Microbiologia (Ambiental)

July 17, 2017 | Autor: Almeida Gomundanhe | Categoría: Environmental Engineering, Environmental Science, Environmental microbiology
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Descripción

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Almeida Meque Gomundanhe1

Microbiologia

Lichinga 2015 1

Mestrado em Educação/Ensino de Química. Docente no Departamento de Ciências Naturais e Matemática, no

curso de Química, na Universidade Pedagógica-Niassa. [email protected]

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ÍNDICE Introdução ................................................................................................................................. 4 1. Objecto de estudo da Microbiologia ....................................................................................... 5 1.1. Áreas da Microbiologia ....................................................................................................... 5 1.2. Origem dos Microrganismos ............................................................................................... 5 2. Como caracterizar os microrganismos? .................................................................................. 6 2.1. Características morfológicas................................................................................................ 6 2.2. Características nutricionais e culturais dos microrganismos ............................................... 6 2.3. Características metabólicas.................................................................................................. 7 2.4. Características antigénicas ................................................................................................... 7 2.5. Características patogénicas .................................................................................................. 7 2.6. Características genéticas ...................................................................................................... 7 3. Actividade antimicrobiana. Factores .................................................................................. 7 3.1. Tamanho da população microbiana ..................................................................................... 8 3.2. Intensidade ou concentração do agente microbicida ........................................................... 8 3.3. Tempo de exposição ao agente microbicida ........................................................................ 8 3.4. Temperatura em que os microrganismos são expostos ....................................................... 8 3.5. Natureza do material que contêm os microrganismos ......................................................... 8 4. Microbiologia das águas naturais: potáveis e dos esgotos ................................................ 8 4.1. O papel dos microrganismos aquáticos ............................................................................... 8 4.2. Água potável e poluição ...................................................................................................... 9 4.3. Águas de esgotos ............................................................................................................... 10 5. Microbiologia do solo e do ar............................................................................................. 11 5.1. O ambiente do solo ............................................................................................................ 11 5.2. Microrganismos do solo .................................................................................................... 11 5.3. Microbiologia do ar ........................................................................................................... 12 6. Microbiologia de alimentos ................................................................................................ 12

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6.1 Processo de esterilização e desinfecção.............................................................................. 12 6.2. Agentes utilizados ............................................................................................................. 13 6.3. Biofilmes microbianos....................................................................................................... 13 7. Biotecnologia ....................................................................................................................... 14 7.1. Microrganismos e a recuperação de matéria-prima ........................................................... 14 8. Conclusão ............................................................................................................................ 16 Bibliografia .............................................................................................................................. 17

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Introdução A Microbiologia é um ramo da Biologia que está virado ao estudo de organismos minúsculos. Esses organismos causam várias doenças aos animais, plantas, ao homem. Mas os mesmos desempenham um papel muito importante ao meio ambiente. Por exemplo, os microrganismos participam no processo de decomposição e reciclagem dos resíduos resultantes da actividade humana. Com a participação destes na decomposição e reciclagem dos resíduos melhora a qualidade ambiental e consequentemente a saúde dos animais e dos homens e garantindo-se deste modo, a manutenção da vida dos animais e do homem. O presente ensaio traz uma abordagem geral da microbiologia, mas relacionando-a com o meio ambiente. O mesmo encontra-se estruturado da seguinte maneira: 1. Objecto de estudo de microbiologia, 2. Como caracterizar os microrganismos?, 3. Actividade antimicrobiana. Factores, 4. Microbiologia das águas naturais: potáveis e dos esgotos, 5. Microbiologia do solo e do ar, 6. Microbiologia de alimentos e 7. Biotecnologia 1. Objecto de estudo de microbiologia: trata de áreas da microbiologia e origem dos microrganismos. 2. Como caracterizar os microrganismos? : trata de característica morfológicas, nutricionais, metabólicas, antigénicas, patogénicas e genéticas. 3. Actividade antimicrobiana. Factores: trata dos factores que influem na sobrevivência dos microrganismos. 4.

