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Microbiologia

 

A Ciência da Microbiologia

O termo microbiologia significa o estudo dos organismos extremamente pequenos cujas dimensões estão abaixo do poder de resolução do olho humano. O objeto de estudo da Microbiologia são os microrganismos, mais comumente denominados micróbios. Os microrganismos são seres com características próprias que os distinguem de plantas e animais. Ainda que haja animais e vegetais microscópicos, estes não são objetos de estudo da Microbiologia.

Atualmente, a Microbiologia é a Ciência que estuda a natureza e a utilidade dos microrganismos. No senso comum, a Microbiologia é vista como uma disciplina essencialmente médica, para o estudo de microrganismos causadores de doenças. É inegável a importância da Microbiologia Médica e o estudo dos microrganismos patogênicos é de grande interesse humano. Mas, essa é uma visão estreita da Microbiologia uma vez que a grande maioria dos microrganismos não tem importância médica imediata e sim ecológica.

O homem convive com microrganismos desde seu aparecimento na Terra. O homem primitivo simplesmente não entendia as doenças e não tinha noção alguma sobre sua transmissibilidade. Contudo, as relações práticas do homem primitivo com microrganismos começaram a existir quando descobriu que certos alimentos adquiriam novo sabor aos serem armazenados em solo frio e úmido. A produção de pão, vinho, cerveja e laticínios datam da mais remota antiguidade. Vestígios de vinho foram encontrados em jarros com mais de sete mil anos de idade descobertos no Irã. Sem ter consciência do fato, o homem utilizava microrganismos produzir bebidas alcoólicas ao aproveitar o sedimento do fundo dos vasos de fermentação para fabricar nova bebida ou guardando parte da massa do pão para produzir mais pão. Contudo, até meados do século XIX não era reconhecida a participação de microrganismos na produção da cerveja e do vinho.

Na Antiguidade, o homem percebeu que era inseguro o convívio com portadores de doenças que eram reconhecidamente transmissíveis de pessoa a pessoa. Na Palestina, os portadores de hanseníase eram excluídos do convívio social e banidos para guetos distantes da comunidade pelo resto de suas vidas. Hoje, reconhece-se que a hanseníase é a menos contagiosa de todas as doenças infecciosas. Quando, na Idade Média, as populações européias eram atingidas por pandemias de peste bubônica ou varíola, cidades inteiras eram abandonadas em um esforço das populações para escapar dessas doenças. Algumas cidades impediam a entrada e a saída de pessoas estabelecendo barreiras de isolamento, com fogueiras, ao redor de seus muros.

A possibilidade da existência de entidades invisíveis ao olho humano e que seriam a causa das doenças infecciosas remonta à Antiguidade. Em 1546, o monge e médico italiano Girolamo Fracastoro (1483-1553) publica o livro "De contagione et contagionis" no qual especulava que doenças contagiosas eram causadas por "germes vivos" que se transmitiam, de alguma forma, de pessoa a pessoa. Em uma época na qual as doenças eram consideradas, mesmo pelos mais letrados, como castigo divino, pouca atenção foi dada a Fracastoro. Uma vez que era evidente a necessidade do contato físico entre pessoas para a disseminação de determinadas doenças, como a sífilis, que requeria contato sexual para se transmitir, a entidade transmissora das doenças infecciosas permaneceu objeto de meras especulações até a segunda metade do século XIX. A primeira pessoa a relatar a observação de micróbios com um microscópio foi o inglês Robert Hooke em 1665. Utilizando um microscópio rudimentar ele observou estruturas celulares de plantas e de fungos.

Considera-se que a Microbiologia como Ciência deu seus primeiros passos no período entre 1673 e 1723 quando o comerciante de tecidos holandês Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) munido de microscópios rudimentares dotados de uma única lente com baixo poder de resolução observou algas, protozoários, leveduras e bactérias. Suas observações junto com a afirmação de que essas entidades tão pequenas eram vivas por apresentarem movimento ativo foram documentadas e publicadas em importante meio científico da época levando outros cientistas a começarem a desenvolver estudos mais rigorosos acerca dos microrganismos. Em 1680, van Leeuwenhoek observou que o fermento consistia de seres globulares diminutos. Este estudioso descobriu e descreveu pela primeira vez o parasita intestinal Giardia lamblia que isolou de suas próprias fezes em um episódio de diarréia.

Durante os 150 anos seguintes, a Microbiologia teve um desenvolvimento muito lento em relação às outras ciências biológicas, limitando-se a simples descrições morfológicas, ao acúmulo de observações e às primeiras tentativas de classificação taxonômica. Dada a natureza dos micróbios, o progresso da Microbiologia ficou vinculado ao desenvolvimento de instrumentos e técnicas pertinentes ao seu estudo, tais como microscópios com maior poder de resolução e técnicas de cultivo e coloração de estruturas celulares.

A Microbiologia começa a ter um verdadeiro avanço a partir de meados do século XIX, com o desenvolvimento de microscópios de alta qualidade juntamente com o aperfeiçoamento de técnicas de esterilização, cultivo de microrganismos e técnicas citológicas. Nessa época, estudiosos eminentes como o químico francês Louis Pasteur (1822-1895) e o médico alemão Robert Koch (1834-1910) desenvolveram estudos que conduziram ao estabelecimento das bases da Microbiologia como ciência experimental estruturada e especializada. A Microbiologia deixa de ser uma ciência meramente descritiva para centrar-se no estudo da complexidade estrutural, fisiológica, genética e ecológica dos microrganismos, bem como das inúmeras atividades por eles desempenhadas. Estudos estes que conduziram ao desdobramento da Microbiologia em disciplinas especializadas como a Bacteriologia, a Micologia, a Parasitologia, a Virologia e a Imunologia.

Em 1857, Pasteur, a pedido de Napoleão III, descobriu a existência de microrganismos que contaminavam e deterioravam o vinho destinado às tripulações dos navios da Marinha francesa, tornando-o impróprio para consumo. Pasteur verificou que aquecendo-se o vinho até uma temperatura que não afetasse seu sabor e que, ao mesmo tempo, matasse os microrganismos contaminantes, este não mais se deterioraria. Esta técnica, aplicada com sucesso no vinho destinado aos marinheiros franceses e mais tarde denominada de pasteurização, foi o fundamento das modernas técnicas de tratamento de líquidos envasados, como o vinho, a cerveja e o leite, para sua preservação. Note-se que pasteurização não é o mesmo que esterilização. Na pasteurização, o líquido é aquecido a uma temperatura que mata os microrganismos que possam deteriorar um determinado produto, enquanto que, a esterilização mata todos as formas de vida presentes em dado material. As temperaturas requeridas para a esterilização são muito mais altas que as atingidas para a pasteurização.

