Universidade Federal da Grande DouradosFaculdade de Ciências Exatas e Tecnologia

Microbiologia Ambiental

Disciplina: MicrobiologiaCurso: Engenharia de AlimentosAluna: Alessandra de Oliveira Queiroz

Dourados, MSjunho de 08

Índice

1-Introdução à Microbiologia Ambiental...............................................................................12-Microbiologia Ambiental....................................................................................................22.1-Diversidade Metabólica...................................................................................................22.2-Variedade de Habitats......................................................................................................32.3-Distribuição dos Microrganismos nos Diferentes Ambientes.........................................42.4-Microbiologia do Solo e Ciclos Biogeoquímicos............................................................62.5-Biorremediação..............................................................................................................103-Conclusão..........................................................................................................................124-Referências Bibliográficas................................................................................................13

1-Introdução à Microbiologia Ambiental

A parte da Terra onde existe vida é chamada biosfera. Nesta parte vivem milhões de espécie de seres vivos, cada qual representada por um número muito variável de indivíduos.

Nos mais diversos ambientes naturais da Terra, normalmente os seres vivos estabelecem entre si e com o meio em que vivem um relacionamento capaz de garantir não somente a sua sobrevivência, mas também a preservação dos recursos naturais disponíveis.

A manutenção dos processos vitais característicos da biosfera necessita que duas condições sejam simultaneamente satisfeitas: um fornecimento contínuo de energia e a reciclagem de compostos químicos que fazem parte da estrutura dos seres vivos ou são por eles utilizados em algum momento do seu ciclo vital. Estes compostos são formados a partir de um conjunto finito (ainda que muito grande) de átomos, cuja quantidade e tipo foram estabelecidos pelas condições cosmogênicas e planetogênicas. De fato, desde que a Terra foi formada, as concentrações dos diferentes átomos que a constituem permanecem constantes__ a formação de átomos “novos” por desintegração atômica natural ou provocada pelo homem tem pouco significado quantitativo para alterar a composição geral. Os seres vivos atuais são, portanto, formados por átomos que, teoricamente, podem ter feito parte de organismos há muito tempo desaparecidos. A vida na biosfera necessita, portanto, que os compostos biológicos sofram alterações cíclicas, de tal forma que, após serem utilizados pelos seres vivos voltem aparecer na natureza sob uma forma que permita sua reutilização. Esses movimentos cíclicos de elementos e substâncias, passando do mundo vivo para o mundo físico e vice-versa, constituem os ciclos biogeoquímicos. Neste processo de reciclagem, os microrganismos desempenham papel ativo e imprescindível.

2-Microbiologia Ambiental

2.1-Diversidade Metabólica Os microrganismos são encontrados em toda a diversidade de ambientes naturais

onde vivem outros organismos e, além disso, em locais química ou fisicamente adversos a outros grupos. A capacitação para colonizar praticamente todos os ambientes da Terra foi obtida pelos microrganismos graças a sua extraordinária versatilidade metabólica, associada a múltiplas adaptações estruturais e a formas de propagação eficientes e diversificas __ por ventos, correntes de água, através de animais etc.

De uma maneira geral, o desenvolvimento microbiano em dado ambiente está condicionado á presença de água e nutrientes e a determinadas condições de pH, temperatura, luminosidade, e tensão de oxigênio. Estas variáveis apresentadas pelo meio ambiente podem diferir muito; mesmo dentro de microambientes, ocorrem grandes variações nas quantidades de substratos orgânicos ou inorgânicos disponíveis, nas concentrações de oxigênio e de materiais inibitórios. Estas condições impõem uma pressão seletiva que determina a distribuição das diferentes populações microbianas pelos ambientes ou microambientes considerados, pois embora as características de cada local impeçam o desenvolvimento de todos os tipos de microrganismo, haverá sempre um grupo apto a viver e utilizar favoravelmente das condições, trazendo como resultado a ampla distribuição observada para os microrganismos. Assim, se o ambiente é desprovido de oxigênio, pode ser habitado por microrganismos capazes de viver em anaerobiose, obtendo

energia por fermentação ou respiração anaeróbia. Se o meio é muito ácido, será colonizado por microrganismos com adaptações estruturais e fisiológicas que lhes permitem resistir a esta condição; meios com acúmulos de material orgânico propiciam o desenvolvimento de microrganismos heterotróficos, enquanto maiores disponibilidades de carbonatos ou gás carbônico favorecem microrganismos autotróficos. Nestes últimos ambientes, a luminosidade adequada é um fator favorável aos microrganismos fototróficos.

