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1 1 Pg = 1,000,000,000,000 kg 1

2 CO 2 na atmosfera/ano (bilhões de toneladas) Outros 2

3 Produção 1 ª : conversão de C inorgânico a C orgânico (fungos e bactérias que decompõem MO) Respiração/decomposição/combustão retorna C a atmosfera Fixação > que consumo (respiração) = acúmulo de C orgânico Fixação < que consumo (respiração) = declínio das populações Fixadores: fotossintetizantes, oxidantes/redutores de S, Fe, etc. Relações tróficas: C e Energia transferidos (10%) Decomposição de MO vegetal depende da: T, pH, natureza química, condições ambientais, [O 2 ], etc. Fixação/liberação de C 3

4 4

5 (ppm) 5

6 Aumentos das temperaturas: decomposição mais rápida (> emissão de CO 2 que incorporação fotossíntese) O degelo das capas polares pode estar trazendo de volta à vida formas virulentas de microrganismos que estavam dormentes no gelo O aumento da agropecuária - CH 4 (archaea, protozoários, leveduras, etc.) que vivem no estômago de ruminantes como ovelhas, gado, búfalos, camelos, etc. CH 4 absorve 20% a mais de calor que CO 2 Produção de vacina para reduzir a emissão de CH 4 Aumentos das temperaturas aumentam as áreas biogeográficas de micróbios infecciosos: malária, dengue, febre amarela, viroses, etc. Alteração temperatura da água dos oceanos: dinâmica microbiana Áreas de tundra e do ártico estão com T mais elevadas, aumentando a produção de CH 4 (Archaea metanogênicas) Microrganismos e o aquecimento 6

7 Fertilizar os oceanos com Fe e P para aumentar as populações de algas (fitoplâncton) e outros microrganismos como Prochlorococcus e Synechococcus que absorvem quantidades enormes de CO 2 Utilizar algas para a extração de biocombustíveis Utilização de microrganismos geneticamente modificados para aumentar a produtividade de plantas para extração de óleo (biocombustíveis) Utilização de celulose (hemicelulose) para produzir etanol via aplicação microbiana Sulfolobus solfatarius - archaea Trichonympha sp. - protozoário Trichoderma reesei – fungo Formas de atenuar o problema 7

8 O ciclo do Nitrogênio 8

9 Fixação/liberação de N 5 processos principais ciclam N Fixação Absorção (crescimento dos organismos) Mineralização (decomposição) Nitrificação Denitrificação 9

10 Fixação do N N 2 NH 4 + ou NO 3 - Simbiontes como Rhizobium + legumes, Frankia + Alder, etc.: N em troca por carboidratos e ambiente favorável Fixadores de vida livre (ambientes aquáticos principalmente): Cyanobacteria, Azotobacter, Clostridium Fogo, lava, queima de combustíveis fósseis Processo Haber-Bosch 10

11 Absorção do N NH 4 + N orgânico NH 4 + é rapidamente incorporado em proteínas e outros compostos nitrogenados orgânicos pelas plantas ou organismos do solo 11

12 Mineralização do N N orgânico NH 4 + Decomposição: N orgânico transformado em N inorgânico (NH 4 + ) por fungos e bactérias - actinomicetos, fungos e bactérias modificam o N da MO de NH 3 + a NH 4 + Esse NH 4 + usado por plantas ou transformado a NO 2 - e NO 3 - via nitrificação 12

13 Nitrificação NH 4 + NO 2 - NO 3 - Bactérias transformam amônio a nitrato ganhando energia Ocorre apenas em ambientes aeróbicos NH 4 + se adsorve as partículas de solo com carga negativa NO 3 - é lixiviado com redução da fertilidade do solo e contaminação do lençol freático NitrossomonasNitrobacter 13

14 Denitrificação NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 Processo anaeróbico feito por bactérias denitrificadoras N 2 O é um gás de efeito estufa Esta é a única transformação que remove N dos ecossistemas (irreversível) e faz o balanço do ciclo do N NO 3 - = nitrato NO 2 - = nitrito NO = nitróxido, óxido nítrico, monóxido de N N 2 O = óxido de dinitrogênio (gás do riso) 14

15 Atividades humanas Queima de florestas e de combustíveis fósseis colocando N na atmosfera Fertilização química e lixiviação (NO 3 - e cânceres – metahemoglobinemia: síndrome do bebê azul) Criação de animais com produção de NH 3 + que pode entrar nos corpos dágua e no solo Derrame de excrementos em corpos dágua Mudança da composição vegetal dos ecossistemas (redução da diversidade) Formação de ácido nítrico (HNO 3 ) responsável, junto com dióxido de enxofre (SO 2 ), pelas chuvas ácidas Altas concentrações de óxidos de N são precursores do ozônio da troposfera, o qual causa dano aos tecidos vivos (NO e N 2 O) Altas concentrações de N nos rios causando eutrofização, reduzindo a diversidade dos ecossistemas aquáticos 15

