 mm= 1 µm

1 µm = 1000 nm

0,1 µm = 100 nm

0,01 µm = 10 nm

0,001 µm = 1nm

1 nm = 10 A°

1 A° = 0,1 nm

0,2 a 2,0 µm

10 a 100 µm

Microrganismos sempre estiveram presentes nas populações

humanas e animais – Mycobacterium 3000 anos, Bacillus anthracis

Hooke , 1665 – iniciou a teoria

celular

Antoni van Leeuwenhoek, 1673 a

1723, relatou “animáculos”

água, raspados de dente, desenhou movimentos

geração espontânea x biogênese

Pasteur , 1861 –

inativou microrganismos - calor

provou permanência da esterilidade – técnicas assépticas

Louis Pasteur (1822-1895)

Robert Koch (1843-1910)

- Quebrou a teoria da geração

espontânea

- Teoria microbiana das doenças

- Pasteurização

- Vacina anti-rábica, cólera aviária e

antrax

- Postulados de Koch

- Técnicas para obtenção de culturas

puras

- Técnicas de coloração

- Mycobacterium tuberculosis

Pasteur , 1861 –

identificou a fermentação de vinhos e cervejas –

leveduras

Fermentação

identificou bactérias responsáveis por azedar bebidas

Aqueceu vinho e cerveja para inativar bactérias -

Pasteurização

Inicio do uso de antissépticos em cirurgias, Lister, 1860 – fenol

Prova da causa doença por bactérias – Robert Koch, 1876

Postulados de Koch

O mesmo patógeno deve estar presente em todos os casos da

doença

O patógeno deve ser isolado do hospedeiro e crescer em culturas

puras

O patógeno da cultura deve causar doença quando inoculado em

animal de laboratório saudável

O patógeno deve ser isolado do animal inoculado, comparando-se

com o original

Postulados de Koch

Unicelulares

Material genético não envolto em membrana – pré núcleo

Vários Formatos e arranjos

Possuem parede celular composta de carboidrato e proteína

peptideoglicana

Dividem-se por Fissão Binária

Nutrição

compostos orgânicos: organismos vivos ou mortos, ambiente

Unicelulares

Célula Procariótica – pré núcleo

Vários Formatos e arranjos

sem peptideoglicana

Encontradas em ambientes Extremos

3 grupos principais

Metanogênicos

Halofílicos extremos

Termofílicos Extremos

Doenças em humanos são desconhecidas

Uni ou Multicelulares

Material genético envolto em membrana – Eucarioto

Fungos multicelulares grandes (cogumelos)

Não fazem fotossíntese

Parede celular com quitina

Formas UNIcelulares chamadas leveduras

Crescimento visível – micélio - hifas

Reprodução sexuada ou assexuada

Absorvem compostos orgânicos ambiente ( animais, solo, água,

plantas)

Unicelulares

Eucarióticos

Vida livre ou parasitas

Reprodução sexuada ou assexuada

Acelulares

Estrutura simples

Núcleo com 1 tipo de acido nucleico – DNA ou RNA

Envolto por proteínas

Envelope lipídico

Vivos e Não vivos

Proteína infecciosa

proteínas anormais

induzem proteínas normais a mudar configuração

Não possuem DNA ou RNA

Muito resistentes aos tratamentos normais de esterilização

Causam encefalopatias espongiformes em humanos e animais

Esquema de Classificação Reinos Organismos Incluídos

Plantae

Animalia

Linnaeus

1753

Haeckel

1865

Plantae

Protista

Animalia

Algas multicelulares, plantas

Microrganismos, protozoários

Algas, bolores, leveduras

Animais

Whittaker

1969

Pantae

Animalia

Protista

Fungi

Monera/Procaryotae

Algas multinucleadas, plantas

Animais

Protozoários, algas unicelulares

Bolores e leveduras

Bactérias

Domínios

Woese

1978

Eucarya

Bacteria

Archaea

Animais, Plantas, fungos, algas,

protozoários

Bactérias

Bactérias metanogênicas, halófilas

e termofilas

Em 1978, Carl Woese desenvolveu um sistema de

classificação com base na organização celular dos organismos. Ele

classificou os organismos em três domínios como se segue:

Bacteria : Procariotos

Archaea: Procariotos

Eukarya: Eucariotos

A partir de seus estudos passamos a dispor de um sistema

de classificação baseado principalmente em aspectos evolutivos

(filogenética), a partir da comparação das seqüências de rRNA de

diferentes organismos.