A Disponibilidade de Nutrientes Determina o Número e oTipo de Indivíduos no Ambiente

Na natureza, uns dos fatores mais limitantes ao desenvolvimento dos microrganismos (como dos seres vivos, em geral) é a presença e a concentração de nutrientes. A disponibilidade de alimentos é inconstante e depende de acúmulos de matéria orgânica ou inorgânica, que acontece ao acaso. Como conseqüência, a velocidade de crescimento dos microrganismos é variável e raramente atinge o limite da potencialidade de uma dada espécie.

Em condições de fartura, são acionados processos preventivos, destinados à manutenção de uma espécie: muitos microrganismos sintetizam substâncias de reserva, que lhes asseguram condições de sobrevivência prolongada quanto os nutrientes escasseiam. É comum observar-se em bactérias do solo grandes glóbulos intracelulares que concentram diferentes tipos de polímeros, como polifosfatos, polissacarídios ou poliidroxialcanoatos.

A disponibilidade de nutrientes está associada, em grande parte dos ambientes naturais, à competição entre as espécies. A espécie mais apta e que se desenvolverá melhor será aquela dotada de maior velocidade de retirada de nutrientes do meio e maior eficiência na conversão do alimento em massa celular.

A presença de vias metabólicas especiais também pode auxiliar na competição, quando estas vias geram produtos tóxicos para os competidores. Estes produtos podem ser substância com ação específica, como os antibióticos, quanto substância inespecíficas, como produtos ácidos de fermentação e íons como nitritos, resultantes da respiração anaeróbia. Por outro lado, a formidável diversidade dos microrganismos possibilita que, no habitat onde haja a liberação de um produto antimicrobiano, existam também espécies capazes de degradar esta substância, sendo assim indiferentes a sua presença. De forma análoga, produtos ácidos prejudiciais a muitos tipos de células poderão ser utilizados por certas espécies.

2.2-Variedade de Habitats A diversidade de populações microbianas indica que elas tiram proveito de

qualquer nicho encontrado em seu ambiente. Diferentes quantidades de oxigênio, luz e nutrientes podem existir dentro de alguns milímetros do solo. Como uma população de organismos aeróbicos utiliza todo o oxigênio disponível, os anaeróbicos são capazes de se desenvolver. Se o solo é perturbado por aragem, minhocas, ou outras atividades, os microrganismos aeróbicos terão novamente capacidade de crescer, repetindo assim essa sucessão.

Os micróbios que vivem em condições extremas de temperatura, acidez, alcalinidade ou salinidade são denominados extremófilos. Muitos são membros das arquibactérias. As enzimas (extremozimas) que tornam o crescimento possível sob essas condições têm sido de grande interesse para as indústrias, porque toleram extremos de temperatura, salinidade e pH que poderiam inativar outras enzimas. A enzima Taq polimerase resistente ao calor, do organismo-fonte Thermus aquaticus, é um exemplo.

Os microrganismos sobrevivem em um ambiente intensamente competitivo e devem explorar todas as vantagens que puderem. Eles devem metabolizar nutrientes comuns mais rapidamente ou utilizar nutrientes que os microrganismos competidores não podem metabolizar. Alguns, como a bactéria do ácido láctico que são tão úteis na produção de laticínios são capazes de fazer um nicho inóspito para organismos competidores. As bactérias o ácido láctico não são capazes de utilizar o oxigênio como um aceptor de elétrons e fermentam açúcares somente até ácido láctico, deixando a maioria da energia sem utilização. Entretanto, a acidez inibe o crescimento dos micróbios mais eficientes e competidores.