16 Fósforo O fósforo é essencial para plantas e animais na forma dos íons: PO 4 3- (fosfato) HPO 4 2- (ortofosfato) Faz parte de moléculas: ácidos nucléicos (DNA) energéticas (ATP e ADP) células lipídicas da estrutura do corpo de animais como fosfato de cálcio (ossos, dentes, etc.) na fotossíntese transporte de nutrientes 16

17 Fósforo Três formas principais de fósforo: Fósforo orgânico: na matéria viva, plantas, microrganismos, etc. Fósforo solúvel: disponível (orgânico bem como HPO 4 2- ). Menor proporção de P do solo Fósforo adsorvido: indisponível (anionicamente ligado a cátions de Al, Fe e Ca) O ciclo do fósforo tem 2 componentes principais que ocorrem em diferentes escalas de tempo: No componente local ele cicla nos ecossistemas em tempo ecológico Nos sedimentos ele faz parte da porção classificada em tempo geológico. Somente será mobilizado milhões de anos mais tarde 17

18 O ciclo do Fósforo 18

19 Microbiologia da água 19

20 20

21 Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al., morna - densa + fria + densa 21

22 Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al., 2004 Estimativas do número total nos oceanos: 1,3 x Archaea 3,1 x Bacteria 22

23 Poluição Febre tifóide (Salmonella typhi) Hepatite A (rotavirus) Shigelose (Shigella spp.) Gastroenterites (Salmonella) Cólera (Vibrio cholerae) Disenteria (Entamoeba histolytica) Disenteria (Giardia lamblia) Potabilidade: livre de microrganismos patogênicos e de substâncias químicas nocivas Microbiologia da água potável 23

24 Físicos AsbestosResíduos industriaisCâncer Argila suspensaPrecipitaçãoInterfere com tratamentos sanitários Químicos Metais pesadosIndústriasVárias doenças SulfatosAlgicidas e minasDiarréias NitratosFertilizantesMetemoglobinemia SódioAmaciantes de águaRetenção de fluidos Doenças do coração PesticidasAgriculturaVárias doenças ClorofórmioIndústriaCâncer Biológicos BactériasFezes e urinaFebre tifóide Shigeloses Salmoneloses Gastroenterites Tularemia Leptospirose VírusFezesHepatite Poliomielite Gastroenterites ProtozoáriosFezesDisinteria amébica Giardíase Balantidíase Poluentes Possível fonte Efeitos adversos 24

25 Ac. hipoclórico Ac. hidroclórico 25

26 Microrganismos indicadores da qualidade da água Qual é o indicador ideal? Métodos de detecção da qualidade microbiológica da água útil para todos os tipos de água sempre presente nos lugares onde estão os patógenos entéricos sobreviver na água mais tempo (ou igual) que os patógenos entéricos não se reproduzir na água contaminada (algumas vezes se reproduz) o teste de detecção deve ser específico e sensível o teste de detecção deve ser de fácil execução o indicador deve ser não patogênico (nem sempre) o nível do indicador na água contaminada deve ser proporcional ao grau de poluição fecal 26

27 Bactérias bastonetes Gram -, que fermentam a lactose (lac + ) com produção de ácido e gás dentro de 24/48 h a 35/37ºC Escherichia coli: coliforme fecal Klebsiella pneumoniae: coliforme fecal Clostridum perfrigens: coliforme fecal Escherichia coli e outros coliformes 27

28 Análise bacteriológica da água – Metodologia: teste presuntivo (caldo lauril triptose) – detectar a presença de coliformes na água teste confirmativo (caldo lactosado com bile e verde brilhante) – bile inibe crescimento de não entéricas enquanto o verde brilhante inibe crescimento de Gram + – confirmar presença de coliformes na água teste completo (EC e placas Mac Conkey) – 44 o C para E. coli – confirmar a presença de coliformes na água – Metodologia de filtragem e plaqueamento – Metodologia de incubação com kits específicos Metodologia de execução 28

29 Microbiologia dos alimentos 29

30 Composição microbiana dos alimentos Frutos: Leveduras na casca das uvas - fermentação para fabricação do vinho pH 2,3-5,0 - baixa incidência de bactérias Carnes: Corte e manuseio - bactérias proteolíticas, lipolíticas, fungos Ocasionalmente patógenos: Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus Leite: Microbiota característica do ambiente Bactérias como pseudomonas, bactérias do ácido lático, leveduras, coliformes, esporulantes Infecções: Mastite Outros patógenos: Mycobacterium, Brucella, Salmonella, Coxiella Microbiota própria ou adquirida com o manuseio 30