Estudos de Carl Woese (1977)

Classificação dos Seres Vivos

o ... Ou eram animais ou vegetais...o Linnaeus, 1735,

oReino Animalia

o Reino Plantae

o Classificação segundo Haeckel, 1866

o Reino Animalia

o Reino Plantae

o Reino Protistao Superior - Fungos, Protozoários, Algas Superioreso Inferior - Bactérias, Algas Azuis Esverdeadas

Classificação dos Seres Vivos

o 1937, E. Chatton : células sem núcleo e com núcleo

PROCARIONTES

o 1961, Stanier : células cujo material NÃO é envolto em membrana nuclear

o 1968, Robert Murray : Reino Procaryotae

...100 anos....

o1969, 5 Reinos propostos por Whittaker :

-Organização celular

- nutrição celular

- fotossíntese

- absorção ou ingestão

Classificação dos Seres Vivos

Classificação dos Seres Vivos propostos por Whittaker :

o 5 REINOS

o Reino Animalia -

o Reino Plantae -

o Reino Fungi – fungos e leveduras

o Reino Protista – protozoários

o Reino Monera ou Procaryotae - bactérias

C

é

l

u

l

a

E

u

c

a

r

i

ó

t

i

c

a

Célula Procariótica

o19

69

, 5

R

ein

os

pro

po

sto

s p

or

Wh

itta

ke

r :

Classificação dos Seres Vivos

o 3 tipos de células : oReino Animalia -

o Reino Plantae -

o Reino Fungi –

o Reino Protista

1 Tipo Eucariótica

2 Tipos de Procariótica

1978, Woese – TRÊS DOMÍNIOS -

sem peptídeoglicana na parede celular /

arquibacterias

Domínio Eucarya

Domínio Bacteria

Domínio Archaea

Classificação dos Seres Vivos

1978, Woese – TRÊS DOMÍNIOS -

RNA ribossomal

Estrutura de membrana lipídica

RNA transportador

Sensibilidade a antibióticos

Domínio Eucarya

Domínio Bacteria

Domínio Archaea

1735, Carolus Linnaeus desenvolveu o sistema de nomenclatura

nomes em latim designação de dois nomes :

Gênero primeiro – letra Maiúscula sempre Epíteto específico – nome da espécie, letra minúscula, sempre

