Microbiologia e Biotecnologia Aula 03 Out 2024 PDF

Conceitos Gerais de Microbiologia Margarida Machado Borges 1  Conceitos Gerais de Microbiologia Microbiologia no Nutrição,...

Conceitos Gerais de Microbiologia Margarida Machado Borges 1  Conceitos Gerais de Microbiologia Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 2 Século XXI Controlo Microbiano  Conceitos Gerais de Microbiologia ISBN 978-1-265-12303-1 Joanne Willey, Kathleen Sandman and Dorothy Wood ISBN 13: 978-1-292-40506-3 Michael Madigan, W. Sattley, Jennifer Aiyer, David Stahl, Daniel Buckley Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 3 Século XXI Controlo Microbiano  Mundo microbiano Mycorrhizas L. acidophilus C. Botulinum S. cerevisiae E. coli P. putida Streptomyces Extremófilos Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 4 Século XXI Controlo Microbiano  Foods Raw Ingredients Fermenting Microorganisms Location Bacteria-Fermented Foods Coffee Coffee beans Enterobacter cloacae, Saccharomyces spp. Brazil, Congo, Hawaii, India Gari Cassava Corynebacterium manihot, Geotrichum spp. West Africa Kimchi Cabbage and other vegetables Lactic acid bacteria Korea Ogi Corn Lactic acid bacteria, Zygosaccharomyces rouxii Nigeria Olives Green olives Leuconostoc mesenteroides, Lactiplantibacillus plantarum Worldwide Pickles Cucumbers Lactic acid bacteria Worldwide Poi Taro roots Lactic acid bacteria Hawaii Sauerkraut Cabbage L. mesenteroides, L. plantarum, Levilactobacillus brevis Worldwide Mold-Fermented Foods Kenkey Corn Aspergillus spp., Penicillium spp., lactobacilli, yeasts Ghana, Nigeria Miso Soybeans Aspergillus oryzae, Zygosaccharomyces rouxii Japan Soy sauce Soybeans A. oryzae or A. soyae, Z. rouxii, Lactobacillus delbrueckii Japan Sufu Soybeans Actinimucor elegans, Mucor spp. China Tempeh Soybeans Rhizopus oligosporus, R. oryzae Indonesia, New Guinea, Suriname Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 5 Século XXI Controlo Microbiano  Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 6 Século XXI Controlo Microbiano  Marcos Históricos Primeiros microscópios – Jannsen, 1590; Hooke, 1665; Leeuwenhoek, 1676; Robert Hooke, 1665 Antonie Van Leeuwenhoek, 1676 Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 7 Século XXI Controlo Microbiano  Marcos Históricos Geração Espontânea – Redi, 1668; Needham, 1748; Spallanzani, 1767; Pasteur, 1861; Francesco Redi, 1668 Louis Pasteur, 1861 Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 8 Século XXI Controlo Microbiano  Marcos Históricos Ligação dos micróbios à doença humana – Fracostoro, 1546; Semmelweis, 1847; Snow, 1854; John Snow, 1854 Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 9 Século XXI Controlo Microbiano  Marcos Históricos Postulados de Koch 1. O organismo patogénico suspeito deverá estar presente em todos os casos da doença e ausente em animais saudáveis; 2. O organismo suspeito deverá ser cultivado em cultura pura; 3. Células de uma cultura pura do organismo suspeito deverão causar doença num animal saudável; 4. O organismo deverá ser re-isolado e provar-se ser o mesmo que o original. Robert Kock, 1884 Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 10 Século XXI Controlo Microbiano  Marcos Históricos Descoberta da Imunização – Jenner, 1798; Pasteur, 1881 e 1885; Metchnikoff, 1884; von Behring, 1890. Edward Jenner (1798): vacina contra a varíola Louis Pasteur (1881, 1885): vacinas contra a cólera, antraz e raiva Vírus da varíola Vacinações, Século XIX Edward Jenner, 1798 Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 11 Século XXI Controlo Microbiano  Marcos Históricos Descoberta da Penicilina – Flemming, 1929 Penicillium notatum, fonte de Penicilina Placa de cultivo de Alexander Fleming com a dissolução de colónias staphylococcal nas proximidades de uma colónia de Penicillium. Alexander Fleming Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 12 Século XXI Controlo Microbiano  Marcos Históricos Primeiros microscópios – Jannsen, 1590; Hooke, 1665; Leeuwenhoek, 1676; Geração Espontânea – Redi, 1668; Needham, 1748; Spallanzani, 1767; Pasteur, 1861; Os Microorganismos nas transformações da matéria orgânica – Cagniard-Latour, Schwann, Kützing, 1837; Ligação dos micróbios à doença humana – Fracostoro, 1546; Semmelweis, 1847; Snow, 1854; Descoberta da Imunização – Jenner, 1798; Pasteur, 1881 e 1885; Metchnikoff, 1884; von Behring, 1890; Descoberta da Penicilina – Flemming, 1929. Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 13 Século XXI Controlo Microbiano 14  E hoje em dia? Substances Microorganisms Industrial Products Ethanol Saccharomyces cerevisiae Acetone and butanol Clostridium acetobutylicum 2,3-butanediol Enterobacter, Serratia Food Additives Amino acids (e.g., lysine) Corynebacterium glutamicum Organic acids (citric acid) Aspergillus niger Vitamins Eremothecium, Blakeslea Polysaccharides Xanthomonas Medical Products Antibiotics Penicillium, Streptomyces, Bacillus Alkaloids Claviceps purpurea Steroid transformations Rhizopus, Arthrobacter Insulin, human growth, hormone, somatostatin, interferons Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, and others (genetic engineering) Biofuels Hydrogen Photosynthetic microorganisms Methane Methanothermobacter Ethanol Zymomonas, Thermoanaerobacter Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 15 Século XXI Controlo Microbiano  Árvore Filogenética Árvore filogenética baseada na analise de sequências de rRNA, como proposta por Carl Woese em 1990. Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 16 Século XXI Controlo Microbiano  Diversidade Filogenética de Bacteria Envelope Celular Myxococcus xanthus Staphylococcus aureus Reação negativa no teste de coloração de Gram Reação positiva no teste de coloração de Gram Didérmicas, com duas membranas (membrana plasmática e a membrana Monodérmicas, com uma única membrana (membrana plasmática) exterior) Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 17 Século XXI Controlo Microbiano  Diversidade Filogenética de Bacteria Coloração de Gram Roxo Laranja Transparente Cor de Rosa Vista microscópica Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 18 Século XXI Controlo Microbiano  Diversidade Filogenética de Bacteria Gram Negativas Aquificota e Thermotogota Filo Fusobacteriota Hipertermófilos Anaeróbios comensais Deinococcota Filo Desulfobacterota Bactérias resistentes a radiação Redutores anaeróbios de sulfato/enxofre Bactérias fotossintéticas Filo Bdellovibrionota e Myxococcota Predadores bacterianos Superfilo PVC (Planctomycetota e Verrucomicrobiota) Filo Campylobacterota Divisão celular atípica Comensais humanos e animais Filo Spirochaetota Bactérias com uma morfologia em espiral Filo Proteobacteria Filo Bacteroidota Importantes na microbiota intestinal Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 19 Século XXI Controlo Microbiano  Diversidade Filogenética de Bacteria Gram Positivas Gram Positivas Phylum Actinobacteriota Phylum Firmicutes, Class Phylum Firmicutes, Class Phylum Firmicutes, Bactérias produtoras de Bacilli Clostridia Classes Negativicutes and metabolitos usados como Bactérias aeróbicas Bactérias anaeróbias Halanaerobiia antibióticos, formadoras de endósporos formadoras de endosporos Bactérias gram positivas anticancerígenos, anti- com membranas externas helmínticos supressores do sistema imunitário Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 20 Século XXI Controlo Microbiano  Diversidade Filogenética de Archaea Três tipos distintos baseados na fisiologia: Termófilos Metanogénicos Halófilos extremos Produzem metano, que Vivem em altas Requerem temperaturas se acumula no meio concentrações de sal muito altas para o ambiente e resulta em (25% NaCl) crescimento (80 a reservas de gás natural As suas paredes 105°C) Anaeróbios obrigatórios celulares, ribossomas e Pertencem a várias enzimas são linhas filogenéticas das Habitat em sedimentos estabilizadas por Na+ arqueobactérias marinhos e de água doce, pântanos, solo, São heterotróficos e Têm membranas e sistema digestivo de normalmente aeróbios. enzimas estáveis a animais e estações de temperaturas elevadas tratamento de esgotos Alguns são anaeróbios e usam enxofre na respiração, outros são litotróficos e oxidam o enxofre como fonte de energia Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 21 Século XXI Controlo Microbiano  Diversidade Filogenética de Archaea Três tipos distintos baseados na fisiologia: Termófilos Metanogénicos Halófilos extremos Arquebactéria isolada Fotografia preparada Termófilo extremo de uma amostra pela técnica de “freeze encontrado em retirada de uma etching” de um halófilo nascentes ácidas e solos chaminé oceânica (2600 extremo que cresce na com temperaturas entre metros profundidade), presença de 4 a 5 M de 60 e 95° C e pH 1 – 5 no Oceano Pacífico. NaCl e não cresce Fotomicrografia de Cresce em meio mineral abaixo de 3 M de NaCl células ligadas a um contendo apenas H2 e cristal de enxofre CO2 como fontes de energia e carbono, a temperaturas entre 50 to 86º C. Forma de cocos, com dois feixes de flagelos de inserção polar Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 22 Século XXI Controlo Microbiano  Diversidade Filogenética de Eukarya Microbianos Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 23 Século XXI Controlo Microbiano  Diversidade Filogenética de Eukarya Microbianos Três tipos distintos baseados na morfologia: Protistas Fungos Algas Protista é um termo