31 Principais processos de deterioração de alimentos por microrganismos Ranço: Alimentos ricos em gordura Microrganismos lipolíticos, principalmente bactérias Quebra das gordurasácidos graxosglicerol Putrefação: Alimentos ricos em proteínas (p. ex. carnes) Bactérias proteolíticas Proteínasputrescina, cadaverina, H 2 S, NH 3 Azedamento e coagulação : Leite Bactérias do ácido lático Lactoseácido lático + outros ácidos Composição microbiana dos alimentos 31

32 Fatores envolvidos na deterioração Físicos: luz, temperatura, pressão osmótica, pressão hidrostática Químicos: pH, O 2 Biológicos: insetos, microorganismos, roedores O que causa a deterioração Microorganismos A ação das enzimas contidas nos alimentos A infestação por insetos, parasitas e roedores Temperaturas inapropriadas para a conservação Ganho ou perda de umidade Reação com o O 2 Luz Estresse físico ou abuso Tempo Microorganismos e a deterioração 32

33 1.Frio (refrigeração e congelamento) Refrigeração (4 a 10 C): paralisação crescimento Congelamento (- 20 C): ausência de água, formação de cristais 2.Secagem: sol, câmaras, liofilização alimentos perdem água, provocando a inibição do crescimento (metabolismo inibido) 3.Concentração: aumento da concentração de solutos aumento da pressão osmótica 4.Acidificação pH do alimento 4. Controle dos microrganismos em alimentos 33

34 5.Conservas Alta temperatura 6.Radiações Radiação ionizante: raios gama (remoção de e - ou átomos da molécula) 7.Aditivos Microbicidas x microbiostáticos * inorgânicos: - H 2 S, NO 3 -, NO 2 - * orgânicos: - ácido ascórbico: laticínios, sucos - benzoato de sódio: refrigerantes - propionato de cálcio: pães 4. Controle dos microrganismos em alimentos 34

35 4. Controle dos microrganismos em alimentos 8.Pasteurização 63ºC por 30 min (LTLT: low temperature long time) 72º C por 15 s (HTST: high temperature short time) 9.Esterilização UHT (ultra-high temperature): 150º C por 1-2 s 35

36 Alimentos preparados com o uso de microrganismos AlimentoMatéria primaPrincipal MicrorganismoGrupo PiclesPepinos Lactobacillus spp. Pediococcus spp. Bacilos, Gram + Cocos, Gram + Leite fermentadoLeite L. acidophilus Bacilos, Gram + PãoFarinha Saccharomyces cerevisiae Levedura RicotaLeite pasteurizado L. bulgaricus Bacilos, Gram + KoumissLeite de égua L. bulgaricus Torula, Mycoderma Bacilos, Gram + Leveduras KefirLeite fresco, Streptococcus spp. Lactobacillus spp. Leuconostoc Acetobacter Cocos, Gram + Bacilos, Gram + Cocos, Gram + Bacilos, Gram - IoogurteLeite pasteurizado L. bulgaricus S. thermophilus Bacilos, Gram + Cocos, Gram + ShoyuArroz, Soja L. delbrueckii Aspergillus oryzae Sacharomyces rouxii Bacilos, Gram + Fungo filamentoso Levedura QueijosLeite S. lactis S. cremoris L. citrovorum L. dextranicum Outros microrganismos Cocos, Gram + Bacilos, Gram + Fungos CervejaGrãos de cereais Saccharomyces spp. Leveduras VinhoSuco de uva Saccharomyces cerevisiae Sacch. champagnii Leveduras Presunto e salsichas curadosPorco/Gado Pediococcus cerevisiae Cocos, Gram + Presunto curadoPorco Aspergillus, Penicillium Fungos 36

37 Fermentação de produtos lácteos Iogurte – Fermentação da lactose a ácido lático Lactobacillus delbrueckii subsp. delbrueckii Streptococcus salivarius subsp. thermophilus Lactococcus thermophilus Lactobacillus bulgaricus Leite fermentado – Lactobacillus casei, Bifidobacterium breve Activia: Bifidobacterium animalis subsp. animalis Manteiga – Streptococcus cremoris, Leuconostoc cremoris e Lactobacillus lactis Queijo Lactococcus. Lactobacillus, Streptococcus Propionibacterium – queijo Suíço Penicillium – queijo camembert, roquefort, brie Microorganismos na produção de alimentos 37

