Microbiologia do ar, do solo e da água

Microbiologia do ar, do solo e da água
Universidade do Estado do Rio de Janeiro Faculdade de Tecnologia Campus Regional de Resende Departamento de Química e Ambiental Microbiologia Industrial Microbiologia do ar, do solo e da água Profa: Denise Godoy

Composição da atmosfera:
79% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,032% de dióxido de carbono e outros gases (neônio, argônio e hélio). partículas de pó e água (sob forma de vapor líquido ou cristais de gelo)

Micro-organismos do ar
flora microbiana do ar: transitória e variável; o número e os tipos de agentes contaminantes do ar são determinados pelas várias fontes de contaminação existentes no ambiente; podem ser encontrados em suspensão, em material particulado e gotas de água; transporte: através de ventos, massas de ar e turbulências da atmosfera.

Bioaerossóis Partículas biológicas finas de diâmetro de 0,05 a 100mm.
Microbiota dispersa no ar: Fungos, bactérias, vírus, pólens, algas, etc.

Principais doenças de transmissão aérea

Micro-organismos Externos do Ar (Atmosfera)
superfície da Terra representa a principal fonte dos micro-organismos; gotículas d’água produzidas pela ruptura de bolhas de ar na microcamada (contém maior número de micro-organismos do que as camadas mais profundas)

Micro-organismos Externo do Ar (Atmosfera)
Instalações industriais, agrícolas e municipais que produzem aerossóis microbianos: Irrigação de lavouras com efluentes de esgoto, mediante o borrifadores; uso de Filtros gotejadores de estação de tratamento de esgotos; Matadouros e instalações de distribuição; Incineradores mal operados e estações de tratamento de composto esgoto orgânico e lodo de esgoto.

algas, protozoários, leveduras, bolores e bactérias; fungos predominantes: Cladosporium, Alternaria, Penicillium, Aspergillus, Pullularia e Agaricus; Esporos de bolores constituem a maior parte da microflora aérea; Bactérias: bacilos Gram-positivos esporulados (Bacillus) e não-esporulados (Kurthia), bacilos Gram negativos Alcaligenes) Gram positivos negativos (e cocos Gram-(Micrococus e Sarcina); Leveduras e actinomicetos têm sido detectados em alguns locais, mas em baixa porcentagem.

intensidade da contaminação microbiana é influenciada por: mecanismos de dispersão Terra a partir da superfície da Terra, a hora do dia, a estação do ano, situações de ordem climática,

A habilidade do micro-organismo causar doenças depende da sobrevivência e infectividade ao hospedeiro suscetível. Mas dependem ainda de parâmetros ambientais: umidade relativa, temperatura temperatura, intensidade da radiação, comprimento de onda, tensão de oxigênio, níveis de poluente.

Micro-organismos do Ar Interno
Fatores determinantes do grau de contaminação do ar: taxas de ventilação, número de pessoas que ocupam o ambiente, natureza e grau de atividade exercida por esses indivíduos.

micro-organismos: expelidos em gotículas do nariz e da boca durante o espirro, tosse, ou até mesmo pelo ato de falar. Dimensões das gotículas: faixa micrométrica: podem permanecer em suspensão durante um tempo, faixa milimétrica: depositam rapidamente, como poeiras, em diversas superfícies

Essa poeira pode ser veiculada pelo ar, nos períodos de atividade no interior do recinto ou através de correntes de ar. A sobrevivência dos micro-organismos por tempo relativamente longo na poeira cria importantes riscos, particularmente em áreas hospitalares. São freqüentemente encontrados: bacilos da tuberculose, bacilos da difteria e estreptococos , hemolíticos;

muitas técnicas laboratoriais produzem aerossóis (finos borrifos que produzem gotículas capazes de permanecer em suspensão durante um certo tempo) contendo micro-organismos.