Fungos são organismos As algas incluem informal que se refere a eucarióticos não eucariotas unicelulares qualquer microrganismo fototróficos com e multicelulares que eucariótico que não seja paredes celulares rígidas realizam fotossíntese uma planta, um animal compostas por quitina. mas não são plantas. ou um fungo. Os Formam um único Embora alguns grupos protistas encontram-se grupo filogenético, que de algas partilhem um em muitas linhagens inclui as leveduras, os antepassado com as filogenéticas diferentes bolores e os cogumelos. plantas, os organismos de Eukarya e são muito São normalmente fototróficos evoluíram diversos na sua saprotróficos ou independentemente em filogenia, morfologia e simbiótes e estão várias linhagens ecologia. Os seus frequentemente diferentes de Eukarya. metabolismos variam de associados à quimioorganotróficos a decomposição fototróficos. (principalmente aeróbica). Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 24 Século XXI Controlo Microbiano  Metabolismo Microbiano Fontes de Energia Todas as células vivas partilham certas necessidades metabólicas fundamentais. Necessitam de água para Químicos Luz realizar as reações metabólicas, fontes de carbono e de outros nutrientes para sintetizar os materiais celulares, e de energia. De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a energia Quimiotrofia Fototrofia não é criada nem destruída. Químicos Químicos Para crescerem, as células têm de conservar energia, Orgânicos Inorgânicos convertendo a energia disponível no meio envolvente numa forma capaz de realizar trabalho. As células conseguem-no gerando compostos ricos em energia, como Quimioorganotróficos Quimiolitotróficos Fototróficos o trifosfato de adenosina (ATP) - uma molécula capaz de armazenar energia e libertá-la para alimentar os processos celulares. Todos os tipos de metabolismo podem ser classificados com base na sua fonte de energia. Exemplos: Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 25 Século XXI Controlo Microbiano  Crescimento Microbiano Aumento do tamanho da população como resultado da divisão celular! Como as capacidades metabólicas dos microrganismos são diferentes, as suas necessidades nutricionais também são diferentes. No entanto, todos necessitam de um conjunto essencial de nutrientes. Alguns nutrientes, chamados macronutrientes, são necessários em grandes quantidades, enquanto outros, chamados micronutrientes, são necessários em quantidades mínimas. Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 26 Século XXI Controlo Microbiano  Crescimento Microbiano Aumento do tamanho da população como resultado da divisão celular! Meios definidos: preparados através da adição de quantidades exatas de produtos químicos inorgânicos ou orgânicos puros a água destilada. Meios complexos: composição nutricional exata desconhecida, feitos a partir da digestão de produtos microbianos, animais ou vegetais, como a proteína do leite (caseína), carne de vaca (extrato de carne de vaca), soja (caldo de soja), células de levedura (extrato de levedura) ou qualquer outra substância altamente nutritiva. Meios seletivos: contém compostos que inibem o crescimento de alguns microrganismos mas não outros. Meios diferenciais: meios aos quais é adicionado um indicador que revela, através de uma mudança de cor, se uma determinada reação metabólica ocorreu durante o crescimento. Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 27 Século XXI Controlo Microbiano  Crescimento Microbiano Diluições em série: Procedimento utilizado para contagem de células viáveis utilizando diluições em série da amostra e o método da placa de contagem. O líquido estéril utilizado para efetuar as diluições pode ser simplesmente água, mas uma solução de sais minerais ou um meio de cultura real pode permitir uma maior recuperação. O fator de diluição é o recíproco da diluição. Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 28 Século XXI Controlo Microbiano  Crescimento Microbiano Transferência de uma cultura liquida: Riscar de uma caixa de petri: Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 29 Século XXI Controlo Microbiano  Crescimento Microbiano Métodos de espalhamento: Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 30 Século XXI Controlo Microbiano  Crescimento Microbiano Incontáveis 159 17 2 0 159 x 1 ml x 10³ = 159000 = 1,59 x 10⁵ 17 x 1 ml x 10⁴ = 170000 = 1,70 x 10⁵ Média de 1,76 x 10 ⁵ CFUs 2 x 1 ml x 10⁵ = 200000 = 2,00 x 10⁵ Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 31 Século XXI Controlo Microbiano  Crescimento Microbiano Microbiologia no Nutrição, Crescimento e Mundo Microbiano Origens da Microbiologia Diversidade Microbiana Metabolismo Microbiano 32 Século XXI Controlo Microbiano