38 Fermentação de carnes Embutidos – produzidos por bactérias do ácido lático, em particular Pediococcus cerevisae Produção de pães Pães – Saccharomyces cerevisae, Clostridium spp. e bactérias coliformes podem ser empregados Bebidas alcoólicas Cervejas: produção de 50 bilhões de litros por ano usando Saccharomyces cerevisae, S. carlsbergensis Vinho: fermentação usando S. ellipsoideus Vinagre: fermentação a álcool (S. cerevisae) e em seguida a ácido acético (Acetobacter e Gluconobacter) ou conversão direta a acetato (Clostridium spp.) Microorganismos na produção de alimentos 38

39 Vegetais fermentados Azeitonas – Leuconostoc Molho de soja – Aspergillus oryzae Pediococcus soyae Saccharomyces spp. Torulopsis spp. Lactobacillus spp. Miso – Aspergillus oryzae Tempeh – Rhizopus spp. Tofu – Mucor spp. Microorganismos na produção de alimentos 39

40 Doenças de origem microbiana veiculadas por alimentos Categorias de doenças * intoxicações - microrganismo ausente nos tecidos - ingestão da toxina ativa * infecções - ingestão do alimento contaminado pelo patógeno - microrganismo presente nos tecidos 40

41 Intoxicações a. Intoxicação estafilocócica Staphylococcus aureus – tem várias toxinas (febres, doenças do trato respiratório, etc.) b. Clostridium perfringens enterotoxina produzida no intestino - disenterias c. Botulismo Clostridium botulinum: bactéria anaeróbia, produtora de endósporos (exotoxina) – metaloprotease do sistema neurotransmissor 41

42 Infecções a. Salmoneloses, Febre tifóide e Febres paratíficas Salmonella sp.: S. thyphimurium: espécie mais comum S. typhi: febre tifóide b. Escherichia coli Escherichia coli enterotóxica Linhagem mais comum: E. coli O157:H7 c. Infecção por Campilobacter Campylobacter jejuni e C. fetus – diarréias, disenterias, abortos 42

43 Microbiologia do ar: diversidade, disseminação e controle 43

44 Tipos de microrganismos no ar Algas Protozoários Fungos em geral Bactérias 44

45 Fatores que afetam a microbiota do ar umidade temperatura radiação densidade populacional 45

46 Tipos de microrganismos no ar principais tipos: – esporos de fungos p. ex. Cladosporium, Aspergillus, Penicillium – bactérias esporulantes – vírus 46

47 Doenças do homem e dos animais – inalação de poeira ou gotículas contendo propágulos, provenientes de: – pessoas infectadas (diretamente) – outras fontes: roupas, cama, solo – aerossóis » infecções respiratórias: secreções nasais, garganta 47

48 Métodos de avaliação da microbiota do ar Sedimentação – teste da placa aberta Impacto: – crivo – furo Filtração 48

49 Impacto - Furo Amostrador de Andersen - 1 estágio 49

50 Controle das populações microbianas do ar filtração: filtros HEPA (high efficiency particulate air) radiação desinfetantes/esterilizantes 50

51 Controle das populações microbianas do ar filtração: filtros HEPA radiação desinfetantes/esterilizantes 51

52 Controle das populações microbianas do ar filtração: filtros HEPA radiação desinfetantes/esterilizantes: – Oxido de etileno – Anthium dioxide 52

53 Interações Parasita- Hospedeiro 53

54 mecanismos de infecção mecanismos de defesa PARASITA HOSPEDEIRO Resistência x Susceptibilidade 54

55 * patogenicidade: habilidade de produzir uma infecção * infecção: colonização de um organismo por alguma espécie externa * doença: detrimento do organismo infectado * virulência: capacidade relativa do patógeno de causar doença * fatores de virulência: toxinas, enzimas, etc. Definições Mecanismos de infecção (fatores de virulência) 55

56 Requisitos para doença 56

57 * exotoxinas: liberadas extracelularmente natureza química: - proteínas - afinidade por tecidos específicos - sensíveis ao calor Enzimas citolíticas = lise Enzimas A-B = duas subunidades Toxinas que atuam como superantígenos = estimulam células de resposta imune (inflamações) - Corynebacterium diphtheriae - Clostridium tetani (neurotoxina) - Vibrio cholerae (enterotoxina) Toxinas 57

58 (a) O fator de elongação 2 (EF-2) normalmente se liga ao ribossomo, conduzindo um tRNA carregado com um aminoácido ao ribossomo, promovendo a elongação protéica. (b) A toxina diftérica liga-se à membrana celular, onde é clivada e o peptídeo A é internalizado. O peptídeo A modifica o fator de elongação 2 (EF-2*) que deixa de auxiliar na transferência de aminoácidos para a cadeia polipeptídica em crescimento, resultando na interrupção da síntese protéica e morte celular. Ação da toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al