Os Mecanismos de Adaptação São Importantes no Estabelecimento das Populações

Além da capacitação estabelecida pela presença de vias metabólicas ou pelo tipo nutritivo, os microrganismos apresentam vários outros mecanismos de competição e adaptabilidade, que vão expressar-se segundo as condições ambientais. Eis alguns exemplos:

Microrganismos que se desenvolvem em regiões de alto índice de luminosidade podem sintetizar pigmentos (carotenóides e melaninas) que os tornam menos sensíveis àquela condição agressiva.

A presença de estruturas que permitem a ligação a superfícies é comum em microrganismos que vivem em locais onde os fluxos líquidos são constantes, como o intestino ou a cavidade oral de animais ou rochas localizadas em correntes de água.

Microrganismos que habitam lagos e oceanos apresentam vacúolos gasosos que, diminuindo a densidade celular, permitem sua flutuação.

Microrganismos causadores de moléstias humanas ou de outros animais utilizam estratégias especiais para estabelecer-se no hospedeiro; assim, lançando mão de enzimas capazes de provocar a decomposição de tecidos do hospedeiro ou de estruturas próprias que lhes permitem multiplicar-se justamente em células de defesa ou que impedem sua fagocitose.

Mecanismos de resistência a antibióticos são muito úteis a microrganismos de solo, onde ocorre intensa produção de antimicrobianos (geralmente por fungos).

Bactérias fototróficas anaeróbias que vivem em águas profundas apresentam pigmentos diferentes da clorofila e que absorvem luz com comprimentos de onda capazes de atingi-las.

Embora o número de espécies presentes em um dado ambiente, ou mesmo em um microambiente, habitualmente seja grande, algumas comunidades são formadas por poucas espécies. É o resultado de condições particularmente restritivas, como altas concentrações de sais ou de açúcares ou de antibióticos ou ainda a deficiência de nutrientes essenciais à maioria das espécies. Assim, poucas algas com exigências nutricionais encontram-se presentes em águas podres e algumas bactérias povoam solos com pequena disponibilidade de matéria orgânica.

2.3-Distribuição dos Microrganismos nos Diferentes Ambientes

Ambientes Aquáticos Os ambientes aquáticos representados por oceano, rios, lagos, corredeiras, estuários

etc., apresentam composições químicas e físicas diferentes, condicionando, portanto, o estabelecimento de espécies microbianas diversas. De um modo geral, estes ambientes são

habitados por organismo fototróficos; em condições aeróbias predominam as cianobactérias e as algas eucarióticas (oxigênicas), enquanto que em regiões anaeróbias prevalecem as bactérias fototróficas (anoxigênicas). Os seres fototróficos são considerados produtores primários por serem capazes de sintetizar matéria orgânica a partir de inorgânica. Assim sendo, sua velocidade de multiplicação é o fator limitante e determinante de toda a atividade biológica adicional. Assim a quantidade de peixes e mariscos economicamente exploráveis, por exemplo, é determinada, em última instância, pela velocidade de reprodução dos produtos primários.

As regiões oceânicas distantes do continente são, geralmente, pobres em atividades primárias de microrganismos, por carência de material inorgânico. Esta situação é revertida quando a região é abastecida por correntes marinhas vindas do continente. As regiões marítimas mais férteis são as praias e os estuários exatamente por disporem de maiores concentrações de nutrientes originários dos continentes. Os ambientes aquáticos apresentam baixas concentrações de oxigênio, em conseqüência da pequena solubilidade deste gás em água, quer seja do ar atmosférico ou da fotossíntese oxigênica, restringe-se às camadas superficiais, tornando apenas essa região propícia ao desenvolvimento de bactérias aeróbicas; as águas profundas são, portanto, colonizada por bactérias anaeróbicas. A função do oxigênio é receber os elétrons provenientes da oxidação de substratos, que podem ser inorgânicos ou orgânicos. A utilização de cada tipo de substratos caracteriza bactérias litotróficas ou organotróficas. Nas regiões aquáticas, a matéria orgânica tende a ser depositada nas profundidades e aí é degradada por processos aeróbios, enquanto não houver limitação de oxigênio. Quando a restrição se estabelece, os processos metabólicos de obtenção de energia passam a ser a respiração anaeróbia ou a fermentação. Estes processos produzem alterações no ambiente, pois seus produtos finais são substancias ainda suficientemente reduzidas para serem utilizada como substratos energéticos. A substituição do oxigênio por outros aceptores de elétrons na cadeia de transporte de elétrons leva também à substituição do produto final. Em lugar de água, forma-se N2

quando aceptor é NO2ˉ, H2S a partir de SO42ˉ e assim por diante; alguns destes produtos têm efeito tóxico.