Síndrome do Edifício Doente (SED)
A Organização Mundial de Saúde (OMS) classificou como SED, uma série de sintomas gerais, que epidemiologicamente afetam ocupantes de um ambiente fechado sem origens determinadas e que, quando os queixosos são afastados do ambiente, apresentam melhoras espontâneas dos sintomas. Microbiologia Aplicada - Prof. Dra Denise Godoy

Síndrome do Edifício Doente (SED)
São chamados de “doentes” aqueles nos quais uma porção significativa dos usuários, em torno de 20%, apresentam uma série de sintomas, tais como: dor de cabeça, náusea, cansaço, irritação dos olhos, nariz e garganta, falta de concentração, problemas de pele, entre outros. Uma característica dessa síndrome é que ocorrido o afastamento da pessoa afetada, cessam os sintomas em pouco tempo. Em geral, melhoram ao final do expediente de trabalho e cessam completamente nas férias. Microbiologia Aplicada - Prof. Dra Denise Godoy

Doença de Ambiente Interno (DAI)
As doenças relacionadas ao edifício pelo termo DAI, relaciona-se a uma infecção verdadeira e não temporária, dos usuários. Microbiologia Aplicada - Prof. Dra Denise Godoy

Microbiologia Aplicada - Prof. Dra Denise Godoy
SED e DAI Um edifício que possui a “SED” não provoca doenças, ele colabora no sentido de agravar males de pessoas predispostas ou, como já mencionado, de provocar um estado transitório em algumas pessoas. Já edifícios que possuam a “DAI”, podem provocar doenças, tais como: asma, infecções bacterianas, virais ou por fungos. Estas doenças estão diretamente relacionadas às condições do edifício. Microbiologia Aplicada - Prof. Dra Denise Godoy

Legislação atual: Resolução RE no 09 da ANVISA Valor máximo recomendado, para fungos: 750 UFC/m3 Relação I/E=1,5 (I = UFC/m3 ar interno e E = UFC/m3 ar externo)

Técnicas de análise microbiológica do ar
Uma variedade de técnicas tem sido desenvolvida com objetivo de se determinar o conteúdo microbiano em: hospitais, escolas, locais públicos e no ar livre (ETE e estações de compostagem)

Técnica da sedimentação em placa: técnica muito utilizada, porém não se pode avaliar o volume de ar que foi efetivamente analisado; somente os micro-organismos presentes no ar que possuem certas dimensões poderão ser retidos com o uso de várias placas; obtém-se uma estimativa aproximada da contaminação aérea e dos tipos de micro-organismos presentes numa determinada área.

Técnica da sedimentação em placa:

Técnica da membrana filtrante: os aparelhos são semelhantes aos usados para analise bacteriológica de água e apresentam a vantagem de reter todo tipo de partículas; essa técnica permite medir o volume de ar amostrado e não é indicada para amostras de ar muito contaminadas.

Técnica da membrana filtrante:

Aparelhos de impacto sólido

Placas após incubação

Controle dos micro-organismos do ar
Medidas de controle de micro-organismos no ar dependem muito da finalidade a que se destinam: ambientes fechados: simples circulação do ar ambiente hospitalar: circulação do ar, desinfecção e limpeza microbiologia industrial, processos aeróbicos: se necessita de uma completa remoção dos germes, deve-se lançar mão de mecanismos de esterilização ou de desinfecção.

Métodos utilizados na desinfecção de ambientes: Vaporização do ar ( nebulização) Desinfecção por radiações Filtração Aquecimento

Vaporização do ar ( nebulização): com substâncias germicidas é eficiente na desinfecção do ar atmosférico; composto químico é dispersado em aerossol e manifesta sua ação antimicrobiana através do contato com as partículas contaminadas; exige grandes cuidados.

Desinfecção por radiações: ondas sônicas, raios catódicos de alta energia, raios gama e ultravioleta; deve-se levar me conta a eficiência de destruição dos germes, custo envolvido na obtenção da radiação e a periculosidade; utilizadas para desinfetar o ar condicionado em dutos antes de chegar ao local desejado.

Filtração: camada porosa, que permitem a filtração de grandes quantidades de ar; sistema de fluxo laminar (HEPA); eficaz na remoção de partículas tão pequenas como 0,3 µm; várias aplicações industriais.