Pasteur também descobriu que as leveduras presentes no vinho eram as responsáveis pela produção do conteúdo alcoólico da bebida. O anúncio deste achado encolerizou muitos dos cientistas da época uma vez que a teoria aceita era a de que a formação do vinho era o resultado reações químicas espontâneas que ocorriam no suco de uvas. A descoberta de Pasteur permitiu que a indústria do vinho monitorasse sua qualidade controlando as leveduras que fermentavam o suco de uvas.

Pasteur, é considerado o fundador da Imunologia moderna ao verificar que galinhas tornavam-se imunes a uma doença bacteriana se inoculadas com a forma não virulenta de uma bactéria patogênica. Durante uma investigação da cólera aviária, galinhas foram inoculadas com uma cultura velha do patógeno. Vendo que as aves não morreram Pasteur deduziu que as bactérias da cultura velha não eram mais patogênicas, talvez porque não fossem mais viáveis. Repetindo o experimento, inoculou as mesmas galinhas com doses letais de uma cultura fresca do patógeno e as galinhas não morreram. Pasteur deduziu que as culturas bacterianas velhas tinham imunizado as galinhas e concluiu que bactérias mantidas sob condições adversas podem perder sua capacidade de causar doença mas retém a capacidade de imunizar um hospedeiro.

Partindo desse princípio, Pasteur começou a produzir vacinas contra doenças tais como o carbúnculo causado pela bactéria Bacillus anthracis e a raiva causada pelo vírus da raiva. Nos dias de hoje, as vacinas modernas são desenvolvidas com base no mesmo princípio geral, descoberto por Pasteur. Com o advento da biologia molecular novos metodologias para produção de vacinas e imunização estão sendo desenvolvidos.

No final da década de 1870, Koch, sendo um médico rural, interessou-se pelo carbúnculo, uma doença comum em fazendeiros e em seus animais. Analisando sangue de vítimas do carbúnculo ao microscópio, Koch observou a presença de uma bactéria de grandes dimensões que supôs ser o agente causador da doença.

Em um laboratório improvisado e desenvolvendo técnicas microbiológicas à medida que procedia a seus estudos, Koch conseguiu isolar a bactéria. Animais sadios inoculados com a bactéria purificada apresentavam os sintomas clássicos do carbúnculo. A partir do sangue destes animais, Koch re-isolou mesma bactéria. Ele repetiu o experimento, sempre re-isolando a bactéria dos animais experimentalmente infectados até que tivesse certeza que tinha encontrado o agente da doença. Uma vez que o carbúnculo era uma doença comercialmente importante devido aos prejuízos econômicos que causava e pelas técnicas microbiológicas de Koch serem facilmente duplicáveis, outros estudiosos da época aceitaram sua descoberta. Koch tornou-se famoso e conseguiu seu próprio instituto de pesquisas. Os cientistas do grupo de Koch e os do grupo de Pasteur, desenvolveram técnicas básicas de microbiologia, ainda hoje em uso, tais como, técnicas de esterilização de material e meios de cultura, utilização de culturas microbianas puras, o uso de placas de Petri, agulhas de inoculação, o uso de agar para a gelificação de meios de cultura, e a aplicação de técnicas de coloração de bactérias.

Koch também descobriu os agentes etiológicos da cólera e da tuberculose, as bactérias Vibrio cholerae e Mycobacterium tuberculosis, respectivamente. A bactéria M. tuberculosis é ainda hoje denominada bacilo de Koch. Seus estudos, combinados com os de Pasteur, estabeleceram a Teoria do Germe.

Em 1877. Koch formulou um conjunto de quatro postulados os quais afirmava deveriam ser adotados para que se aceitasse uma relação entre um microrganismo em particular e uma doença. Esses postulados tornaram-se conhecidos como os postulados de Koch e são, de modo geral, utilizados ainda hoje, se bem que apresentem limitações e não podem ser livremente empregados em todos os casos de doenças infecciosas, como acontece com muitas doenças virais humanas, como a AIDS, que não afetam outras espécies e doenças como a sífilis e hanseníase cujos agentes são bactérias que não são cultiváveis em meios de laboratório. Em tais situações não é possível a utilização de todos os postulados.

Em 1881, o médico alemão Walther Hesse juntou-se ao grupo de Koch para estudar questões relacionadas à saúde pública e ao metabolismo bacteriano tendo como assistente sua esposa Fanny Angelina Eilshemius Hesse. A gelatina então utilizada para gelificar meios de cultura ou era consumida pelos próprios microrganismos ou derretia-se em dias quentes, prejudicando os experimentos que requeriam meios de cultura sólidos. Angelina contou a seu marido que usava uma gelatina chamada de ágar-ágar para conservar seus doces sólidos em dias quentes. O ágar-ágar tem sido usado como agente gelificante na culinária asiática há séculos. Hesse passou a utilizar com sucesso o ágar-ágar para fazer meios de cultura sólidos e essa prática permanece nos dias de hoje.

O ágar-ágar, atualmente denominado simplesmente de agar, é um polissacarídeo complexo e indigerível pelo menos pela grande maioria dos microrganismos, o que tornou universal seu uso em microbiologia para o crescimento de microrganismos em meio sólido. Atualmente, o agar empregado em microbiologia é produzido pela indústria especializada na manufatura de meios de cultura e disponível em vários graus de pureza. No preparo de meios de cultura sólido, o agar é, via de regra, adicionado na concentração de 15 gramas por litro de meio líquido.

As características gerais do agar são: não-tóxico (para a maioria dos microrganismos e humanos), derrete somente a 100ºC, mas solidifica-se a cerca de 45ºC (dependendo da concentração), mantêm-se estável mesmo sob temperaturas de esterilização (120ºC) e fisiologicamente inerte (muito poucas bactérias expressam enzimas capazes de digeri-lo).

Introdução aos Microrganismos

Denominam-se “microrganismos” os seres procarióticos (bactérias e arqueas), os eucarióticos unicelulares (protozoários, microalgas e leveduras), os eucarióticos coloniais (certos espécies de protozoários) e os eucarióticos multicelulares simples (fungos filamentosos) nos quais se observam níveis muito simples de diferenciação celular. Os vírus, embora sejam entidades acelulares não-vivas, são também objetos de estudo da Microbiologia. A grande maioria dos microrganismos é microscópica, mas muitos podem ser facilmente visualizados a olho nu, como acontece com os fungos filamentosos (bolores).

Os microrganismos unicelulares podem existir como células isoladas como acontece quando estão esparsos em meios líquidos ou formando colônias de indivíduos da mesma espécie quando aderidos a um substrato sólido. Podem, ainda, ser encontrados constituindo comunidades multi-específicas complexas (biofilmes), que se encontram firmemente aderidas a superfícies orgânicas vivas (folhas, mucosas e dentes) ou sobre material inorgânico (rochas ou superfícies metálicas).