Atualmente, os rios, represas, lagos e regiões marinhas são muito utilizados para descarga de material poluente, oriundo de esgotos domésticos e dejetos industriais, com conseqüências desastrosas para o ambiente natural. Alta carga de matéria orgânica provoca acentuado déficit de oxigênio dissolvido. Por outro lado, também representa fontes de nutrientes, favorecendo o rápido desenvolvimento de bactérias heterotróficas; onde há oxigênio, reproduzem-se as heterotróficas aeróbias, levando à exaustão do oxigênio dissolvido. A presença de amônia é condição favorável para o desenvolvimento de litotróficas aeróbias, que, oxidando amônia, produzem nitrato. Este íon, por sua vez, pode ser reduzido a nitrito por um grupo de bactérias heterotróficas que fazem respiração anaeróbia.

Quando os poluentes são constituídos basicamente de matéria inorgânica, como os fosfatos provenientes de detergentes ou os compostos nitrogenados, frutos da lixifiação de solos adubado, ocorre um incremento da biomassa formada por microrganismos fotossintetizantes (por serem independentes de carbono orgânico), principalmente cianobactérias. Estas bactérias formam seu protoplasma utilizando-se, além dos compostos inorgânicos, de gás carbono e luz, que, geralmente, não são fatores limitantes neste ambiente. A morte destes seres estabelece as condições para o desenvolvimento de bactérias heterotróficas. A efeito dos produtos destas bactérias__ mercaptanas, aminas, ácido sulfítrico __ são intensos, acarretando até a morte de peixes.

Microbiota Marinha O sustendo da vida oceânica é amplamente dependente da vida microscópica fotossintética, o fitopláncton marinho (um termo derivado do grego para plantas perambulantes). As cianobactérias, especialmente o gênero unicelular synechoccus, compõem uma grande parte dessa população. As bactérias fotossintéticas como essas formam a base da cadeia alimentar oceânicas. Elas fixam o dióxido de carbono para produzir matéria orgânica, que é liderada como matéria orgânica dissolvida e usada pelas bactérias heterotrófica do oceano. As bactérias servem, então, de fonte de alimentos particulados para uma série de consumidores maiores. Esses são primeiro, os protozoários, que, por sua vez, são alimento para zooplânctons (metazoários) multicelulares (vida animal da família dos plânctons como o “krill”, um crustáceo semelhante ao camarão). Esses zooplânctons servem de fonte alimentar para os peixes. Grande parte do dióxido de carbono e do nutriente minerais liberados pela atividade metabólica das bactérias, dos protozoários e dos metazoários é reciclada fitplâncton fotossintético. A bioluminescência microbiana, ou emissão de luz, é aspecto interessante da vida das profundezas do mar. Muitas bactérias são luminescentes e algumas estabeleceram relações simbióticas com peixes que apitam a zona bêntica. Esses peixes algumas vezes usam o brilho da sua bactéria residente para auxiliar na atração e captura de sua presa na completa escuridão das profundezas do oceano. Esses organismos bioluminescentes possuem uma enzima denominada luciferase que capta elétrons de flavoproteínas na cadeia de transporte de elétrons e emite uma parte da energia dos elétrons como um fóton de luz. Uma questão interessante é porque as bactérias precisam gastar tanta energia emitindo luz. Uma possível respostas é que a radiação UV atinge as profundezas do oceano e causa lesão ao DNA das bactérias, que pode ser corrigida somente pela exposição à luz __ que nas profundezas do oceano de ser suprida pelas próprias bactérias.