Microbiologia das águas naturais: potáveis e dos esgotos: trata da água potável e poluição, água de esgotos.

5. Microbiologia do solo e do ar: trata de factores que determinam a quantidade e tipos de microrganismos no solo e no ar. 6. Microbiologia de alimentos: trata dos processos de esterilização e desinfecção dos microrganismos, tipos de agentes e biofilme microbianos. 7.

Biotecnologia: trata do papel dos microrganismos na reocupação da matéria-prima.

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1. Objecto de estudo da Microbiologia A Microbiologia tem como o seu objecto de estudo os seres vivos de tamanho extremamente reduzido e a relação destes com o ambiente. Esses seres são exclusivamente visíveis através de microscópio. Ex.: Bactérias, vírus, fungos, etc. Ela tem como objectivos, estudar: 

A composição, o processo de nutrição, reprodução, genética, reacções biológicas, classificação e identificação dos microrganismos;



O modo de propagação dos microrganismos no meio ambiente;



A relação dos microrganismos com a meio ambiente;



As formas de evitar e controlar os efeitos negativos dos microrganismos.

1.1. Áreas da Microbiologia A Microbiologia subdivide-se em duas áreas, a saber: microbiologia básica e microbiologia aplicada. 

A microbiologia básica dedica-se na construção de conhecimentos teóricos sobre características, actividades bioquímicas, o potencial de causar doenças aos outros organismo e a classificação dos microrganismos.



A microbiologia aplicada usa os conhecimentos adquiridos na microbiologia básica para a aplicação prática. Essa aplicação visa por exemplo, controlar os efeitos negativos desses microrganismos e potenciar os seus efeitos positivos.

1.2. Origem dos Microrganismos As discussões sobre a origem dos microrganismos, originou duas escolas ou correntes. Uma que defendia que os microrganismos apareceram do nada, ou seja, sem vida e a outra que defendia que os mesmos apareceram dos já existentes. Portanto, a teoria que defendia que os microrganismos apareceram do nada (sem vida), dá-se o nome da abiogénese ou geração espontânea. Já a que defendia que os mesmos apareceram dos já existentes, dá-se o nome da biogénese. A teoria geração espontânea foi derrubada graças a realização de muitas experiências.

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Em suma, duma forma prática, a teoria da geração espontânea não acreditava que um ser vivo poderia gerar o outro ser. Entretanto, esta teoria atrasou bastante a evolução da microbiologia como ciência.

2. Como caracterizar os microrganismos? Um dos objectivos da microbiologia é estudar as características dos microrganismos. E para se facilitar a caracterização dos mesmos, é necessário que se conheçam os aspectos morfológicos, nutricionais e culturais, metabólicos, antigénicos, patogénicos e genéticos. A seguir descrevemos cada característica (aspecto).

2.1. Características morfológicas A microbiologia ao estudar esta característica pretende conhecer o tamanho, a forma e o arranjo dos microrganismos. Essas questões só são respondidas a partir do uso vários tipos de microscópios e com diferentes métodos de coloração. 2.2. Características nutricionais e culturais dos microrganismos Pretende-se neste ponto se conhecer a exigência nutricional dos microrganismos para o seu crescimento, pois existem microrganismos que se desenvolvem bem no sangue, algas, etc. E quanto a fonte de carbono, os microrganismos classificam-se em: 

Quimioautotróficos: têm como fonte de energia, as substâncias inorgânicas e dióxido de carbono como fonte de carbono. Ex.: bactérias nitrificantes, do ferro, hidrogénio e enxofre.



Quimioheterotróficos: têm como fonte de energia e do carbono as substâncias orgânicas. Ex.: fungos, protozoários, animais e muitas bactérias.