Os microrganismos apresentam características próprias que os distinguem de plantas e animais. Ainda que haja animais e vegetais microscópicos, estes não são objetos de estudo da Microbiologia. Nos sistemas de classificação atuais, os diversos grupos de microrganismos são reunidos em reinos próprios de acordo com características morfológicas, reveladas pela microscopia (óptica, eletrônica de transmissão e de varredura) e características fisiológicas reveladas por meio de métodos genéticos, bioquímicos, de seqüenciamento de DNA cromossômico e de DNA e RNA ribossômico.

Estudos recentes de filogenia molecular de bactérias sugerem que todos os organismos vivos da Terra pertencem a um dos três Domínios da vida: “Bacteria”, “Archaea” e “Eukarya”. Os dois primeiros constituídos unicamente por procariotos e o último por eucariotos, abrangendo animais, plantas, fungos, protozoários e algas.

Esta nova visão da filogenia e estrutura celular fornece suporte evolucionário para o estudo de princípios unificadores de todos os organismos e enfatiza a extrema biodiversidade encontrada entre os microrganismos procarióticos e eucarióticos.

As células procarióticas surgiram logo após a solidificação da crosta terrestre, há mais de 3,5 bilhões de anos e cerca de 1,5 bilhão de anos antes do aparecimento das primeiras células eucarióticas. A longa história das formas de vida procarióticas pode, em parte, explicar a surpreendente diversidade fisiológica e molecular encontrada no mundo microbiano.

Os microrganismos têm distribuição universal existindo em praticamente todos os ambientes do planeta onde quer que as condições físicas e químicas o permitam, incluindo-se condições ambientais extremas, sob temperaturas abaixo de 0°C em ambientes glaciais, acima de 100°C em fontes termais oceânicas a grandes profundidades, em condições de extrema salinidade em lagos saturados de cloreto de sódio ou hidróxido de sódio e até mesmo em fraturas de rochas a quilômetros abaixo da superfície terrestre. Em seus hábitats naturais, suas vidas são influenciadas por interações com as condições físicas e químicas do ambiente e com outras populações de microrganismos.

Apesar de haver milhares de espécies microbianas reconhecidas estima-se que essas respondam por menos de 5% dos microrganismos existentes no planeta; o restante das espécies permanece para ser reconhecido e estudado. Uma porcentagem muito pequena das espécies microbianas conhecidas pode ser cultivada em laboratório em meios sintéticos ou em culturas celulares.

A grande maioria das espécies de microrganismos é composta por seres de vida livre vivendo da matéria orgânica presente em seus ambientes. Várias espécies estabelecem associações simbióticas com hospedeiros específicos que vão desde relações mutuamente benéficas até as situações de parasitismo nas quais vivem a expensas de seus hospedeiros, muitas vezes espoliando-os gravemente.

Os animais, incluindo os humanos, dependem de associações simbióticas com bactérias para sua sobrevivência. Bactérias presentes no rúmen dos herbívoros e no trato alimentar de insetos como os cupins, são importantes para a digestão e bioconversão da celulose.

Apesar da comum associação dos micróbios com doenças, apenas a minoria das espécies está envolvida com processos patológicos. A maioria dos microrganismos desempenha funções vitais para a manutenção da vida no planeta sendo os agentes primários de processos biogeoquímicos nos ciclos de elementos tais como carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre, ferro e outros minerais, processos estes críticos para a operação da biosfera e sustentação da vida na Terra.

Os microrganismos são importantes agentes de decomposição e reciclagem de matéria orgânica; são importantes na agricultura tanto formando solo quanto mantendo associações simbióticas com plantas e realizando a fixação do nitrogênio atmosférico. Algas unicelulares marinhas respondem por mais de 90% da fotossíntese realizada no planeta, atuando como fonte primária de alimento para a vida marinha e sendo responsáveis pela oxigenação da atmosfera. Essas algas liberam o gás dimetilssulfeto, que agrega moléculas de vapor de água na atmosfera, permitindo a formação de nuvens e a manutenção do regime global de chuvas.

A fotossíntese é um processo evoluído por procariotos primitivos que eram semelhantes às atuais cianobactérias. Tanto as cianobactérias modernas quanto os cloroplastos de plantas (que evoluíram dos procariotos fotossintetizantes primitivos) são responsáveis por reações que produzem virtualmente todo o oxigênio do planeta.

Ainda não é bem compreendido como comunidades de microrganismos podem conduzir tal multiplicidade de reações tão eficazmente.

Um dos maiores objetivos da ecologia microbiana é a compreensão de tais processos no nível mais fundamental dos organismos: a bioquímica e os genes e sua regulação. O entendimento das interações ecológicas nas comunidades microbianas é de extrema importância para a determinação das funções dos microrganismos na natureza.

O homem convive com microrganismos desde o aparecimento da espécie humana na Terra. A colonização da pele, trato respiratório, sistema genito-urinário e trato digestório, por microrganismos, começa imediatamente após o nascimento. As relações práticas do homem com os microrganismos data de milênios tendo início quando o homem primitivo percebeu que certos alimentos adquiriam novo sabor aos serem armazenados em solo frio e úmido. A produção de pão, vinho, cerveja e laticínios datam da mais remota antiguidade. Sem ter consciência do fato, o homem utilizava microrganismos produzir bebidas alcoólicas ao aproveitar o sedimento do fundo dos vasos de fermentação para fabricar nova bebida ou guardando parte da massa do pão para produzir mais pão. Contudo, até meados do século XIX não era reconhecida a participação de microrganismos na produção do pão, da cerveja e do vinho.

O convívio do homem com microrganismos nem sempre é benéfico e até o desenvolvimento da vacinação a partir do fim do século XVIII e do uso dos antibióticos a partir da década de 1940, o homem esteve praticamente indefeso contra as doenças infecciosas. Somente a partir de meados do século XIX, com os trabalhos de Semmelweis, Pasteur e Koch, que conduziram ao reconhecimento de que microrganismos estavam envolvidos na transmissão de doenças, é que se desenvolveram métodos de antissepsia e assepsia na Medicina e práticas de higiene pessoal e social. Tais medidas contribuíram para a drástica diminuição das doenças infecciosas nas populações humanas.

