Relações com gases

O2

OxigênioRequisitos quanto ao O2 variam com a espécie.

Existem diversos sistemas livres de O2 na terra:

Sedimentos, lodos

Alagados

Intestino

Esgoto

Profundidades oceânicas

1. Oxigênio permite a produção de ATP, molécula energética utilizada pelas células.

2. Respiração é 18 X mais eficiente que o metabolismo anaeróbico

3. Esta eficiência tem um preço e as formas reduzidas de O2 (tal como H2O2) e particularmente o radical hidroxila (.OH), são extremamente perigosos.

O dano ocorre no DNA (mutações e morte)

Anaeróbios (aqueles que não usam O2 no seu metabolismo) não tem capacidade de detoxificar as várias formas de O2 (sendo letal o O2).

4. Algumas bactérias podem respirar de outra forma .

A bactéria Shewanella putrefaciens usa metais (manganês)

Meu ar é seu veneno!!!

Grupos em relação aos requisitos de O2

a) Aeróbios obrigatórios

b) Anaeróbios obrigatórios  

c) Microaerófilos

d) Anaeróbios facultativos  

e) Anaeróbios aerotolerantes

f) Anaeróbios estritos

Como vivem?

a) Aeróbios obrigatórios:

Dependem do O2 atmosférico para crescer b) Anaeróbios facultativos:

Crescem mais rápido na presença O2, mas não precisam de oxigênio c) Microaerofilos:

Requerem niveis mais baixos de O2 do que o nível comumd) Aerotolerantes:

Não influencia crescimento e) Anaeróbios estritos:

Morrem na presença de O2

(AE) Anaeróbios estritos:

Clostridium, Sarcina, e diversos gêneros que vivem no rúmen e intestinos dos animais e locais semelhantes.

Crescem onde o oxigênio está ausente. Uns são mais sensíveis que outros.

Maioria dos Clostridium são mortos após breve exposição ao O2.

Algumas espécies de Clostridium podem crescer devagar na presença do ar.

Nenhuma espécie de Clostridium produz esporos quando O2 livre está presente.

Anaeróbios estritos podem viver em habitats aeróbios:

Sinergismo polimicrobiano: mistura de espécies vivendo juntas. anaeróbios estritos associados a anaeróbios facultativos que usam todo O2 disponível.

(AF) Anaeróbio facultativo:

Escherichia, Citrobacter, Enterobacter e Proteus crescem mais rápido na presença de O2 mas podem crescer na ausência usando outros nutrientes como nitratos, açúcares e outros ...

O resultado é a produção de nitrito, ácidos orgânicos (lático, formico ...) e outras substâncias que tem odor putrefato.

Verificar os tubos - maior crescimento a superfície porém crescem em todo o meio.

(Mic) Microaerofílicos: Azospirillum, Aquaspirillum, Cytophaga

Crescem abaixo da superfície do Ágar ( cerca de 1 mm) produzindo uma banda visível. Difíceis de encontrar no laboratório

(A)Aeróbios estritos: Acetobacter, Arthobacter, Azomonas, Bacillus, Micrococcus, Pseudomonas, Xanthomonas

Crescem a superfície onde se acumula o O2 produzindo geralmente camadas superficiais gelatinosas.

Subprodutos tóxicos derivados do oxigênio

Microrganismos patogênicos geralmente tem enzimas que protegem de produtos tóxicos do metabolismo do oxigênio

---Obligate anaerobes (e.g. Clostridia, Methanogens, Bacteroides)

+-+Most aerotolerant anaerobes (e.g. Streptococci)

-++Obligate aerobes and most facultative anaerobes (e.g. Enterics)

PeroxidaseCatalaseSuperoxide

Dismutase (SOD)Group

All organisms that can grow in the presence of All organisms that can grow in the presence of have SODhave SOD

Strict anaerobes lack both Strict anaerobes lack both catalase/peroxidasecatalase/peroxidaseand SODand SOD

Todos os organismos que podem crescer na presença de O2 tem superóxido dismutase (SOD)

Anaeróbios estritos não tem catalase/peroxidase e SOD

Microbiota normal

99,9% da microbiota do homem crescem anaerobicamente• Pele: Propionibacterium

• Boca: Actinomyces

• Intestino grosso: Clostridium

• Trato urogenital: Lactobacillus

Bactérias aeróbicas e doenças

Aeróbios obrigatórios:

Pseudomonas aeruginosa: oportunistas, pode infectar a maior parte do corpo.

Bordatella pertussis: coqueluche

Aeróbios facultativos:

Escherichia coli: doenças diarréicas, meningites neonatal, septicemia

Staphylococcus aureus: febre, septicemia, endocardites, pneumonia, sepse da pele.

Bactérias e doenças

Microaerofílicos:

Campylobacter jejuni: septicemia doenças diarréicas

Aerotolerantes:

Streptococcus pyrogenes: infecções da pele, tecidos moles e trato respiratório superior, febre escalatina.

Anaeróbios estritos:

Clostridium botulinum: botulismo, paralisia facial

Clostridium tetatni: paralisia espásmica, infecções em ferimentos

Clostritium perfringens: infecções de ferimentos, gangrena gasosa

Bacteroides fragilis: infecções de ferimentos, peritonites, abscessos cerebrais

Bacteroides gingivalis: gengivites.

Tratamento aeróbico e anaeróbico de águas residuais

Microbiota aeróbia

Microbiota anaeróbia

Degradador de tolueno – um anaeróbio

Azoarcus tolulyticus

Isolada de um aquífero contaminado por gasolina. IMPORTANTE SER ANAERÓBICO PORQUE SOBREVIVE SEM NECESSIDADE DE BOMBEAR OXIGÊNIO EM PROGRAMAS DE REMEDIAÇÃO. RESPIRA NITRATO (FACULTATIVO)

Extremófilos

Organismos extremófilos são importantes para compreensão de diversas questões:

Onde existe vida? Até onde a vida viajou? Será que a vida se originou em um vulcão hidrotermal? Será que os extremófilos serão os

pioneiros em Marte?

Extremófilos

Temperatura Radiação Pressão

Dessecação Salinidade pH

Tensão oxigênio

Kits de sobrevivência

Astrobiologia

Água em Marte? Marte habitável?

Biotecnologia e extremófilos

1. Processos industriais e experimentos laboratoriais são mais eficientes em extremos de temperatura, salinidade e pH.

2. Produtos naturais feitos em condições de elevada radiação e salinidade são vendidos atualmente.

3. Um dos prêmios Nobel foi concedido graças ao descobridor da PCR que sem um extremófilo não teria acontecido.

4. Biologia molecular cada vez mais depende de extremófilos e suas enzimas

Extremófilos e viagens espaciais1. Atualmente os extremófilos estão sendo pesquisados em 4 tipos de

ambientes: veículos pilotados por homens no espaço, espaço interplanetário (potencial panspermia) e vida em Marte (água líquida).

Outros extremos

1. Atmosferas com composição diferenciada

2. Potencial de oxi-redução

3. Compostos tóxicos ou xenobióticos (feitos pelo homem)

4. Concentração elevada de metais pesados

- Microrganismos como Geobacter metallireducens sobrevive em locais com elevado nível de solventes orgânicos tal como aqueles de despejos de substâncias tóxicas

- Outros crescem dentro de torres de água dentro de reatores nucleares.

Tudo a ver com vida em outros planetas!!!