Fotoautotróficos: têm como fonte de energia a luz solar e dióxido de carbono como fonte de carbono. Ex.: bactérias do enxofre verde e púrpura, algas, plantas e cianofíceas.



Fotoheterotróficos: têm como fonte de energia a luz solar e compostos orgânicos como a fonte de carbono. Ex.: bactérias púrpura e verdes não-enxofrados.

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2.3. Características metabólicas Com as características metabólicas, a microbiologia pretende saber como é que, as reacções bioquímicas ocorrem nos microrganismos.

2.4. Características antigénicas Com estas características, a microbiologia pretende saber como é que, os mesmos induzem a produção de um antígeno capaz de produzir anticorpos nos organismos animais e humanos.

2.5. Características patogénicas Com estas características, a microbiologia pretende saber a potencialidade que os microrganismos têm de causar doenças ou não aos animais, humanos, plantas e aos outros microrganismos.

2.6. Características genéticas Com estas características, a microbiologia pretende saber a composição do material genético dos microrganismos e possibilidade da sua combinação com o material genético duma espécie desconhecida para se detectar o grau de parentesco das espécies. Ou seja, se se misturar os materiais genéticos provenientes de duas espécies de organismos (uma conhecida e outra não) e se se verificar a união ou ligação destes materiais, pode-se concluir que os microrganismos são da mesma espécie. Caso contrário, conclui-se que não são.

3. Actividade antimicrobiana. Factores A inactividade microbiana depende de vários tais como: tamanho da população microbiana, intensidade ou concentração do agente microbicida, tempo de exposição ao agente microbicida, temperatura em que os microrganismos são expostos, natureza do material que contêm os microrganismos.

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3.1. Tamanho da população microbiana O tempo de sobrevivência dos microrganismos depende do número das espécies que compõe a população, isto é, quanto maior for o número das espécies que compõe uma determinada população, maior é o tempo que esta população levará para morrer.

3.2. Intensidade ou concentração do agente microbicida A morte dos microrganismos depende do grau de agressividade do agente que os mata. E esta agressividade depende da intensidade ou concentração do princípio activo. Portanto, quanto maior for a intensidade ou concentração do princípio activo do agente antimicrobiano, menos tempo viverão os microrganismos.

3.3. Tempo de exposição ao agente microbicida A morte dos microrganismos depende da duração da exposição destes ao agente microbicida. Ou seja, a taxa de mortalidade destes microrganismos aumenta, quando estes são expostos ao agente microbicida por muito tempo.

3.4. Temperatura em que os microrganismos são expostos Geralmente, a taxa de mortalidade dos microrganismos aumenta com o aumento da temperatura. Entretanto existem microrganismos que sobrevivem a temperaturas baixas, moderadas ou altas. Os microrganismos que sobrevivem a baixas temperaturas chamam-se psicrófilos (15 a 20º C). Os que sobrevivem a temperaturas baixas chamam-se mesófilos (25 a 40º C). Já os sobrevivem a altas temperaturas chamam-se termófilos (50 a 85º C).

3.5. Natureza do material que contêm os microrganismos A eficácia dos microbicidas depende da natureza material dos microrganismos.

4. Microbiologia das águas naturais: potáveis e dos esgotos 4.1. O papel dos microrganismos aquáticos Os microrganismos são um dos elementos que faz parte da cadeia alimentar, no ecossistema. Eles desempenham um papel muito importante nos ecossistemas aquáticos. Este papel

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consiste no processo de reciclagem dos elementos e nutrientes nos ecossistemas aquáticos garantido a manutenção das espécies aquáticas existentes nos rios, lagos, lagoas e mares. Os microrganismos (bactérias) podem converter as substâncias elementares insolúveis em compostos químicos solúveis. 4.2. Água potável e poluição A água é o líquido precioso que a natureza nos oferece. Geralmente é usada para beber, tomar banho, lavar loiça, regar plantas, etc. Mesma para ela seja segura para o consumo humano deve ser potável. A água potável é aquela que não contem microrganismos que causam doenças e substâncias químicas prejudiciais à saúde dos animais, plantas e homem. Entretanto, o homem realiza actividades que produzem poluentes e contaminantes capazes de alterar a qualidade da água e consequentemente colocando em risco a potabilidade da água. Para fazermos face a este problema, podemos adoptar: 

métodos de purificação de água que fornecem água potável segura e



tratamento de água de esgoto antes do descarte ou reutilização.