Atualmente, os microrganismos são de grande importância na indústria alimentícia na produção de iogurte, queijo, pão, vinagre e ácidos orgânicos para a preservação de alimentos, na indústria alcooleira na fabricação de bebidas e combustível, na indústria farmacêutica na síntese de antibióticos, hormônios e vitaminas, na indústria química na produção de compostos orgânicos tais como etanol, metanol e acetona. Os recentes avanços da biotecnologia levaram ao desenvolvimento de organismos transgênicos pela introdução de material genético bacteriano ou viral em plantas e animais que passam a produzir proteínas microbianas de interesse agrícola ou médico. Outras importantes aplicações dos microrganismos estão no tratamento de efluentes industriais e esgotos, na eliminação de produtos tóxicos do ambiente e na produção de gases como metano e hidrogênio em biorreatores. Na agricultura, as novas técnicas de controle biológico auxiliam a limitar a quantidade de defensivos agrícolas químicos aplicados nas culturas.

O estudo dos microrganismos é grande importância, tanto acadêmica quanto prática. O entendimento de suas atividades em ambientes naturais é extremamente importante para a agricultura no tocante ao aumento da produção de biomassa. A compreensão dos mecanismos biológicos envolvidos nas doenças infecciosas é de vital importância para seu combate e controle. Mas, estudá-los em condições naturais é difícil e a maior parte do conhecimento provém de estudos laboratoriais com culturas puras de amostras isoladas.

Embora muitos dos usos dos microrganismos originaram-se de processos tradicionais desenvolvidos na Antiguidade, muitas outras aplicações derivam de décadas de pesquisa básica da Bioquímica, Fisiologia, Genética e Biologia Molecular de microrganismos nas quais estes têm sido usados como modelos de estudo. Tais estudos conduziram a novos conceitos sobre a evolução molecular e a genômica, com grande potencial de exploração na indústria, agricultura, produção de alimentos e restauração ambiental. Os novos avanços nessas áreas do conhecimento são essencialmente devidos a estudos de microrganismos como modelos da vida.

As endonucleases de restrição e as DNA polimerases termos-estáveis usadas na reação em cadeia da polimerase (PCR), enzimas estas produzidas por microrganismos, são dois exemplos de avanços recentes da utilidade da pesquisa microbiológica.

Atualmente, há renovado interesse na ecologia e na diversidade da vida microbiana em ambientes extremos. Teoriza-se que a existência de micróbios nesses ambientes pode ser usada como modelo para a vida em outros planetas.

O vasto potencial econômico de muitos procariotos permanece desconhecido. A diversidade dos microrganismos, a maioria não documentada, de longe excede aquela dos animais e plantas. A pesquisa microbiológica também apresenta grandes oportunidades para novas descobertas em áreas básicas da Biologia.

História da Microbiologia

A possibilidade da existência de entidades vivas invisíveis ao olho humano e que seriam a causa das doenças infecciosas remonta à Antiguidade. Em 1546, o monge e médico italiano Girolamo Fracastorius (1483-1553) publica o livro "De contagione et contagionis" no qual especulava que doenças contagiosas eram causadas por "germes vivos" que se eram transmitidos, de alguma forma, de pessoa a pessoa. Em uma época na qual as doenças eram consideradas, mesmo pelos mais letrados, como castigo divino, pouca atenção foi dada a Fracastorius. Uma vez que era evidente a necessidade do contato físico entre pessoas para a disseminação de determinadas doenças, como a sífilis, que requeria contato sexual para se transmitir, a entidade transmissora das doenças infecciosas permaneceu objeto de meras especulações até a segunda metade do século XIX. A primeira pessoa a relatar a observação de micróbios com um microscópio foi o inglês Robert Hooke em 1665. Utilizando um microscópio rudimentar ele observou estruturas celulares de plantas e de fungos.

Apesar de Hooke ser reconhecido como o primeiro a visualizar microrganismos, pode-se dizer que a Microbiologia teve seu início com as observações feitas pelo comerciante de tecidos holandês, Antoni van Leeuwenhoek, cujo passatempo era o de polir lentes e construir microscópios constituídos de uma única lente de alta qualidade que usava para observar materiais diversos e analisar a qualidade da trama dos tecidos que comercializava. Embora de baixa resolução, as lentes de Leeuwenhoek, que atingiam a resolução de 300 a 500 vezes, permitiram-lhe a descoberta de um mundo desconhecido ao permitir a observação de algas, protozoários, leveduras e bactérias maiores. Suas observações, publicadas com desenhos esmerados, entre 1673 e 1723, no importante meio científico da época - Philosophical Transactions da Royal Society of London - levou outros cientistas a começarem a desenvolver estudos mais rigorosos acerca dos microrganismos. Em 1683, este periódico publicou um desenho de Leeuwenhoek com a primeira representação de uma bactéria. Leeuwenhoek surpreendeu o mundo científico declarando que os microrganismos que observava eram vivos por apresentarem movimento ativo e intenso. Em 1680, observou que o fermento consistia de partículas globulares diminutas, as leveduras. Foi Leeuwenhoek quem descobriu e descreveu pela primeira vez o parasita intestinal Giardia lamblia que isolou de suas próprias fezes em um episódio de diarréia.

Durante os 150 anos seguintes, a Microbiologia teve um desenvolvimento muito lento em relação às outras ciências biológicas, limitando-se a simples descrições morfológicas, ao acúmulo de observações e às primeiras tentativas de classificação taxonômica. Dada a natureza dos micróbios, o progresso da Microbiologia ficou vinculado ao desenvolvimento de instrumentos e técnicas pertinentes ao seu estudo, tais como microscópios com maior poder de resolução e técnicas de cultivo e coloração de estruturas celulares.

No século XVIII, a Europa enfrentava uma grande pandemia de varíola que matava até 40% dos doentes e deixando nos sobreviventes marcas indeléveis por toda a vida. Na China, desde a Antigüidade, era reconhecido o fato de que pessoas que se recuperavam de varíola tornavam-se imunes a novas infecções. Tendo observado o fato, alguém, historicamente não identificado, teve a idéia de coletar material de crostas secas de lesões de varíola e inoculá-lo em uma pessoa sadia afim de imunizá-la. Aparentemente, a técnica foi, pelo menos em certa extensão, bem sucedida e repetida por outros até que atingiu a Índia e, a partir daí, a Europa, no século XVII, onde se tornou prática comum. O problema era que as crostas retiradas dos doentes continham o vírus virulento capaz de produzir a forma clínica da doença. Assim, enquanto uma pessoa inoculada com material de uma crosta desenvolvia um caso brando e se tornava imune à varíola, outras desenvolviam a forma clínica grave e eventualmente morriam. Por outro lado, aqueles que apenas desenvolviam a forma branda da doença podiam disseminar o vírus, iniciando uma epidemia local.