Ambientes TerrestresTambém nos solos, o principal ambiente terrestre, há uma cadeia alimentar, onde os

organismos fototróficos autotróficos, constituem a base, seguindo-se um segundo elo formado pelos organismos heterotróficos, dependentes dos primeiros. Quanto maior a concentração de matéria orgânica originada por fotossíntese, maior a massa de organismo heterotróficos liberados de CO2. O gás carbônico, reagindo com água, origina acido carbônico que, juntamente com os ácidos orgânico, produtos de fermentação os organismos heterotróficos, são agentes importantes de dissolução de rocha. Processos físicos, como o aquecimento e resfriamento, ou mecânicos, como os produzidos pela penetração das raízes das plantas em poros, provocam a ruptura das rochas, favorecendo a solubilização dos minérios que as constituem. Á medida que as rochas, meramente inorgânicas, vão sento permeadas por raízes, estabelecem-se as condições para a instalação de uma microbiota que se nutre de um material de excreção da planta ou de partes mortas de raízes.

O crescimento microbiano mais intensos ocorre na superfície das partículas componentes do solo, onde há a possibilidade de formação de diversos microambientes, colonizados por diferentes tipos microbianos. Nos ambientes terrestres, a água pode ser um fator limitante ao desenvolvimento dos organismos vivos. A água distribui-se de maneira heterogênea, podendo estar absorvida a superfícies ou apresentar-se como água livre, formando filmes ou camadas. A água dos solos naturalmente contém nutrientes e oxigênio

dissolvidos. Em profundidades maiores, esta é a única forma em que o oxigênio é encontrado, já que não há presença de ar.

Também nos solo, o conteúdo nutricional constitui o fator mais determinante do desenvolvimento microbiano, estabelecendo o número e diversidade dos microrganismos presentes. A maior atividade microbiana é encontrada na superfície, rica em matéria orgânica. Ainda que haja excesso de determinadas fontes de carbonos como nutrientes, a carência de compostos contendo fósforo ou nitrogênio provocará uma limitação do crescimento. De um modo geral, espera-se que, havendo disponibilidade de nutrientes nas camadas superficiais (onde o oxigênio não é limitante), predominem organismos com metabolismos aeróbios heterotrófico. Em condições aeróbias carentes de matéria orgânica, haverá desenvolvimento de organismos litotróficos. Nos microambientes anaeróbios, a matéria orgânica é degradada por fermentação e respiração anaeróbia.

No solo, como na água, o tipo de nutriente disponível, a fonte de energia utilizável e a disponibilidade de oxigênio determinam o tipo de metabolismo colonizadores__ variam apenas as espécies presentes em um ou outro habitat.

2.4-Microbiologia do Solo e Ciclos BiogeoquímicosBilhões de organismo, incluindo os que são microscópicos bem como grandes

insetos e minhocas formam uma comunidade viva e vibrante no solo. Um solo típico tem milhões de bactérias em cada grama, a população é maior nos poucos centímetros do topo do solo e declina rapidamente com a profundidade. Os organismos mais numerosos no solo são as bactérias embora os actinomicetos sejam bactérias, eles são considerados separadamente. Muitos antibióticos importantes, como a estreptomicina e tetraciclina, foram descobertos por microbiologista investigando actinomicetos no solo.

Populações de bactérias do solo são geralmente estimadas utilizando-se contagem em placas em meio nutriente, e os números atuais são provavelmente subestimados por esse método. Nenhum único meio nutriente ou condição de crescimento pode encontrar todos os nutrientes e outras exigências necessárias para todos os microrganismos do solo.

Nós podemos pensar em solo como um “fogo biológico”. Uma folha que cai de uma árvore é consumida por esse “fogo” assim como sua matéria orgânica é metabolizada pelos micróbios do solo. Elementos da folha entram nos ciclos biogeoquímicos por causa de carbono, nitrogênio e enxofre. Nos ciclos biogeoquímicos, os elementos são oxidados e reduzidos por microrganismos para fornecer suas necessidades metabólicas. Sem os ciclos biogeoquímicos, a vida na Terra iria deixar de existir.

O Ciclo do Carbono O ciclo biogeoquímicos primário é o ciclo carbono (figura 1). Todos os

organismos, incluindo plantas, micróbios e animais, contêm grandes quantidades de carbono na forma de compostos orgânicos, como celulose, amidos, gorduras e proteínas.

