Introdução à Microbiologia Microbiologia Geral MIP 7013 Prof. Admir J. Giachini

1. Definição e origem Definição: mikros + bios + logos O que são considerados microrganismos? Organismos unicelulares microscópicos Fungos Bactérias Protozoários Vírus (acelulares)

1. Definição e origem Primeiros microrganismos 3,5 - 3,8 bilhões de anos

1,500 Fungos Cianobactérias Archaea e Bacteria

Evidências geológicas/fósseis (Enciclopédia Britânica, 1986) Milhões de anos atrás Evidências geológicas/fósseis (Enciclopédia Britânica, 1986) cerca 4.600 Formação do planeta Terra 3.500-3.400 Vida microbiana presente, evidenciada pelos estromatólitos (estruturas sedimentares formadas por comunidades microbianas) em alguns depósitos da Austrália Ocidental 2.800 Cianobactérias capazes de realizar fotossíntese (baseado na datação com carbono em matéria orgânica desse período). Elas teriam sido precedidas por bactérias fotossintetizantes anoxigênicas) 2.000-1.800 Oxigênio começa a se acumular na atmosfera 1.400 Agrupamentos microbianos de organismos unicelulares relativamente grandes (25-200 µm) encontrados em sedimentos marinhos, indicando a presença de organismos eucarióticos (nucleados). Esses fósseis são considerados como cistos de algas planctônicas. [Considera-se que o surgimento dos eucariotos ocorreu cerca de 2 bilhões de anos atrás]. 800-700 Depósitos de rochas contendo cerca de 20 taxóns de eucariotos, incluindo protozoários e algas verdes filamentosas 640 Oxigênio alcança 3% do nível atual na atmosfera 650-570 Os mais antigos fósseis de animais multicelulares, incluindo artrópodes primitivos 570 em diante A primeira evidência de uma plenitude de organismos vivos nas rochas 400 em diante Desenvolvimento da flora terrestre 100 Aparecimento do mamíferos, plantas com flores, insetos sociais

2. A "Pré-história" da Microbiologia Microbiologia 300 anos de historia As primeiras idéias sobre doenças e fermentações Povos antigos já tinham idéias sobre doenças e putrefação

3. A descoberta dos microrganismos Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) - Delft, Holanda

O microscópio de Leeuwenhoek

Leeuwenhoek 1673-1723: observações relatadas à Sociedade Real de Londres

3.1. A geração espontânea de volta Spallanzani (1729-1799): frascos com caldo estéril, se permanecerem fechados não apresentam microrganismos

Pasteur (1822-1895)

3.1. A geração espontânea de volta Pasteur (1822-1895)

3.1. A geração espontânea de volta Pasteur (1822-1895)

3.1. A geração espontânea de volta Pasteur (1822-1895)

3.1. A geração espontânea de volta John Tyndall e as bactérias produtoras de endósporos: TINDALIZAÇÃO

3.2. Teoria microbiana das fermentações Povos antigos usavam a fermentação para a produção de: vinhos: Grécia kiu (cerveja de arroz): China (2300 a.C.) sakê (vinho de arroz fermentado): Japão (500 a.C.) shoyu (molho de soja) leite fermentado koumiss: leite de camelo fermentado

3.2. Teoria microbiana das fermentações 1850: Pasteur resolve problemas da indústria francesa de vinhos e estabelece a primeira teoria microbiana da fermentação PASTEURIZAÇÃO

3.3. Teoria microbiana das doenças Fracastoro (1546): seres pequenos causadores de doenças Plenciz (séc. 17): diferentes doenças eram causadas por diferentes microrganismos (parasitismo) Pasteur (séc. 19): indústria da seda: doença causada por um protozoário sugere a seleção de insetos

3.3. Teoria microbiana das doenças Robert Koch (1843-1910): rival de Pasteur na descoberta do agente do carbúnculo (antraz): descobriu a bactéria Bacillus anthracis em 1876 Primeiro pesquisador a provar que um germe era causador da doença, fazendo o mesmo mais tarde com a tuberculose