Tal era a situação quando um jovem inglês, Edward Jenner (1749-1823), foi informado por uma ordenhadora de vacas que elas não contraíam varíola por usualmente contraírem a varíola bovina, uma doença crônica branda que ocorria na forma de lesões na pele das mãos. Mais tarde, após ter-se tornado um médico rural descobriu que os homens do campo aconselhavam o casamento com mulheres ordenhadoras de vacas para quem quisesse evitar ter uma esposa que viesse a contrair a varíola. Por volta do ano de 1796 ele, convencido de que o fato era verdadeiro, inoculou um menino de oito anos com material proveniente de lesões de varíola bovina e oito semanas mais tarde inoculou o mesmo menino com pus de uma lesão de varíola humana. O menino não manifestou nenhum sintoma da varíola humana e Jenner repetiu o experimento. O caso ficou famoso e outros começaram a testar a nova técnica. Pelo ano de 1803, a técnica de Jenner já estava estabelecida como procedimento médico na Inglaterra. Em seguida, nos Estados Unidos, o estadista Benjamin Franklin (1706 - 1790) encorajou os médicos americanos a adotar o novo procedimento. O sucesso da técnica de imunização desenvolvida por Jenner livrou todo o mundo da terríveis pandemias de varíola e funcionou como modelo para o posterior desenvolvimento das vacinas modernas.

A Microbiologia como Ciência começa a ter um verdadeiro avanço a partir de meados do século XIX, com o desenvolvimento de microscópios de alta qualidade juntamente com o aperfeiçoamento de técnicas de esterilização, cultivo de microrganismos e técnicas citológicas. Nessa época, estudiosos eminentes como o químico francês Louis Pasteur (1822-1895) e o médico alemão Robert Koch (1834-1910) desenvolveram estudos que conduziram ao estabelecimento das bases da Microbiologia como ciência experimental estruturada e especializada. A Microbiologia deixa de ser uma ciência meramente descritiva para centrar-se no estudo da complexidade estrutural, fisiológica, genética e ecológica dos microrganismos, bem como das inúmeras atividades por eles desempenhadas. Estudos estes que conduziram ao desdobramento da Microbiologia em disciplinas especializadas como a Bacteriologia, a Micologia, a Parasitologia, a Virologia e a Imunologia.

Em 1857, Pasteur, a pedido de Napoleão III, descobriu a existência de microrganismos que contaminavam e deterioravam o vinho destinado às tripulações dos navios da Marinha francesa, tornando-o impróprio para consumo. Deduziu que, se o vinho fosse aquecido até uma temperatura que não afetasse seu sabor e que, ao mesmo tempo, matasse os microrganismos contaminantes, este não mais se deterioraria. Esta técnica, aplicada com sucesso no vinho destinado aos marinheiros franceses e mais tarde denominada de pasteurização, foi o fundamento das modernas técnicas de tratamento de líquidos envasados, como o vinho, a cerveja e o leite, para sua preservação. Note-se que pasteurização não é o mesmo que esterilização. Na pasteurização, o líquido é aquecido a uma temperatura que mata os microrganismos que possam deteriorar o produto, enquanto que, a esterilização mata todos as formas de vida presentes em dado material. As temperaturas requeridas para a esterilização são muito mais altas que as atingidas para a pasteurização.

Pasteur também descobriu que as leveduras presentes no vinho eram as responsáveis pela produção do conteúdo alcoólico da bebida. O anúncio deste achado encolerizou muitos dos cientistas da época uma vez que a teoria aceita era a de que a formação do vinho era o resultado reações químicas espontâneas que ocorriam no suco de uvas. A descoberta de Pasteur permitiu que a indústria do vinho monitorasse sua qualidade controlando as leveduras que fermentavam o suco de uvas.

Pasteur foi o fundador da imunologia moderna ao verificar que galinhas tornavam-se imunes a uma doença bacteriana se inoculadas com a forma não virulenta de uma bactéria patogênica. Ao investigar a cólera aviária, ele inoculou galinhas com uma cultura velha do patógeno. Vendo que as aves não morreram ele deduziu que as bactérias da cultura velha não eram mais patogênicas, talvez porque não fossem mais viáveis. Repetindo o experimento, inoculou as mesmas galinhas com doses letais de uma cultura fresca do patógeno e, novamente, as galinhas não morreram. Pasteur deduziu que as culturas bacterianas velhas tinham imunizado as galinhas e concluiu que bactérias mantidas sob condições adversas podem perder sua capacidade de causar doença mas retém a capacidade de imunizar um hospedeiro.

Partindo desse princípio, Pasteur começou a produzir vacinas contra doenças tais como o carbúnculo causado pela bactéria Bacillus anthracis e a raiva causada pelo vírus da raiva. Nos dias de hoje, as vacinas modernas são desenvolvidas com base no mesmo princípio geral, descoberto por Pasteur. Com o advento da biologia molecular novos metodologias para produção de vacinas e imunização estão sendo desenvolvidos.

No final da década de 1870, Koch, sendo um médico rural, interessou-se pelo carbúnculo, uma doença comum em fazendeiros e em seus animais. Analisando sangue de vítimas do carbúnculo ao microscópio, Koch observou a presença de uma bactéria de grandes dimensões. Ele supôs que este poderia ser o agente causador da doença. Em um laboratório improvisado e desenvolvendo técnicas microbiológicas à medida em que procedia a seus estudos, Koch conseguiu isolar a bactéria. Animais sadios inoculados com a bactéria purificada apresentavam os sintomas clássicos do carbúnculo. A partir do sangue destes animais, Koch re-isolou mesma bactéria. Ele repetiu o experimento, sempre re-isolando a bactéria dos animais experimentalmente infectados até que tivesse certeza que tinha encontrado o agente da doença. Uma vez que o carbúnculo era uma doença comercialmente importante dado os prejuízos econômicos que causava na pecuária e por suas técnicas serem facilmente duplicáveis, outros estudiosos da época aceitaram sua descoberta. Koch tornou-se famoso e conseguiu seu próprio instituto de pesquisas. Os cientistas do grupo de Koch e os do grupo de Pasteur, desenvolveram as técnicas básicas de microbiologia, ainda hoje em uso, tais como, técnicas de esterilização de material e meios de cultura, utilização de culturas microbianas puras, o uso de placas de Petri, agulhas de inoculação, o uso de agar para a gelificação de meios de cultura, e técnicas de coloração de bactérias com a coloração de Gram.

Koch também descobriu os agentes etiológicos da cólera e da tuberculose, as bactérias Vibrio cholerae e Mycobacterium tuberculosis, respectivamente. A bactéria M. tuberculosis é ainda hoje denominada bacilo de Koch. Seus estudos, combinados com os de Pasteur, estabeleceram a Teoria do Germe. Em 1877. Koch formulou um conjunto de quatro postulados os quais afirmava deveriam ser adotados para que se aceitasse uma relação entre um microrganismo em particular e uma doença. Esses postulados tornaram-se conhecidos como os postulados de Koch e são, de modo geral, utilizados ainda hoje, se bem que apresentem limitações e não podem ser livremente empregados em todos os casos de doenças infecciosas, como acontece com muitas doenças virais humanas, como a AIDS, que não afetam outras espécies e doenças como a sífilis e hanseníase cujos agentes são bactérias que não são cultiváveis em meios de laboratório. Em tais situações não é impossível a utilização de todos os postulados.