59 Ação da toxina tetânica de Clostridium tetani Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al

60 Ação da toxina colérica Enterotoxina Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al Glicolipídio complexo = gangliosídio

61 * endotoxina: liberada após a lise da célula do patógeno (membrana lipopolissacarídica) - toxinas de Salmonella, Escherichia coli menos tóxicas que as exotoxinas diminuem leucócitos, linfócitos, plaquetas proteínas pirogênicas: liberação de pirogenios diarréia inflamação generalizada mortes: choques hemorrágicos e necrose dos tecidos Toxinas 61

62 Barreiras físicas: pele mucosas cutícula e ceras das plantas parede celular pelos cílios das células epiteliais Mecanismos externos de defesa 62 Barreiras químicas ANIMAIS Ácido lático (pele) Ácidos graxos (suor) Enzimas (ex. lisozima da lágrima) Sebo (glândulas sebáceas) Suco gástrico (HCl + enzimas + muco) Lactoferrina no leite e nas mucosas (quelante de Fe) Transferrina no soro sanguíneo (idem)

63 Barreiras biológicas: microbiota da pele superfície das folhas rizosfera 63 Barreiras químicas PLANTAS Fitoalexinas (compostos fenólicos) pH da seiva Saponinas, glicosídeos e cianogênicos Ácido salicílico Mecanismos externos de defesa

64 Inflamação: reação vascular e celular para inibir a invasão causada por histaminas liberadas pelas células danificadas limitação da disseminação do patógeno: formação de coágulos ao redor do local afetado pús (células fagocitárias mortas pelas leucocidinas da bactéria) Febre: - resposta sistêmica geralmente devida a bactérias e vírus - aumento da produção de calor metabólico provocado por alterações no hipotálamo *causadores: endotoxinas, pirogenio - função da febre: aumentar a atividade de fagócitos e a velocidade das respostas inflamatória e imune. Mecanismos internos de defesa 64

65 Células fagocitárias (leucócitos) – glóbulos brancos neutrófilos monócitos e macrófagos Fagócitos tem elementos bactericidas como proteases, fosfatases, nucleases, lipases Não fagocitárioslinfócitos (sistema imune – células T e B) 65 Fagocitários Mecanismos internos de defesa

66 66 Produtoras de anticorpos Defesa celular Ingestão e morte Mecanismos internos de defesa

67 * mecanismo de fagocitose - adesão - pseudópodos (projeções) - ingestão - fagossoma (fusão das membranas - vacúolo) - ação dos lisossomas - grânulos com enzimas digestivas que se fundem ao fagossoma - digestão do microrganismo (fagolisossoma) pH 3,5 - 4,0 lisozima outras enzimas hidrolíticas aumento da respiração - diminui O 2 : produção de radicais - superóxido - peróxido morte do microrganismo min depois 67 Mecanismos internos de defesa

68 Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al Peróxido de hidrogênio Anions superóxidos Radicais hidroxil Ácido hipocloroso Óxido nítrico Lisossomo + macrófago = fagolisossoma S. aureus + carotenóides

69 Células natural killers (linfócitos não específicas) e células Tc (citotóxicas) 69 Mecanismos internos de defesa

70 Respostas imunológicas * antígenos: proteínas, nucleoproteínas, lipoproteínas, polissacarídeos e qualquer outra substância que propicie a formação de: * anticorpos: proteínas produzidas pelos linfócitos em reposta à presença de um antígeno 70 Células T Células B Mecanismos internos de defesa

71 SISTEMA COMPLEMENTO Série de proteínas ativadas por interações com complexos antígeno-anticorpo, causando danos e lise às células estranhas 71 Certos antígenos recrutam essas proteínas

72 Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al C proteína do complemento Anafilatoxinas

73 Controle do Crescimento Microbiano 73

74 1. Introdução 1.1. Quais os principais fatores limitantes para o crescimento microbiano? -Temperatura -pH -Disponibilidade de H 2 O -Disponibilidade de O 2 Alguns Conceitos Importantes - Esterilização – morte ou eliminação de todos os organismos viáveis presentes em um meio de cultura - Descontaminação – tratamento de um objeto ou superfície de modo a torná-los seguros à manipulação - Desinfecção – direcionada contra os patógenos, embora possa não eliminar todos os microrganismos 74

75 * tamanho da população * intensidade ou concentração do agente * tempo de exposição * temperatura do ambiente * natureza do meio: umidade, pH... * tipo de microrganismo Condições que Afetam a Atividade de um Agente de Controle Microbiano 75

76 Influência do Tamanho Inicial da População sobre a Efetividade de um Agente de Controle 76

77 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos - Esterilização pelo calor - Esterilização por radiação - Esterilização por filtração 3. Tipos de Agentes de Controle e Mecanismos de ação 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos - Agentes químicos de uso externo 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados in vivo Fármacos antimicrobianos sintéticos Antibióticos Fármacos antifúngicos: imidazole, triazole Fármacos antivirais: acicloguanosina, β glucanas 77