Aquecimento: método de esterilização que deve levar em conta o tempo e a temperatura de exposição; aquecimento direto, aquecimento por meio de resistências elétricas e aquecimento por meio de compressão.

Cálculo da concentração de micro-organismos no ar
EXERCÍCIO: Em um dado ambiente, coletou-se uma amostra durante 10minutos, e o amostrador estava regulado para 28L/min. Depois de 7 dias de incubação, foram contadas 153 UFC (unidades formadoras de colônia) de fungos nesta placa. A qualidade do ar deste ambiente atende à legislação atual?

Ambiente Aquático Águas naturais:
*água atmosférica – nuvens e precipitações *água superficial – lagos, rios oceanos *água de lençol freático e poros do solo • habitat para muitos micro-organismos

Meio Aquático Nutrientes diluídos;
Baixa diversidade de micro-organismos; Presença de matéria orgânica: aumento da atividade microbiana exemplos de aumento das populações microbianas devido ao aumento da carga orgânica

Meio Aquático Uma gota d’água parece simples mas é, na realidade, bastante complexa: diferentes substâncias químicas diferentes tipos de micro-organismos

Condições Ambientais Os tipos de micro-organismos presentes em ambientes aquáticos são determinados pelas condições físicas e químicas que prevalecem naquele ambiente: Temperatura – de 0 a 40°C 90% do ambiente marinho está a 5 °C – psicrófilos Alguns locais: próximo a 100°C

Condições Ambientais

Condições Ambientais Turvação – devido a partículas provenientes da erosão da crosta terrestre, detritos de matéria orgânica particulada, micro-organismos suspensos Pressão hidrostática – 1 atm a cada 10 m BAROTOLERANTES: até m BAROFÍLICOS: m BAROFÍLICOS EXTREMOS: acima de 6.000m

Condições Ambientais

Condições Ambientais Estimativas do número total nos oceanos:
1,3 x 1028 Archaea 3,1 x 1028 Bacteria Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al., 20

Condições Ambientais Luz – fotossintéticos (algas e cianobactérias) – zona fótica de 50 a 125 m - a vida na água depende, direta ou indiretamente, dos produtos da fotossíntese Lago: - fototróficos predominantes: micro-organismos zonas óxicas: cianobactérias e algas zonas anóxicas: bactérias fototróficas anaeróbias PRODUTORES PRIMÁRIOS taxas de produção primária atividade microbiana

Condições Ambientais pH – de 6,5 a 8,5 (mar de 7,5 a 8,5); lagos salgados pH 11,5 Salinidade - varia de quase zero a 32% de NaCl Nutrientes – nitratos e/ou fosfatos; excesso podem causar super crescimento de algas

Microbiologia da Água Micro-organismos podem:
mudar a composição química da água fornecer nutrientes para outros organismos aquáticos CICLOS DA MATÉRIA representar um grande risco para a saúde humana e animal PATÓGENOS

Microbiologia da Água Ambiente de água doce Lagos e Pântanos:
Zona litorânea – ao longo da costa, onde a luz penetra até o fundo. Vegetação enraizada. Zona limnética – região superior, em áreas abertas, longe da costa. Zona profunda – regiões profundas de águas abertas. Zona bêntica – lama ou lodo mole do fundo. Zonas limnética e litorânea - Maior variedade de micro-organismos; Zonas profunda e bêntica - micro-organismos heterotróficos.

Microbiologia da Água Ambiente de água doce Rios e córregos
Muitos dos nutrientes vêm do sistema terrestre. A população de micro-organismos refletes as práticas terrestres. Impossível descrever uma população microbiana específica.

Microbiologia da Água Ambiente de água doce Estuários
Sofrem variações constantes porque recebem águas e materiais de diversas fontes. Estão sujeitos às marés bem como a mudanças sazonais. É direta ou indiretamente afetada pela atividade humana. População microbiana sujeita a grandes variações.

Microbiologia da Água Oceanos
micro-organismos habitam todas as profundidades e todas as latitudes. Plâncton – numerosas espécies de cianobactérias e algas (fitoplâncton). Responsável pela conversão de energia radiante em química. População bêntica – bactérias e protozoários. Sedimentos microbianos – algas e protozoários que possuem cálcio ou sílica nas paredes celulares (mortos).