Em 1881, o médico alemão Walther Hesse juntou-se ao grupo de Koch para estudar questões relacionadas à saúde pública e ao metabolismo bacteriano tendo como assistente sua esposa Fanny Angelina Eilshemius Hesse. A gelatina então utilizada para gelificar meios de cultura ou era consumida pelos próprios microrganismos ou derretia-se em dias quentes, prejudicando os experimentos que requeriam meios de cultura sólidos. Angelina contou a seu marido que usava uma gelatina chamada de ágar-ágar para conservar seus doces sólidos em dias quentes. O ágar-ágar tem sido usado como agente gelificante na culinária asiática há séculos. Hesse passou a utilizar com sucesso o ágar-ágar para fazer meios de cultura sólidos e essa prática permanece nos dias de hoje.

O ágar-ágar, atualmente denominado simplesmente de agar, é um polissacarídeo complexo e indigerível pelo menos pela grande maioria dos microrganismos, o que tornou universal seu uso em microbiologia para o crescimento de microrganismos em meio sólido. Atualmente, o agar empregado em microbiologia é produzido pela indústria especializada na manufatura de meios de cultura e disponível em vários graus de pureza. No preparo de meios de cultura sólido, o agar é, via de regra, adicionado na concentração de 15 gramas por litro de meio líquido.

As características gerais do agar são: não-tóxico (para a maioria dos microrganismos e humanos), derrete somente a 100ºC, mas solidifica-se a cerca de 45ºC (dependendo da concentração), mantêm-se estável mesmo sob temperaturas de esterilização (120ºC) e fisiologicamente inerte (muito poucas bactérias expressam enzimas capazes de digeri-lo).

Fonte: www.fam.br

Microbiologia

Objetivos da Microbiologia

A microbiologia tem por objetivos o estudo dos microrganismos e suas atividades. Os microrganismos compreendem as Bactérias, Fungos (bolores, leveduras e orelha de pau), Vírus (limiar da vida), Algas e Protozoários.

Os microrganismos são os organismos ideais para estudo dos fenômenos biológicos porque possuem algumas peculiaridades como: apresentam uma ampla variedade de processos bioquímicos que vão desde a simplicidade nutritiva crescendo em meios salinos até o parasitismo que variam desde a exigência de um a vários compostos químicos como os aminoácidos até aqueles conhecidos como parasitas, como os energéticos ou dependentes de nucleotídeos piridínicos ou até a dependência completa de células vivas para completar o desenvolvimento; por apresentar uma elevada relação de superfície volume e efetuar concomitantemente o processo de duplicação genômica, transcrição e tradução, eficientes sistemas de transporte apresentam altas taxas metabólicas podendo atingir cerca de 100 gerações em menos de vinte e quatro horas alcançando populações superiores a um milhão no mesmo período, tornando-os ideais para estudo metabólicos e genéticos, são mantidos fácil e economicamente em meios de cultura apresentando

À microbiologia básica interessa o estudo da morfologia seus arranjos e reações aos processos de coloração, fisiologia, metabolismo, genética, a caracterização e identificação dos microrganismos. Ao microbiologista também interessa estudar a sua distribuição natural, as relações recíprocas e com outros seres vivos nos quais provocam efeitos benéficos, indiferentes ou prejudiciais ao homem, outros animais e às plantas, bem como às alterações físicas e químicas que provocam no meio ambiente.

Quanto ao estudo dos diferentes tipos de microrganismos a microbiologia divide-se em Bacteriologia que estuda as bactérias, a Micologia que estuda os fungos, a Ficologia que estuda as algas e a Virologia que se dedica aos estudos dos elementos acelulares, os vírus e os príons.

Com relação à aplicação da microbiologia esta ciência pode ser dividida em:

Existem muitos campos de aplicação da microbiologia. Microbiologia médica estuda os microrganismos patogênicos para homem, para a cavidade oral (Microbiologia oral) e animais (Microbiologia Animal ou Veterinária). Este campo de aplicação está relacionado com o controle e prevenção das doenças, associada portanto às práticas assépticas, antibioticoterapia, quimioterapia e imunização, bem como com a epidemiologia ou epizootiologia e os métodos de diagnóstico das doenças infecciosas.

Microbiologia Ambiental estuda os microrganismos, particularmente bactérias e fungos que desempenham papel importante na decomposição de matéria orgânica e a reciclagem dos elementos químicos da natureza (ciclos biogeoquímicos). De modo geral, esses microrganismos efetuam a bioconversão de resíduos orgânicos em combustíveis alternativos como metano, hidrogênio, gás sulfídrico. Por sua vez, a Bioremediação consiste no uso de microrganismos para decomposição de substâncias tóxicas liberadas no meio ambiente devido a acidentes ou à atividade industrial. No processo de reciclagem dos elementos químicos estão envolvidos os ciclos de compostos de C (CO2, CO, Ch2, CnHnOn, dentre outros), N (N2, NO, Nh2, aminas e compostos orgânicos nitrogenados), S (S, H2S, SO2, S2O3, SO4 e compostos orgânicos de S), Fe (sais de ferro, íons ferrosos e férricos e compostos orgânicos contendo Fe), bem como Mn, Mg, Mo entre outros (sulfato de manganês e compostos orgânicos contendo Mn, Mg, Mo dentre outros), e diversos tipos de compostos contendo oxigênio.

Os microrganismos desse grupo estão também relacionados com a taxonomia e as atividades associadas com as águas dos mares, lagos e rios (Microbiologia Aquática) bem como com o tratamento e reciclagem das águas para torná-las potáveis, tendo em vista que muitos patógenos são transmitidos em águas de beber e águas destinadas à recreação. Muito embora as condições existentes nos ambientes marinhos e de água doce como pH, pressão osmótica, disponibilidade de nutrientes torna os muitos dos microrganismos incapazes de crescer nesses ambientes. Outro aspecto da microbiologia ambiental está associada com o uso de microrganismos para decompor a matéria orgânica no tratamento secundário dos resíduos de esgotos. A avaliação da qualidade desses resíduos é feita através da avaliação quantitativa e qualitativa (ausência de patógenos) para assegurar a correta disposição dos mesmos após o tratamento de efluentes e esgotos (Microbiologia Sanitária)

A Microbiologia do Solo: praticamente todos os microrganismos existentes na natureza possuem representantes no solo. Quando um microbiologista procura um determinado organismo o solo é a sua primeira consulta. Tendo em vista a composição do solo (rochas, minerais, água, gases e matéria orgânica humos) oriunda de vegetais, animais e microrganismos, muitos grupos taxonômicos de microrganismos estão presentes no solo influindo na sua fertilidade, consequentemente também associada à reciclagem dos elementos químicos.