78 Calor Úmido * desnaturação de proteínas e enzimas a) Água fervente (100 ºC) b) Sob pressão (autoclavagem) – 121 °C a 1,1 kg cm -2 c) Pasteurização (63 °C LTLT ou 72 °C HTST) 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos 78

79 Efeito da temperatura na viabilidade de uma bactéria mesofílica Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Medida da Esterilização pelo Calor 79

80 Fonte: Madigan et al., Microbiologia de Brock Relação Entre Temperatura e Tempo de Morte em Mesófilos e Termófilos Mesófilos Termófilos 80

81 Calor Seco * Oxidação dos constituintes orgânicos * Menor eficiência que o calor úmido a) incineração: eliminação de contaminantes e cadáveres, esterilização da alça de platina b) forno de Pasteur * 160 ºC durante 2 h 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos Baixas Temperaturas * preservação de alimentos, drogas * inibição das reações metabólicas * formação de cristais de gelo (congelamento) * redução da água disponível 81

82 Radiações Energia eletromagnética: a) ionizante: raios gama, raios-X, feixes de elétrons (remove e - e átomos): * alto poder de penetração b) não ionizante: * luz ultravioleta: 136 a 400 nm (** 260 nm) * excita os elétrons produzindo vários tipos de reação: DNA (mais afetado): dímeros de pirimidina * baixo poder de penetração 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos 82

83 83

84 Filtração ** * Membranas de ésteres de celulose m de espessura - poros uniformes - diâmetro variável - descartáveis * ex. filtros HEPA (high efficiency particulate air): acetato de celulose dobrado ao redor de folhas de alumínio: retém 99% da matéria particulada 3.1. Controle Antimicrobiano por Agentes Físicos 84

85 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos Esterilizantes a) Óxido de etileno * ativo contra células vegetativas e endósporos * alta penetração, mas necessita longa exposição * líquido abaixo de 10,8ºC, acima disso é um gás b) Alquilantes (alquilação de proteínas: adição grupo alquil) * -propionolactona * Glutaraldeído * Formaldeído (formol) 85

86 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos Desinfetantes a) Fenóis (ácido carbólico): * Joseph Lister (1865): efetivo agente antisséptico em hospitais * solução a 5% mata células vegetativas, mas não os endósporos 86

87 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos Desinfetantes b) Álcoois * Etílico a 60-85%: mata células vegetativas * Desnaturação de proteínas * Dissolvem os lipídeos da membrana 87

88 3.2. Controle Antimicrobiano por Agentes Químicos c) Halogênios: iodo, cloro, bromo * iodo e compostos relacionados: agente oxidante, combina-se com a tirosina, inativando proteínas * cloro: formação de ácido hipocloroso liberando radicais de oxigênio d) Metais pesados: chumbo, zinco, prata, cobre, mercúrio * combinam-se com proteínas, provocando sua inativação e) Detergentes * desnaturação das membranas 88

89 Agentes Antimicrobianos Utilizados in vivo 89

90 Fármacos antimicrobianos sintéticos Salvarsan uso do arsênico (interrompe a produção de ATP) Sulfonamidas sintéticos com o grupo sulfonamida (ácido sulfônico) Antibióticos - Definição: Agentes antimicrobianos produzidos por microrganismos (bactérias e fungos) exibindo função de inibir ou matar outros microrganismos 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo 90

91 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Antibióticos - Espectro de ação: * Largo espectro (ex: Tetraciclina) * Baixo espectro (ex: Vancomicina) 91

92 Antibióticos -lactâmicos: * Principais representantes: penicilinas e cefalosporinas * 50% dos antibióticos produzidos mundialmente * Produtores: Penicillium chrysogenum: penicilina Cephalosporium spp.: cefalosporina transpeptidação * Inibem a síntese de peptidoglicano (transpeptidação) * Provocam a liberação de autolisinas: digestão da parede já existente * Espectro: ativos contra bactérias Gram positivas Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos Antibióticos Aminoglicosídeos: * Aminoaçúcares unidos por ligações glicosídicas * Principal representante: Estreptomicina (produzida por Streptomyces griseus) * Ação: inibição da síntese de proteínas (ligação com a subunidade 30S) * Espectro: ativos contra G- e G+, usados clinicamente contra Gram negativos 92

93 Principais Agentes Antimicrobianos de Procariotos Antibióticos Macrolídeos: * Grande anel lactona conectado com açúcares * Principal representante: Eritromicina (produzida por Streptomyces erythreus) * Ação: inibição da síntese de proteínas: combina-se com a subunidade 50S ribossomal * Ativos contra bactérias Gram + e Gram - * Usado em substituição à penicilina para pacientes alérgicos 93