Os métodos de purificação de água dependem da fonte de água (abastecimento residencial água e abastecimento municipal de água) e da qualidade de água necessária. Abastecimento residencial de água (poços e fontes) A fonte da água do poço é subterrânea. Um dos dados importantes que podemos reter da água subterrânea é que ela não está contaminada porque quando a mesma passa pelo solo é filtrada removendo as partículas suspensas, incluído os microrganismos. Mas isso não significa que ela seja incontaminável. Portanto, para que ela continue ainda isenta de microrganismo é importante que não cavemos poços: 

perto de latrinas, canos de esgotos, lixeiras ou gado. A distância deve ser de pelo menos 30 metros;



poços perto de actividades industriais (ex.: exploração mineira ou de petróleo), campos onde são usados pesticidas ou fertilizantes químicos, ou lixeiras;



em locais onde as águas residuais ou superficiais passam escorrer para o poço.

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Abastecimento municipal de água Para o tratamento de água, geralmente a estacão que se encontra no município emprega três métodos que são: a sedimentação, a filtração e a cloração. 

Na sedimentação as grandes partículas vão para o fundo dos reservatórios. E formamse os flóculos através da introdução nesses reservatórios, uma substancia que se chama alúmen.



Na filtração são removidas as partículas que não foram removidas no processo de sedimentação, através do filtro.



Na cloração aplica-se o cloro para matar todos microrganismos que não foram mortos através do processo de sedimentação e filtração.

Em suma, para a purificação efectiva da água é necessário a combinação de pelo menos três métodos, nomeadamente: a sedimentação, a filtração e a cloração. Os dois primeiros métodos são físicos e o último é químico.

4.3. Águas de esgotos A água que nós usamos no nosso dia-a-dia transporta consigo vários poluentes e contaminantes. Esta água chama-se água de esgoto. Ela consiste de: 

resto de comida;



excrementos humano e de animais,



resíduos e efluentes industriais;



água proveniente do lençol freático, da superfície e da atmosfera.

Nesta ordem de ideias, podemos citar os seguintes tipos de esgotos: 

esgoto sanitários: são destinadas a eliminação dos resíduos domésticos e industriais.



esgotos pluviais: são responsáveis pelo transporte das águas superficiais e das chuvas.



esgotos combinados: elimina todo o tipo de resíduos.

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5. Microbiologia do solo e do ar 5.1. O ambiente do solo O solo é a superfície onde habitam as plantas, os animais e os microrganismos. O solo é caracterizado por seguintes propriedades: conteúdo orgânico e mineral, cor, textura, estrutura, porosidade e pH. Estas propriedades sofrem influência de humidade, conteúdo de gases e conteúdo biológico do horizon. O solo apropria-se da matéria orgânica proveniente da celulose, lignina, animais mortos (proteínas), a quitina (exosqueleto), pectina etc. A pectina é proveniente de plantas mortas. Esta matéria orgânica pode ser classificada em insolúvel, solúvel e microbiano. 

A matéria orgânica insolúvel é aquela que não dissolve no solo. Ex.: Húmus. O húmus resulta da decomposição dos resíduos das plantas e animais pelos microrganismos.



A matéria orgânica solúvel é aquela que é solúvel no solo. Ex.: produtos e degradação de polímeros complexos dos tecidos de plantas (açúcar da celulose) e animais (aminoácidos das proteínas) e células microbianas.



A matéria orgânica microbiana é aquela constituída por microrganismos.