Os autotróficos, componentes essenciais de toda a vida na Terra, reduzem o dióxido de carbono a formas de matéria orgânica. Quanto você alho uma árvore, você deve pensar que sua massa vem do solo onde cresce. De fato, sua grande massa de celulose é derivada de 0,03% do dióxido de carbono na atmosfera. Isso ocorre como um resultado da fotossíntese o primeiro passo do ciclo de carbono no qual os fototróficos, como as cianobactérias, as plantas, as algas e as bactérias verdes e púrpuras sulfurosas fixam ou incorporam o dióxido de carbono em matéria orgânica utilizando energia ou luz solar. Quimioautotróficos como Thiobacillus e Beggiatoa também fixam o dióxido de carbono em matéria orgânica, enquanto metabolizam compostos como o sulfeto de hidrogênio para produzir energia.

Fig. 1- O ciclo do carbono em uma escala global, o retorno do CO2 para a atmosfera pela respiração é proporcional a sua remoção pela fixação. Entretanto, a queima de madeira e combustíveis fósseis adiciona mais CO2 à atmosfera; como resultado, a quantidade de CO2 atmosférico esta crescendo de maneira estável.

No próximo passo do ciclo quimioeterotróficos como animais e protozoários alimentam-se de autotróficos e podem, por sua vez, ser consumido por outros. Por tanto, como o componentes orgânicos dos autotróficos são digeridos e ressintetizado, os átomos de carbono do dióxido de carbono são transferido de organismo para organismo na cadeia alimentar.

Algumas das moléculas orgânicas são utilizadas por quimio-heteretróficos, incluindo animais, para satisfazer ás suas necessidades de energia. Quanto essa energia é liberada pela respiração, o dióxido de carbono imediatamente se torna disponível para novamente reiniciar o ciclo. Grade parte do carbono continua dentro do organismo até que ele fica seja excretado, ou até que o organismo morra. Quando plantas e animais morrem esses compostos orgânicos são decompostos por bactérias e fungos. Durante a decomposição, os compostos orgânicos são oxidados, e o CO2 retorna para os rios.

O carbono é estocado em rochas, como pedra calcária (CaCO3), e é dissolvido como íon carbonato (CO3ˉ2) nos oceanos. Existem muitos depósitos de matéria orgânica fóssil na forma de combustível fóssil, como o carvão e o petróleo. A queima desses combustíveis fóssil libera CO2, resultando no aumento do composto na atmosfera. Muitos cientistas acreditam que o aumento do dióxido de carbono na atmosfera deve estar causando o aquecimento global da Terra.

Um aspecto interessante do ciclo do carbono é o gás metano (CH4). Estima-se que os sedimentos no chão do oceano contenha 10 trilhões de toneladas de metano, aproximadamente duas vezes mais a quantia de depósitos de combustível fóssil, como carvão e petróleo, da Terra. Além disso, as bactérias metanogênicas nas profundidades estão constantemente produzindo mais. O metano é muito mais potente como um gás de efeito estufa do que o dióxido de carbono, e o ambiente da Terra seria perigosamente alterado se todo esse gás escapasse para a atmosfera. Felizmente, hordas de bactérias que habitam o oceano usam o metano que escapa como fonte de energia, e ele desaparece antes

de atingir a superfície da água e então a atmosfera. Uma vez que o metabolismo do metano normalmente necessita de oxigênio livre, que é escasso nas profundezas do oceano, não se sabe ao certo como essas bactérias fazem o processo.

Ciclo do Nitrogênio A reprodução de muitos organismos no solo e em ambientes aquáticos e

frequentemente limitada pela escassez de nitrogênio. Como esta limitação atinge a cultura de vegetais, a produção total de alimentos no globo é restringida mais pela quantidade de nitrogênio disponível do que pela quantidade de qualquer outro elemento. Superar o limite imposto pela concentração de nitrogênio não é uma tarefa trivial, pois o aumento da sua concentração no solo deve ser feito sem provocar, como conseqüência, o aumento de sua concentração em rios, lagos e outros ambientes aquáticos, onde seu excesso constitui uma forma importante de poluição.Os Microrganismos Participam de Todas as Etapas da Reciclagem do Nitrogênio.