94 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados in vivo Fármacos Antifúngicos * Muitos só podem ser utilizados para aplicações tópicas (superfície) * Alguns apresentam toxicidade seletiva: afetam estruturas ou processos metabólicos específicos dos fungos * Principais representantes: Polienos (Streptomyces nodosus; S. nursei) Azóis (fármacos sintéticos) 94

95 Controle de vírus * a condição de parasita intracelular obrigatório - íntima ligação com as funções da célula hospedeira - dificuldade de controle a) Análogos de Nucleosídeos * AZT (Zidovudine): bloqueia a síntese de DNA dos retrovírus (transcriptase reversa) * Aciclovir: inibe o alongamento do ácido nucléico viral * β glucanas: inibe a ligação a superfície b) Neviparina: liga-se à transcriptase reversa, inibindo sua ação c) Rifampicina: inibe a RNA polimerase 3.3. Agentes Antimicrobianos Utilizados In vivo Fármacos Antivirais 95

96 Fonte: Madigan et al., 2010 Teste de Difusão em Discos - Antibiograma Padrões definidos pelo Instituto de Padrões Clínicos e Laboratoriais (CLSI) 96

97 Microrganismos e Biotecnologia 97

98 2.1. Principais organismos Fungos = leveduras e bolores Actinomycetes = Streptomyces 2.2. Características dos microrganismos empregados em processos biotecnológicos: * Crescer in vitro * Crescer em larga escala * Não ser fastidioso * Crescer mesmo em condições subótimas * Ser de fácil manutenção * Não ser patogênico * Ser facilmente manipulável e geneticamente estável 2. Microbiologia Industrial 98

99 2.3. Produtos As próprias células microbianas: alimentos ou agentes imunizantes (leveduras) Moléculas de alto PM: enzimas (glicose isomerase – xaropes) Produtos metabólitos primários (produzidos durante a fase exponencial de crescimento): p. ex. vitaminas Produtos metabólitos secundários (produzidos durante a fase final de crescimento): ex. antibióticos, esteróides, alcalóides, etc. Produção de químicos especiais: aspartame, fenilalanina, etc. Compostos químicos de conveniência: etanol, ácido cítrico, etc. 2. Microbiologia Industrial 99

100 2.4. Processos Produção de fármacos: antibióticos, esteróides, insulina Produção de químicos valiosos: solventes, enzimas Produção de suplementos alimentares: probióticos, etc. Produção de bebidas alcoólicas: cerveja, vinho, destilados, etc. Produção de vacinas (principalmente antivirais) Controle biológico de pragas e doenças: B. thuringiensis, Beauveria, etc. Uso de microrganismos na mineração e na indústria do petróleo Biorremediação/fertilidade dos solos: micorrizas, FBN, etc. 2. Microbiologia Industrial 100

101 3.1. Leveduras como alimento e suplemento alimentar A grande maioria Saccharomyces cerevisae Produzidas em tanques de fermentação (40 a 200 mil litros) Levedura ativa desidratada: fermentos Levedura nutricional (morta e seca) 3. Produtos para a indústria alimentícia 101

102 3.2. Microrganismos na produção de vinhos Leveduras selvagens e leveduras cultivadas (S. ellipsoideus) Fermentação malolática (ácido málico) com produção de ácido lático e diacetil (sabor amanteigado): Lactobacillus Pediococcus Oenococcus 3.3. Microrganismos na produção de cervejas A partir de grãos maltados: grãos de cevada germinados (enzimas que que digerem o amido convertendo-o em açúcar) Fermentação: alta fermentação: leveduras em todo o mosto (ales) – S. cerevisae baixa fermentação: no fundo do tanque (cervejas claras) – S. carlsbergensis 3. Produtos para a indústria alimentícia 102

103 3.4. Microrganismos na produção de bebidas alcoólicas destiladas Qualquer produto fermentado pode ser destilado, gerando produtos distintos: Uísque: destilado de bebidas maltadas Conhaque: destilado de vinho Rum: destilado de melaço Vodca: destilado de grãos ou batata Gim: destilado de grãos de junípero 3. Produtos para a indústria alimentícia 103

104 3. Produtos para a indústria alimentícia 3.5. Microrganismos na produção de vinagre Álcool etílico ácido acético Acetobacter e Gluconobacter Tonel aberto: vinho exposto ao ar (camada limosa de bactérias na superfície do substrato), pouco eficiente Gotejamento: gotejamento do líquido alcoólico em substratos como madeira Borbulhamento: fermentação submersa com aeração 3.6. Cogumelos comestíveis Definição da espécie a ser cultivada Mais cultivados: Agaricus bisporus (champignon de Paris) Lentinus edulus (shiitake) 104