5.2. Microrganismos do solo A sobrevivência dos microrganismos no solo depende de factores ambientais, tais como: quantidade e tipo de nutrientes, humidade disponível, grau de aeração, temperatura, pH, adubos orgânicos. 

Quantidade e tipo de nutrientes: poucos nutrientes levam a competição dos microrganismos para a obtenção dos mesmos e obviamente que sobrevivem os mais fortes. E também devem estar disponíveis nutrientes compatíveis com a exigência nutricional dos microrganismos existentes naquele solo.



Humidade disponível: no solo deve haver humidade capaz de garantir a sobrevivência dos microrganismos.



Grau de aeração: o ar é um factor muito importante para a sobrevivência dos microrganismos, pois existem microrganismos que sobrevivem na presença do oxigénio e outros não.

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Temperatura: existem microrganismos que sobrevivem a baixas, moderadas e a altas temperaturas.



PH : existem microrganismos que sobrevivem em solo com ácido ou básico.



Adubos orgânicos: o uso destes adubos pode causar o aumento de microrganismos no solo.

Mas além dos factores já mencionados, existem adicionalmente outros factores que afectam a quantidade e os tipos de microrganismos no solo, nomeadamente: a presença de raízes e a extensão do sistema radicular e interacções de espécies microbianas.

5.3. Microbiologia do ar Os microrganismos não crescem no meio aéreo. Mas o ar serve de veículo transportador dos mesmos. Durante este transporte, uns conseguem sobreviver enquanto outros não. Os microorganismos chegam ao destino transportados por essa viva dependendo da humidade, temperatura, a quantidade de luz solar, o tamanho das partículas portadoras de microrganismos e a natureza dos mesmos. Os microrganismos que encontram no ar têm origem no solo, água, superfície dos rios, baías e outras colecções naturais de água. Além disso, os microrganismos podem entrar na corrente do ar através dos processos industriais, agrícolas e municipais. Esses processos produzem aerossóis carregados de microrganismos. Ex.: irrigação de lavouras e de florestas com efluentes de esgotos, mediante uso de borrifadores; grandes operações de debulhamento; filtros gotejadores em instalações de despejo de esgotos; matadouros de animais.

6. Microbiologia de alimentos 6.1 Processo de esterilização e desinfecção Para a eliminação dos microrganismos vivos usam-se os processos físicos (esterilização) ou químicos (desinfecção). O processo de esterilização consiste em eliminar os microrganismos submete-os a altas temperaturas. Já a desinfecção consiste em eliminar os microrganismos usando agentes químicos.

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Os microrganismos podem chegar até aos alimentos através do ar, água, dejectos dos animais e humanos.

6.2. Agentes utilizados Os agentes usando para eliminar os microrganismos são os agentes físicos e químicos. Fazem parte dos agentes físicos o calor húmido, calor seco e radiação UV. Já nos químicos fazem parte detergentes lipossolubilizantes e desnaturalizantes. Agentes físicos 

Calor húmido: geralmente esterilizam-se os microrganismos numa autoclave, a uma temperatura de 121º C durante 15 minutos.



Calor seco: esterilizam-se os microrganismos durante 1 ou 2 horas, mas a uma temperatura de 160º C .



Radiação UV: faz-se incidir a radiação UV sobre os microrganismos. Essa radiação tem por finalidade, desnaturar as proteínas.

Agentes químicos 

Detergentes lipossolubilizantes: dissolve os lípidos existentes na membrana celular dos microrganismos.



Desnaturalizantes, quelantes: causa uma desnaturação irreversível das proteínas dos microrganismos.

6.3. Biofilmes microbianos Geralmente, os microrganismos crescem “agarradas” numa superfície formando uma camada fina chamada biofilme. Estes microrganismos que formam esta camada se encontram impregnadas numa matriz polimérica. A contaminação dos alimentos acontece quanto os mesmos entram em contacto com o biofilme. A formação do biofilme obedece três etapas: 

Adsorção dos nutrientes dos alimentos na superfície onde se encontram os microrganismos;

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Adesão dos microrganismos nesta superfície que se encontram os nutrientes dos alimentos;



Formação de microcolónia e a consequentemente formação camada de células.