3.4. Desenvolvimento de técnicas necessidade de separar diferentes espécies de microrganismos para estudos TÉCNICAS DE ISOLAMENTO

3.4. Desenvolvimento de técnicas Alemães: conceito de meio de cultura: colônias em batatas isolamento meios: caldos, leite, frutas, etc. Robert Koch: ágar-ágar e a cultura pura Julius Petri: placa para cultura Paul Erlich: coloração das células Joseph Lister: fenol como primeiro desinfetante, técnicas assépticas

A placa de Petri

POSTULADOS DE KOCH

3.5. A idade de ouro (1875-1915) Ecologia Microbiana: Sergei Winogradski e Martinus Beijerinck bactérias autotróficas fixação do N2 bactérias bactérias fotossintetizantes

Indústria: drogas, antibióticos, alimentos Fleming, Waksman 3.5. A idade de ouro (1875-1915) Imunologia: primeiras vacinas Indústria: drogas, antibióticos, alimentos Fleming, Waksman Virologia: Iwanovski/Stanley

4. A classificação dos microrganismos Carl Linaeus (1707-1778): Animal x Vegetal Sistema binomial 1767: descoberta dos microrganismos, sugere: Protozoários: Reino Animal Outros microrganismos: Reino Vegetal

4. A classificação dos microrganismos Haeckel e o 3º reino (1866): Animal Vegetal Protista (unicelulares)

4. A classificação dos microrganismos advento do microscópio eletrônico (1940): detalhes da ultra-estrutura das células Procariotos x Eucariotos (1960)

4. A classificação dos microrganismos Whittaker propõe os 5 Reinos (1969) tipo de célula: procariótica x eucariótica organização celular: unicelular x pluricelular nutrição: aborção x fotossíntese x ingestão endossimbiose hereditária (Margulis)

Eucariotos Pluricelulares Unicelulares Procariotos Fotossíntese Absorção Ingestão O sistema de classificação em cinco reinos de Whittaker (1969)

4. A classificação dos microrganismos 1965: Emile Zuckerkandl e Linus Pauling: sugerem a observação de diferenças/semelhanças em blocos de genes ou de proteínas 1960-1970: Sequenciamento de proteínas Cianobactérias como um grupo separado

4. A classificação dos microrganismos 1970-1980: Carl Woese estuda o gene da subunidade 16S ou 18S do rRNA: ESTUDOS DE EVOLUÇÃO

4. A classificação dos microrganismos 1977-1980: nova árvore da vida confirmação de idéias já aceitas: procariotos x eucariotos surpresa!!!: 3 domínios

Estruturas celulares Eucarya Archaea Bacteria Tipo de Célula Metionina Formilmetionina Iniciador tRNA 3, com 12-14 subunidades cada Muitas, com 8-12 subunidades cada 1, com 4 subunidades RNA Polimerase Ligações Ester Ligações Éter Ligações Ester entre cabeças polares e caudas de ácidos graxos Lipídios da Membrana Plasmática Se presente, sem peptidoglicano Sem peptidoglicano Peptidoglicano presente Parede Celular Eucarionte Procarionte Tipo de Célula Eucarya Archaea Bacteria

Domínio Archaea hipertermófilos Filo Euryarchaeota Filo Crenarchaeota

Domínio Bactéria

Domínio Eukarya

Impacto dos microrganismos nas atividades dos seres humanos

A extensão da vida microbiana Procariotos totais: 5 x 1030 células 5,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 células Considerando-se que 1 bactéria pesa 10-12 g, isso representaria: 5 x 1018 g, ou 5 x 1015 kg, ou 5 x 1012 ton = 5,000,000,000,000,000 kg A quantidade de carbono nessa biomassa  carbono presente em todas as plantas da Terra Nitrogênio e fósforo dos procariotos é 10 x maior que o de toda biomassa vegetal Procariotos são a principal fração da biomassa na Terra Reservatórios-chave dos nutrientes essenciais à vida A maior parte encontra-se nos oceanos

A microbiologia como uma carreira Medicina clínica Farmacêuticos Químicos Biotecnologia: produtos e processos Alimentos Saúde pública Laboratórios de pesquisa Universidades