Microbiologia da Água Papel dos micro-organismos aquáticos - Cadeia alimentar e rede alimentar Produtores primários Fitoplâncton e bactérias quimiossintéticas Consumidores primários Zooplâncton alimenta-se de fitoplâncton Decompositores (degradação e mineralização) Plantas mortas e tecido animal degradados por micro-organismos a compostos inorgânicos, que servem como nutrientes para produtos primários Zooplâncton Serve como suprimento de alimentos nos estágios iniciais da cadeia

Microbiologia da Água Água Potável
Potável – livre de micro-organismos patogênicos e substâncias químicas prejudiciais à saúde. Normalmente proveniente das águas superficiais. Poluição Purificação da água

Potabilidade da Água Micro-organismos indicadores da qualidade da água
micro-organismo indicador – tipo de micro-organismo cuja presença na água é evidência de que ela está poluída com material fecal de origem humana ou de outros animais de sangue quente. Indica que qualquer micro-organismo patogênico que ocorre no trato intestinal pode estar presente. micro-organismos: Escherichia coli; Streptococcus faecalis, Clostridium perfringens. Bacilos Gram negativos não esporulados, facultativos, que fermentam lactose com produção de ácido e gás em 48 h a 35°C.

Potabilidade da Água Características do micro-organismo indicador :
* está presente em águas poluídas e ausentes em águas não poluídas; * está presente quando os patogênicos estiverem; * número de micro-organismos indicadores está relacionado com o índice de poluição; * sobrevive melhor e por mais tempo que os patogênicos; * apresenta propriedades uniformes e estáveis; * inofensivo ao homem e outros animais; * facilmente evidenciado por técnicas laboratoriais padronizadas.

Potabilidade da Água Portaria 518 (25 de março de 2004) do Ministério da Saúde - Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências.

Potabilidade da Água Portaria 518 (25 de março de 2004)
Art. 4º Para os fins a que se destina esta Norma, são adotadas as seguintes definições: água potável – água para consumo humano cujos parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos atendam ao padrão de potabilidade e que não ofereça riscos à saúde; IV. controle da qualidade da água para consumo humano – conjunto de atividades exercidas de forma contínua pelo(s) responsável(is) pela operação de sistema ou solução alternativa de abastecimento de água, destinadas a verificar se a água fornecida à população é potável, assegurando a manutenção desta condição;

VI. coliformes totais (bactérias do grupo coliforme) - bacilos gram-negativos, aeróbios ou anaeróbios facultativos, não formadores de esporos, oxidase-negativos, capazes de desenvolver na presença de sais biliares ou agentes tensoativos que fermentam a lactose com produção de ácido, gás e aldeído a 35,0 ± 0,5 C em horas, e que podem apresentar atividade da enzima ß -galactosidase. A maioria das bactérias do grupo coliforme pertence aos gêneros Escherichia, Citrobacter, Klebsiella e Enterobacter, embora vários outros gêneros e espécies pertençam ao grupo; VII. coliformes termotolerantes - subgrupo das bactérias do grupo coliforme que fermentam a lactose a 44,5 ± 0,2C em 24 horas; tendo como principal representante a Escherichia coli, de origem exclusivamente fecal;

VIII. Escherichia Coli - bactéria do grupo coliforme que fermenta a lactose e manitol, com produção de ácido e gás a 44,5 ± 0,2oC em 24 horas, produz indol a partir do triptofano, oxidase negativa, não hidroliza a uréia e apresenta atividade das enzimas ß galactosidase e ß glucoronidase, sendo considerada o mais específico indicador de contaminação fecal recente e de eventual presença de organismos patogênicos; IX. contagem de bactérias heterotróficas - determinação da densidade de bactérias que são capazes de produzir unidades formadoras de colônias (UFC), na presença de compostos orgânicos contidos em meio de cultura apropriada, sob condições pré-estabelecidas de incubação: 35,0, ± 0,5oC por 48 horas;