7. Biotecnologia 7.1. Microrganismos e a recuperação de matéria-prima Os microrganismos não podem ser vistos apenas como causadores de doenças. Eles desempenham um papel importante na natureza, sobretudo na recuperação de matéria-prima. Por exemplo, os microrganismos podem ser usados na área de mineração, petróleo. Microbiologia e mineração Por um lado Aumenta a preocupação das indústrias devido ao esgotamento de fontes dos minérios e por outro lado, a cada dia que passa há mais casos de poluição e contaminação das águas, solos, ar. Estas preocupações podem diminuir com o uso de microrganismo na recuperação dos metais. Por exemplo, as bactérias autotróficas Thiobacillus thiooxidans e T.ferrooxidans podem recuperar através do processo de lixiviação o metal que for a se encontrar no determinado minério. Isso traz benefícios imensos tanto a indústria como ao ambiente, pois a indústria consegue recuperar o metal em minérios de qualidade inferior e consequentemente mitiga o problema de poluição por esses metais. Microbiologia do petróleo Os microrganismos participam na formação, recuperação os poços de perfuração, decomposição e utilização. Mas para que tal aconteça é necessário que a microbiologia não funcione duma forma isolada. Ou seja, a microbiologia deve funcionar com químicos, os engenheiros, os físicos e os representantes doutras áreas. 

Formação de petróleo: os microrganismos transformam bioquimicamente os depósitos sedimentares que se encontram no ambiente até a formação do petróleo.



Exploração do petróleo: os hidrocarbonetos podem ser detectados por meio de microrganismos quimioheterotróficos.



Recuperação de petróleo: os microrganismos são usados na recuperação de petróleo armazenado nas rochas. E os mesmos são usados pra melhorar o fluxo do petróleo

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para a superfície, pois os microrganismos diminuem a viscosidade do petróleo. Porém, os microrganismos podem corroer os canos de ferro, causar contaminação de fluidos da perfuração alterando as propriedades físicas do fluido.

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8. Conclusão .Os microrganismos são organismos de tamanho muito reduzido. Estes desempenham um papel muito importante ao ambiente, pois eles participam no processo de reciclagem e recuperação dos resíduos. A reciclagem e recuperação dos resíduos diminui o nível de poluição das águas dos rios, lagos, lagoas, mares. O uso dos microrganismos nas indústrias mineiras na recuperação dos metais reduz a quantidade de energia que é libertado ao ambiente porque com a escassez de fontes dos minérios poderia se gastar muita energia para a sua extracção. Os microrganismos também são actores activos no processo de tratamento de água. Os microrganismos são principais causadores de doenças apesar de terem os benefícios que já mencionamos. Mas o importante é potenciarmos esses benefícios. Para obtermos informações sobre eles, é importante conhecermos as suas características morfológicas, nutricionais e culturas, patogénicas, antigénicas e genéticas.

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Bibliografia CARVALHO, Irineide Teixeira. (2010). Microbiologia Basica. Recife: EDUFRFE CONANT, Jeff; FADEM, Pam.(2013). Guia Comunitária de Saúde Ambiental. Cape Town: Teaching Aids at Low Cost. PELCZAR, Michael J.; CHAN, E.C.S; KRIEG, Noel R. Microbiologia: conceitos e aplicações. 2ª ed., v.1, São: Makron Books. PELCZAR, Michael J.; CHAN, E.C.S; KRIEG, Noel R. Microbiologia: conceitos e aplicações. 2ª ed., v.2, São: Makron Books. TORTORA, Gerald; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L. (2012). Microbiologia. 10ª ed. São Paulo: Artmed Editora S.A.

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