105 4.1. Microrganismos na produção de etanol 50 bilhões de litros produzidos anualmente Milho, cana-de-açúcar, trigo, beterraba, cavacos de madeira, etc. Saccharomyces, Kluyveromyces, Candida, etc. Solvente industrial e suplemento de gasolina Reduz a emissão de monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio Composto energeticamente caro: necessita-se de 25% a mais de E para produzir um litro de etanol do que a energia contida no próprio etanol 4. Produtos para a indústria Celulose a glicose = fermentada a etanol 105

106 5.1. Fermentações em larga escala Divididos em: Aeróbios: mais complexos, com equipamentos que garantam a homogeneização e aeração adequadas Anaeróbios: mais simples, somente com necessidade de equipamento para dissipação do calor produzido Fermentadores aeróbios: Necessidade de difusão do oxigênio no líquido Necessidade de controle de pH, concentração de O 2, temperatura, massa celular, níveis de nutrientes e concentração do produto Automatização do processo 5. Fermentadores industriais 106

107 Isolamento e seleção de microrganismos produtores de antibióticos 107

108 108

109 7.2. Enzimas Catalisadores: aceleram atividades bioquímicas Utilizadas como suplementos nutricionais Produzidas por fungos e bactérias Exemplos: amilases, pectinases, proteases, etc Vitaminas e aminoácidos Como suplementos nutricionais: fenilalanina, glutamato sódico, aspartame B 12 : Sintetizada exclusivamente por microrganismos Essencial a todos os animais Essencial no sangue (hemácias) Não é produzida por plantas (vegetarianos) Propionibacterium e Pseudomonas Riboflavina: bactérias e fungos (Ashbya gossypii) 7. Produtos ligados a saúde 109

110 7.4. Esteróides e outras biotransformações Hormônios animais Utilizados como fármacos Corticosteróides: reduzem inflamações, artrites, etc. Estrógenos e androgênicos: usados na fertilidade humana e ganho de massa muscular 7. Produtos ligados a saúde 110

111 7.4. Vacinas Vacinas de DNA: porções especificas do genoma do patógeno ou genes que codificam proteínas imunogênicas Estes são clonadas em vetor plasmidial ou viral Injeção destes no animal A tradução leva à produção de proteínas de imunoresistência Resposta imune pela proteína codificada Exemplos: Vacina de HIV Vacina de hepatite B Vacina contra cânceres 8. Transformação genética 111

112 8.1. Insulina humana - 1º biofármaco produzido pela engenharia genética Microrganismo produtor: Escherichia coli com o gene humano para produção de insulina 8.2. Vacina contra hepatite B (HBV) Vírus não cultivável em laboratório Microrganismo: Saccharomyces cerevisiae com o gene para a proteína 8.3. Hormônio do crescimento humano - somatotropina E. coli recombinante com o gene 8. Transformação genética 112

113 9. Biocontrole Bacillus thuringiensis 113

114 Thiobacillus thioxidans e Thiobacillus ferroxidans ácidosoxidação do minérioprecipitação 10. Biomineração 114

115 Identificação de bactérias 1.Morfologia 2.Hidrolise do amido (iodo) 3.Motilidade 4.Catalase – H 2 O 2 (bolhas) 5.VM: glicose a ácidos (VM pH baixo) vermelho tijolo 6.VP: fermentação enolglicólica glicose fermentada a acetoína, butilenolglicol e ácidos. KOH e α naftol formam diacetil (anel vermelho) 7.Citrato: citrato de sódio quebrado pela citrase aumentando o pH 8.Malonato: impede a catalise do ácido succínico e o ciclo de Krebs. Sem ciclo de Krebs não há produção de ácidos e o pH sobe 9.Fenilalanina: amina da fenilalanina removida produzindo ácido fenolpirúvico + cloreto férrico (verde) 10.Lisina: descarboxilação dos aminoácidos e o pH sobe (púrpuro) 11.Indol: triptofanase produzindo ácido pirúvico e NH 3 + baixando o pH 12.H 2 S: se há produção de H 2 S esse reage com o Fe do meio e com acidez forma FeSO 4 2- (preto) 13.Uréia: urease degrada uréia liberando NH 3 +, CO 2 e H 2 O. NH 3 + reage e forma CONH 3 + e aumenta o pH (magenta com indicador V fenol) 115

116 Identificação de bactérias 14.Redução de NO 3 - : nitrato a nitrito (vermelho quando presente) 15.Glicose 16. Lactose 17.Sacarose 18.Maltose 116


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