Quase todo o nitrogênio do solo existe em moléculas orgânicas, principalmente em proteínas. Quando um organismo morre, o processo de decomposição microbiana resulta na quebra hidrolítica de proteínas em aminoácidos. Em um processo denominado deaminação, os grupamentos amina são removidos e convertido em amônia (NH3). Essa liberação de amônia é denominada amonificação.

Para todos os microrganismos, o destino da amônia é a sua incorporação a aminoácidos, que poderão fazer parte de proteínas e originar outros compostos nitrogenados. Um outro destino possível é a sua oxidação a nitrato, processo levado a cabo por bactéria quimiolitotróficas, que utilizam a amônia como substratos oxidável__ o processo é aeróbio, dependente de uma cadeia de transporte de elétrons que tem oxigênio como aceptor final. O processo, designado nitrificação, é realizado exclusivamente por microrganismos. O nitrato pode ser utilizado por plantas e microrganismos como fonte de nitrogênio; além disso, uma parte do nitrato é usada como aceptor final da cadeia de transporte de elétrons anaeróbia microbiana, dando origem, na maior parte das condições, a produtos gasosos, como N2, N2O ou NO, que voltam à atmosfera. O processo é uma denitrificação e resulta na perda do nitrogênio combinado, que é a forma preferencial assimilável pelos organismos. Fig. 2- O ciclo do Nitrogênio. De uma forma geral, o nitrogênio na atmosfera passa pela fixação, nitrificada e denitrificação. O nitrato assimilado por plantas e animais após a nitrificação passa por decomposição, amonificação e novamente nitrificação.

Há apenas um pequeno grupo de microrganismos capazes de promover a fixação do nitrogênio, ou seja, a redução de N2 a amônia. Este grupo inclui bactérias de vida livre ou simbionetes, aeróbias ou anaeróbias, dentre as quais se destacam as pertencentes aos gêneros Rhizobium e Bradyrhizobium, que vivem em associação com raízes de plantas leguminosas. As bactérias fixadoras de nitrogênio dispõem de um sistema enzimático denominado nitrogenase, que cataliza a redução do N2, com grande gasto de ATP e, por esta capacidade especial entre todos os seres vivos, ocupam um lugar importante no ciclo do nitrogênio.

Ciclo do EnxofreO ciclo do enxofre e o ciclo do nitrogênio se assemelham, no sentido que eles

representam vários estágios de oxidação destes elementos. As formas mais reduzidas do enxofre são os sulfetos, como o odorífero gás sulfeto de enxofre (H2S). Como o íon amônia do ciclo do nitrogênio, esse é um composto reduzido que geralmente se forma sob

condições anaeróbicas. Ele representa uma fonte de energia para bactérias autotróficas. Essas bactérias convertem o enxofre reduzido em H2S em grânulos de enxofres elementar e sulfatos completamente oxidados (SO4ˉ2). As bactérias que promovem estas oxidações estão sendo utilizadas atualmente para otimizar processos de lixiviação, para extração de metais presentes em minérios.

Frequentemente, o enxofre elementar é liberado de micróbios decompositores. O enxofre elementar é essencialmente insolúvel em águas temperadas, os micróbios têm dificuldades em absorvê-lo. Essa é a provável origem da enorme acumulação subterrânea pré-histórica de enxofre.

Fig. 3- O ciclo do enxofre. Observe a importância das condições aeróbicas e anaeróbicas.

O Ciclo do fósforo.Outro elemento nutricional importante que faz parte do ciclo biogeoquímico é o

fósforo. A disponibilidade do fósforo deve determinar se plantas e outros organismos podem crescer em uma área.

O fósforo existe primeiramente como íon fosfato e sofre poucas modificações no seu estado de oxidação. O ciclo do fósforo, ao contrário, envolve modificações de formas solúveis para insolúveis e de fosfato orgânico para fosfato inorgânico, muitas vezes em relação ao pH. Por exemplo, o fosfato nas rochas podem ser solubilizado pelo ácido produzido por bactérias como o Thiobacillus. Diferentes dos outros ciclos, não existe um produto volátil composto por fósforo capaz de retorná-lo para a atmosfera, da mesma maneira que o dióxido de carbono, o gás nitrogênio e o dióxido de enxofre retornam. Portanto, o fósforo tende a acumular-se nos mares. Ele pode ser recuperado escavando-se o sedimento da superfície de mares antigos, principalmente como deposito de fosfato de cálcio.