Art.11. A água potável deve estar em conformidade com o padrão microbiológico conforme Tabela 1, a seguir:

Tabela 1: Continuação

Potabilidade da Água Análise Bacteriológica da água para potabilidade:
Contagem em placa Técnica da membrana filtrante Coliformes

Teste da Membrana Filtrante

Águas Residuais Esgotos sanitários – eliminam despejos domésticos e industriais. Esgotos pluviais – carregam as águas de superfície e das chuvas Esgotos combinados

Águas Residuais Características das águas residuais:
características físicas e químicas – 99,9% de água; sólidos até 100 ppm – grandes volumes. Compostos orgânicos e inorgânicos provenientes da indústria. características microbiológicas – fungos, protozoários, algas, bactérias e vírus.

Águas Residuais DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) - Quantidade de oxigênio requerida para oxidar quimicamente compostos orgânicos de forma completa a CO2 e H2O. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO (DBO) - Quantidade de oxigênio usada pelos micro-organismos para metabolizar biologicamente compostos orgânicos biodegradáveis.

Águas Residuais CARBONO ORGÂNICO TOTAL (COT) - A matéria orgânica é totalmente oxidada e o gás carbônico produzido é determinado por sensores infra-vermelho.

Águas Residuais

Águas Residuais Norma Técnica CPRH Nº COLIFORMES FECAIS – PADRÃO DE LANÇAMENTO PARA EFLUENTES DOMÉSTICOS E/OU INDUSTRIAIS Número Mais Provável (NMP) É a estimativa da densidade média de bactérias do grupo coliforme em uma amostra, calculada a partir da combinação de resultados positivos e negativos, obtidos mediante a técnica de tubos múltiplos. Expressão de resultados O Número Mais Provável (NMP) de coliformes é expresso como a densidade média de bactérias contidas em 100 mililitros de amostra, ou NMP de coliformes fecais/100 ml (NMP CF/100 ml).

LODO ATIVADO

FLOCO DO LODO ATIVADO

Microbiologia do solo O solo contém um grande número de seres microscópicos, dentre eles bactérias, fungos, algas, protozoários e vírus. Ou seja, o solo contém ABUNDÂNCIA e DIVERSIDADE. Solo: Ambiente de seres vivos muito complexo.

Composição do solo Um solo é sempre constituído por matéria mineral(areia, calcário, limo, argila), matéria orgânica (húmus, restos de plantas e animais), ar e água. A fração sólida do solo ocupa cerca de metade do seu volume total e é constituída por matéria mineral e matéria orgânica. Rizosfera Região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato.

Fertilidade do solo Está diretamente relacionada com a presença de nutrientes no solo: Dejetos, plantas e animais mortos penetram no mesmo. Os micro-organismos, com o tempo, transformam essas substâncias em substâncias inorgânicas simples e enriquecem o solo.

Fertilidade do solo Os micro-organismos funcionam como elo de ligação entre animais e plantas, e desempenham um papel importante na manutenção da vida na terra. Húmus = matéria orgânica insolúvel formada durante a decomposição microbiana de resíduos de plantas e animais.

Microbiologia do solo A quantidade de micro-organismos presentes no solo depende: Quantidade e tipo de nutrientes Umidade disponível Grau de aeração Temperatura pH Práticas ou eventos que podem introduzir micro-organismos no solo (adubo, enchentes, dejetos de esgoto) ou remover micro-organismos (tempestades de poeira)

Microbiologia do solo Tipos de micro-organismos que habitam o solo:
Bactérias - maior parte da população microbiana do solo, tanto em variedade como em quantidade. Bacillus/ Chlostridium/Arthrobacter bilhões/gr Pseudomonas/Rhizobium/Nitrobacter de solo Cianobactérias/Bactérias fotossintéticas

Microbiologia do solo Streptomyces
Os actinomicetos do gênero Micromonospora solos secos e quentes Ordem de grandeza: milhões/gr de solo. há outros m.os. concorrentes; Obs: 1) Os antibióticos não são detectados no solo não há nutrientes suficientes para a síntese. 2)Quando umidificados cheiro de “terra molhada” Fungos Os mais encontrados no solo são: Penicillium, Mucor, Fusarium, Clodosporium, Aspergillus e Tricoderma. centenas de milhares