Escreve-se os 2 nomes SEMPRE em itálico ou sublinhado

Escherichia coli ou Escherichia coli

Clostridium tetani ou Clostridium tetani

Staphylococcus aureus ou Staphylococcus aureus

Classificação

Reino Monera

Filo Proteobacteria

Ordem Enterobacteriales

Família Enterobacteriacea

Gênero Escherichia

Espécie E. coli

Classificação

Domínio Bacteria

Reino Monera

Filo Actinobacteria

Classe Actinobacteria

Ordem: Actinomycetales

Família: Mycobacteriaceae

Género: Mycobacterium

Espécie: M. tuberculosis

Classificação

DomínioBacteria

Reino Monera

Filo Firmicutes

Classe Bacilli

Ordem Bacillales

Família Staphylococcaceae

Gênero Staphylococcus

Espécie S. aureus

Classificação

Domínio Bacteria

Reino Monera

Filo Firmicutes

Classe Clostridia

Ordem Clostridiales

Família Clostridiaceae

Gênero Clostridium

Espécie C. botulinum

Classificação

Reino Monera

Filo Firmicutes

Classe Clostridia

Ordem Clostridiales

Família Clostridiaceae

Gênero Clostridium

Espécie C. tetani

Bacteria Archaea Eukarya

Carioteca Não Não Sim

Nucleossomos/histonas Não SIm SIm

Operons/RNAm

policistrônicosSIm SIm Não

Introns Não Não SIm

proteína de ligação à

TATA boxNão SIm SIm

Organelas Não Não SIm

Cromossomos Um, circular Um, circular Mais que um, linear

RNA polimerase Uma, simplesMais que uma,

complexas

Mais que uma,

complexas

Aminoácido de iniciação

protéicaN-formil metionina Metionina Metionina

Sensibilidade da síntese

de proteína à toxina

diftérica

Insensível Sensível Sensível

Peptoglicano Sim Não Não

Síntese de proteína

fatores de iniciação

proteínas ribossômicas

fatores de alongamento

Archaea é mais semelhante à Eukarya do que à Bacteria

Bacteria Archaea Eukarya

Carioteca Não Não Sim

Nucleossomos/histonas Não SIm SIm

Operons/RNAm

policistrônicosSIm SIm Não

Introns Não Não SIm

proteína de ligação à

TATA boxNão SIm SIm

Organelas Não Não SIm

Cromossomos Um, circular Um, circular Mais que um, linear

RNA polimerase Uma, simplesMais que uma,

complexas

Mais que uma,

complexas

Aminoácido de iniciação

protéicaN-formil metionina Metionina Metionina

Sensibilidade da síntese

de proteína à toxina

diftérica

Insensível Sensível Sensível

Peptoglicano Sim Não Não

Síntese de proteína

fatores de iniciação

proteínas ribossômicas

fatores de alongamento

Archaea é mais semelhante à Eukarya do que à Bacteria

Procariotos –

pré-núcleo

Eucariotos – núcleo

verdadeiro

Vírus

“microrganismo” muito simples

ou

“molécula” muito complexa?

BENEFÍCIOS MALEFÍCIOS?

VÍRUS

Controle biológico

Vetores: clonagem, expressão de proteínas heterólogas

Vacinas convencionais e recombinantes

BACTÉRIAS

Modelo biológico “simplificado” - pesquisa básica

Produção de medicamentos: antibióticos e esteróides

Produção de alimentos: iogurte, queijo...

Produção de ácidos, aminoácidos, vitaminas...

Vacinas convencionais e recombinantes

Probióticos

Tratamento de efluentes, biorremediação, Mineração

Agricultura: fixação de nitrogênio

Controle biológico

Simbiontes

Microrganismos: BENEFÍCIOS ...

FUNGOS

Produção de alimentos: queijo, pão, bebidas fermentadas

e destiladas

Produção de medicamentos: antibióticos

Combustível

Probióticos

Expressão de proteínas heterólogas

Controle biológico

Decomposição de matéria orgânica

ALGAS

Fotossintetizantes

Combustíveis: biodiesel e álcool

PROTOZOÁRIOS

Simbiontes

Microrganismos: BENEFÍCIOS ...

Alexander Fleming, 1928

Descoberta da penicilina

Microrganismos: MALEFÍCIOS ...

Doenças: 1- Bacterioses

2- Micoses

3- Viroses

4- Parasitoses

Deterioração de alimentos

Roupas, paredes e objetos mofados

Figure 10-3 part 1 of 3

Figure 10-3 part 2 of 3

Figure 10-3 part 3 of 3

Inseto de onde foi retirada a bactéria (provavelmente Bacillus), de 135 milhões de anos

Aspecto das colônias crescidas em meio sólido(Adaptado de Cano et al., (1995) Science, 268:1060-1064

Estudos com bactérias primitivas

Comparação entre possíveis "microrganismos" presentes em rochas de Marte e microrganismos que compõem a placa

dental no homem.(Adaptado de An Electronic Companion to Beginning Microbiology)

A questão da vida em Marte

Thiomargarita namibiensis

0,8 mm de comprimento e 0,1 a 0,3 mm de largura

Epulopiscium fischelsoni

600 µm de comprimento

Não se divide por fissão binária

Paramecium