2.5-BiorremediaçãoO uso de micróbios para detoxificar ou degradar poluentes é denominado

biorremediação. Derramamentos de óleos de navios-tanques danificados representam um dos exemplos mais dramáticos de poluição química. As perdas econômicas de pesca e

praias podem ser enormes. Até certo ponto, a biorremediação ocorre naturalmente, à medida que os micróbios atacam o óleo se as condições forem aeróbicas. Todavia, os micróbios geralmente obtêm seus nutrientes em soluções aquosas, e produtos à base de óleo são relativamente insolúveis. Além disso, hidrocarbonetos de petróleo são deficientes em elementos essenciais como nitrogênio e fósforo. A biorremediação de derramamentos de óleo é bastante melhorada quando fornecido às bactérias residentes, em um “fertilizante” contendo nitrogênio e fósforo. A biorremediação também pode fazer uso de micróbios que foram selecionados para se desenvolverem em certos poluentes ou de bactérias geneticamente modificadas que são especialmente adaptadas para metabolizar produtos de petróleo. A adição desses micróbios especializados é denominado bioaumento.

Derramamentos de petróleos subsuperficiais a partir de tanques de armazenamento de gasolina, por exemplo, podem ser removidos da água por meio do bombeamento da água para tanques aerados, que serão supridos com nutrientes “fertilizantes”, e a água será posteriormente devolvida após a decomposição da gasolina. Princípios semelhantes são usados para retirar pesticidas e outras substâncias químicas que podem causar derramamentos. Bactérias resistentes à radiação têm sido alteradas geneticamente para se tornarem mais úteis na limpeza de locais contaminados com solventes radiativos.

3-Conclusão

Conclui-se que os microrganismos habitam em todos os ambientes marinhos, (desde superfícies aquáticas ao fundo do oceano), e em todos os ambientes terrestres. Pode existir milhões de microrganismos em uma colher de solo fértil e somente medidas extremas podem eliminá-los completamente do ambiente.

Conclui-se também que os microrganismos desempenham a função-chave na reciclagem dos elementos na natureza. Na cadeia alimentar, os animais alimentam-se das plantas e de outros animais, e as plantas usam os animais em deterioração como nutrientes. Nota-se então, que os microrganismos devem, agir como tradutores neste processo, pois convertem substâncias químicas em produtos utilizáveis por animais e por plantas. Em geral, as plantas usam elementos que são inorgânicos; elas não podem utilizar elementos que constituem as moléculas orgânicas (isto é, combinadas com carbono). Mas o homem e outros animais requerem compostos orgânicos e excretam materiais inorgânicos.

A degradação ou decomposição de materiais orgânicos faz parte do ciclo de nitrogênio e de processos similares. Os materiais que podem ser decompostos por meio do processo natural são conhecidos como biodegradável. Porém, há materiais que não são biodegradável como petróleo, gasolina e óleos, que quando derramados em águas subterrâneas representam um dos exemplos mais dramáticos de poluição química. Então o uso de micróbios é utilizado para detoxificar ou degradar poluentes como nesses tipos de acidentes. Este processo é então conhecido com biorremediação.

Sendo assim, sem bactérias e outros microrganismos trabalhando em conjunto, a vida na Terra seria destruída pelo seu próprio processo natural. Galhos caídos e folhas mortas se acumulariam, assim como os animais mortos.

4-Referências Bibliográficas

TORTORA, Gerard J; FUNKE, Berdell R; CASE, Christine L. Microbiologia. Porto Alegre: Artmed, 2005. p. 762-6, 771-2 e 777.

BARBOSA, Heloiza Ramos; TORRES, Bayardo Baptista. Microbiologia Básica. São Paulo: Atheneu, 2005. p. 119-23 e 126-7.

PELCZAR JR, Michael J; CHAN, E.C.S; KRIEG, Noel R; Microbiologia Conceitos e Aplicações. Volume 1. São Paulo: Pearson Education, 1997. p. 67-8.