Microbiologia do solo Leveduras solos de vinhedo, pomares, solos com abundância em folhas, troncos, frutas que caem no solo. Algas Algas chlorophyta chrysophyta Fotoautrotóficas superfície do solo Algas + fungos auxiliam na transformação do material rochoso em solo Terras improdutivas e com erosão

Microbiologia do solo Interações dos micro-organismos e o solo:
Simbiose – condição em que os indivíduos de uma espécie vivem em associação íntima com indivíduos de outra espécie. Mutualismo - Simbiose na qual cada organismo recebe benefícios da associação. * Líquens - compostos de m.os, algas ou cianobactéria com um fungo, normalmente presentes em rochedos e em casca de árvores. Possuem várias cores: branco, preto, vermelho, laranja, amarelo e verde.

* Micorrizas tratam-se de fungos mais raízes, onde o micélio ao redor das raízes alimentam a planta.

Microbiologia do solo Comensalismo – associação em que um dos organismos recebe benefícios e o outro não é afetado Ex: muitos fungos degradam a celulose em glicose e as bactérias podem utilizar essa glicose. Antagonismo – inibição de uma espécie de micro-organismo por outra. Ex: alguns fungos produzem cianeto em concentrações que são tóxicas para outros micro-organismos; antibióticos

Microbiologia do solo Parasitismo – um micro-organismo vive sobre ou dentro de um outro organismo. O parasita vive em associação metabólica com o hospedeiro. Predação – um organismo (predador) alimenta-se e digere outro organismo (presa). Ex: alguns protozoários alimentam-se de bactérias Competição – na falta de nutrientes, a espécie que se desenvolve mais rápido privam de alimentos aqueles que crescem mais lentamente

Microbiologia do solo Ecossistema:
O solo tem vida, pois os m.os. que nele habitam realizam suas funções metabólicas. Dessa forma: Ecossistema Relação dos m.os. com o meio ambiente Luz solar energia E Organismos fotossintéticos e minerais herbívoros carnívoros excretas micro-organismos Degradam compostos orgânicos a fim de dar continuidade ao ciclo vital

Microbiologia do solo Importância:
Os micro-organismos apresentam uma imensa diversidade genética e desempenham funções únicas e cruciais na manutenção de ecossistemas, como componentes fundamentais de cadeias alimentares e ciclos biogeoquímicos. Apesar de sua grande importância na manutenção da biosfera, estima-se que menos de 5% dos micro-organismos existentes no planeta tenham sido caracterizados e descritos. É importante ressaltar que grande parte dos avanços da biotecnologia moderna e agricultura são derivados das descobertas recentes nas áreas de genética, fisiologia e metabolismo de micro-organismos.

A diversidade genética e metabólica dos micro-organismos tem sido explorada há muitos anos visando a obtenção de produtos biotecnológicos, tais como: * produção de antibióticos (estreptomicina, penicilina, etc.) * produção de alimentos (cogumelos, etc.) * processamento de alimentos (queijo, yogurte, vinagre, etc.) * bebidas alcóolicas (vinho, cerveja, etc.) * ácidos orgânicos (cítrico e fumárico) * álcoois (etanol) * alimentos fermentados (molho de soja) * tratamento e/ou remediação de resíduos (esgotos domésticos, lixo) *na agricultura: na fertilização de solos (fixação biológica de nitrogênio) e controle biológico de pragas e doenças (controle da lagarta da soja, da cigarrinha da cana de açúcar, de fitopatógenos como Rhizoctonia e outros).

Ciclos Biogeoquímicos:
Permuta cíclica de elementos químicos que ocorre entre os seres vivos e o ambiente. Tais ciclos envolvem etapas biológicas, físicas e químicas, alternadamente, daí a denominação usada. Os principais ciclos bioquímicos que ocorrem na natureza são: ciclo do carbono, ciclo do oxigênio, ciclo do nitrogênio e ciclo do enxofre.

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