Microbiologia de Alimentos: o microbiologista que se dedica ao estudo dos microrganismos envolvidos com a indústria de alimentos ou de bebidas estão preocupados com o controle da produção, manuseio, processamento, industrialização dos alimentos. Para tanto estuda a contaminação por microrganismos deterioradores e agentes de toxi-infecções alimentares, fermentação para produção de determinados alimentos, bebidas, enzimas, aminoácidos, ciclodextrinas, surfactantes biológicos.

As bebidas alcoólicas como a cerveja, o vinho, cachaça, whisky dentre outras são produzidos por leveduras ou bactérias (Zimomonas mobilis) através da fermentação de carboidratos em etanol. Também micróbios como o Acetobacter e Gluconobacter oxidam o álcool das bebidas aloólicas em ácido acético ou vinagre, condimento bastante utilizado pelas donas de casa.

Ao microbiologista de alimentos está reservado o estudo das bactérias láticas, bolores e leveduras para transformação do leite em diversos tipos de produtos como os mais variados tipos de queijo, manteiga, cremes, iogurtes, dentre outros. Muitos vegetais também são transformados através da acão de bactérias, bolores e leveduras em produtos como a carimã, gari, lafun (mandioca fermentada), chucrute (repolho fermentado), picles (várias verduras fermentadas), soio (soja fermentada), e azeitonas fermentadas. Da mesma forma, produtos de massa e confeitaria são fermentados através da levedura Saccharomyces gerando etanol e anidrido carbônico que dão às massas dos pães e bolos as características desejadas.

Microbiologia Industrial está envolvida com a produção de medicamentos, ácidos orgânicos, bebidas alcoólicas, solventes, combustíveis, suplementos, biosurfactantes, biopolímeros

Há que considerar neste tópico que os microrganismos vêm sendo utilizados para a produção de recuperação terciária de petróleo)

Fonte: www.microbiologia.ufba.br

Microbiologia

O que é Microbiologia?

Microbiologia é muitas vezes incorrectamente classificados como o estudo de germes ou de bactérias.

Enquanto alguns microbiologistas podessam estudar especificamente vírus, também chamado de virologia, ou bactérias, também chamada de bacteriologia, a microbiologia abrange a totalidade do estudo dos organismos microscópicos. Isto inclui o estudo de bactérias, protozoários, fungos, alguns tipos de algas, e muitas vezes os vírus.

As origens deste campo pode ser atribuída a cientistas postulando que pequenas coisas invisível pode afetar outros organismos. Anton van Leeuwenhoek foi capaz de observar pequenas bactérias em um microscópio primitivo, no século 17. Muitos citam a microbiologia de origem médica, tendo sido fundada por Louis Pasteur e Robert Koch, em meados de século 19.

As descobertas mais tarde no século 20, como a descoberta do vírus, se mostrou de grande importância para a medicina. A maioria dos profissionais médicos hoje dão crédito a este campo como uns dos mais importantes trabalhos relacionados com a doença humana que já foi realizado.

A microbiologia médica é apenas uma faceta do campo. Outras subseções de estudo incluem aplicações da ciência à fisiologia, genética, estudos ambientais, biologia evolutiva, e estudos farmacêuticos.

Em cada caso, os micróbios são estudados e o conhecimento sobre eles contribuem para as outras disciplinas. Por exemplo, a compreensão da composição básica dos micróbios e como eles se desenvolvem e morrem é parte de da microbiologia fisiológico. Assim, a avaliação de como os micróbios interagem uns com os outros em um ambiente complexo melhora a nossa compreensão do nosso meio ambiente.

A microbiologia em aplicações simples também podem ajudar as pessoas a compreender algumas das funções básicas dos componentes do cozimento. Por exemplo, os estudos sobre o comportamento da levedura permite que as pessoas entendam como usar eficazmente levedura para fazer pão. Ela também ajuda a explicar por que um pão pode não crescer.

Os cientistas em microbiologia vêem o mundo como composto de números quase incontáveis ??de peças invisíveis minúsculos que nos influenciam de várias maneiras.

A microbiologia está apenas começando como uma ciência. Os cientistas estimam que cerca de 99% dos micróbios existentes em terra não foram ainda estudadas. Isto sugere que a grande aplicação desta ciência pode ainda nos ajudar a entender alguns dos mistérios da vida que ainda deve nos assustar.

Fonte: www.wisegeek.com

Microbiologia

E microrganismos são as formas de vida que, originalmente, só poderiam ser vistas com o auxílio do microscópio óptico (posteriormente, com o microscópio eletrônico).

Elas incluem Bactérias, Fungos, Vírus, Protozoários, Algas unicelulares, Viróides e Prions.

A palavra MICROBIOLOGIA (introduzida em 1899) vem da junção do elemento de composição grego mikrós- , que significa pequeno e é utilizado em inúmeros vocábulos eruditos, principalmente a partir do séculos XIX, e -biologia (grego bíos, vida + grego lógos, estudo, tratado.

O que é

A Microbiologia é classicamente definida como a áre a da ciência que dedica-se ao estudo de organismos, e suas atividades, que soment e podem ser visualizados ao microscópio. Com base neste conceito, a microbiolog ia aborda um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células isoladas ou agrupados em diferentes arranjo s. Assim, a microbiologia envolve o estudo de organismos procarióticos (bactérias, archaeas), eucarióticos (algas, protozoários, fungos) e também seres acelulares ( vírus ).

Fonte: www.microbiologia.vet.br

Microbiologia

A Microbiologia era definida, até recentemente, como a área da ciência que dedica-se ao estudo dos microrganismos, um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células isoladas ou agrupados em diferentes arranjos (cadeias ou massas), sendo que as células, mesmo estando associadas, exibiriam um caráter fisiológico independente.

Assim, com base neste conceito, a microbiologia envolve o estudo de organismos procariotos (bactérias, archaeas), eucariotos inferiores (algas, protozoários, fungos) e também os vírus.

Tipos de microrganismos estudados pelos microbiologistas:

Microbiologia
Bactérias

Microbiologia
Archaea

Microbiologia
Fungos

Microbiologia
Vírus

Microbiologia
Algas

Microbiologia
Protozoários

Esta área do conhecimento teve seu início com os relatos de Robert Hooke e Antony van Leeuwenhoek, que desenvolveram microscópios que possibilitaram as primeiras observações de bactérias e outros microrganismos, além de diversos espécimes biológicos. Embora van Leeuwenhoek seja considerado o "pai" da microbiologia, os relatos de Hooke, descrevendo a estrutura de um bolor, foram publicados anteriormente aos de Leeuwenhoek.

Assim, embora Leeuwnhoek tenha fornecido importantes informações sobre a morfologia bacteriana, estes dois pesquisadores devem ser considerados como pioneiros nesta ciência. Recentemente foi publicado um artigo discutindo a importância de Robert Hooke para o desenvolvimento da Microbiologia.

Microbiologia

Microbiologia
Esquema do microscópio construído por Robert Hooke e um esquema de um fungo observado por este pesquisador.
(Adaptado de Tortora et al., Microbiology - 8 ed)

Classificação dos seres vivos

De acordo com a definição tradicional da microbiologia, esta é uma ciência que até recentemente, era responsável pelo estudo de organismos classificados em três reinos distintos: Monera, Protista e Fungi. No entanto, a partir dos estudos de Carl Woese, a microbiologia passou a estar relacionada a três domínios de seres vivos.

Sistemas de classificação dos seres vivos:

Linnaeus (séc. XVIII): reinos Animal e Vegetal

Haeckel (1866): introdução do reino Protista

Whittaker (1969): 5 reinos, dividos principalmente pelas características morfólogicas e fisiológicas:

Monera: Procariotos
Protista: Eucariotos unicelulares - Protozoários (sem parede celular) e Algas (com parede celular)
Fungi: Eucariotos aclorofilados
Plantae: Vegetais
Animalia: Animais

No entanto, a partir dos estudos de C. Woese (1977), passamos a dispor de um sistema de classificação baseado principalmente em aspectos evolutivos (filogenética), a partir da comparação das sequências de rRNA de diferentes organismos. Com esta nova proposta de classificação, os organismos são agora subdividos em 3 domínios (contendo os 5 reinos), empregando-se dados associados ao caráter evolutivo.

Archaea: Procariotos
Bacteria: Procariotos
Eukarya: Eucariotos

A princípio, acredita-se que estes 3 domínios divergiram a partir de um ancestral comum. Provavelmente os microrganismos eucarióticos atuaram como ancestrais dos organismos multicelulares, enquanto as bactérias e archaeas correspondem a ramos que não evoluíram além do estágio microbiano.

Archaea: são organismos procariotos que, freqüentemente são encontrados em ambientes cujas condições são bastante extremas (semelhantes às condições ambientais primordiais na Terra), sendo por isso, muitas vezes considerados como sendo “ancestrais” das bactérias. No entanto, hoje em dia considera-se as archaeas como um grupo “intermediário” entre procariotos e eucariotos.

Muitos destes organismos são anaeróbios, vivendo em locais "inabitáveis" para os padrões humanos - fontes termais (com temperaturas acima de 100°C), águas com elevadíssimos teores de sal (até 5M de NaCl - limite de dissolução do NaCl), em solos e águas extremamente ácidos ou alcalinos (espécies que vivem em pH 0, outras em pH 10) e muitas são metanogênicas.

Genericamente, podemos dizer que as Archaeas definem os limites da tolerância biológica às condições ambientais.

Bactéria

Corresponde a um enorme grupo de procariotos, anteriormente classificados como eubactérias, representadas pelos organismos patogênicos ao homem, e bactérias encontradas nas águas, solos, ambientes em geral.

Dentre estas, temos as bactérias fotossintetizantes (cianobactérias) e outras quimiossintetizantes (E. coli), enquanto outras utilizam apenas substratos inorgânicos para seu desenvolvimento.

Eukarya

No âmbito microbiológico, compreende as algas, protozoários e fungos (além das plantas e animais).

As algas caracterizam-se por apresentarem clorofila (além de outros pigmentos), sendo encontradas basicamente nos solos e águas.

Os protozoários correspondem a células eucarióticas, apigmentados, geralmente móveis e sem parede celular, nutrindo-se por ingestão e podendo ser saprófitas ou parasitas.

Os fungos são também células sem clorofila, apresentando parede celular, realizando metabolismo heterotrófico, nutrindo-se por absorção.

Como mencionado anteriormente, os vírus são também assunto abordado em microbiologia, embora, formalmente, não exibam as características celulares, no sentido de não apresentarem metabolismo próprio, de conterem apenas um tipo de ácido nucléico, etc.

A Microbiologia na atualidade

A definição clássica de "microbiologia" mostra-se bastante imprecisa, e até mesmo inadequada, frente aos dados da literatura publicados nesta última década.

Como exemplo pode-se citar duas premissas que já não podem mais ser consideradas como verdade absoluta na conceituação desta área de conhecimento: as dimensões dos microrganismos e a natureza independente destes seres.

Em 1985 foi descoberto um organismo, denominado Epulopiscium fischelsoni que, a partir de 1991, foi definido como sendo o maior procarioto já descrito, exibindo cerca de 500 µm de comprimento. Esta bactéria foi isolada do intestino de um peixe marinho (Surgeonfish, peixe barbeiro ou cirurgião), encontrado nas águas da Austrália e do Mar Vermelho. Além de apresentar dimensões nunca vistas, tal bactéria mostra-se totalmente diferente das demais quanto ao processo de divisão celular, que ao invés de ser por fissão binária, envolve um provável tipo de reprodução vivíparo, levando à formação de pequenos “glóbulos”, que correspondem às células filhas.

Microbiologia
Comparação entre o tamanho de uma célula de Epulopiscium e 4 paramécios
(Adaptado do livro Brock Biology of Microorganisms, 10 Ed., 2003)

Mais recentemente, em 1999, outro relato descreve o isolamento de uma bactéria ainda maior, isolada na costa da Namíbia. Esta, denominada Thiomargarita namibiensis, pode ser visualizada a olho nú, atingindo até cerca de 0,8 mm de comprimento e 0,1 a 0,3 mm de largura.

Microbiologia
Microscopia de luz polarizada, revelando os grânulos de enxôfre no interior da bactéria Thiomargarita namibiensis

Microbiologia
Comparação entre a bactéria Thiomargarita namibiensis e uma Drosophila

Como analisar a questão do tamanho dos microrganismos?

Durante muito tempo se acreditava que o tamanho das bactérias era imposto pelo seu próprio metabolismo, ou seja, se a bactéria aumentasse muito em tamanho, ela seria incapaz de se manter viável e morreria.

Tal fato decorre da seguinte dedução: A área superficial da membrana citoplasmática seria o fator limitante para a eficiência das trocas com o meio externo.

Sabendo-se que a área de uma esfera é calculada pela fórmula e que o volume de uma esfera é obtido pela fórmula , a medida que a área aumenta, seu volume aumenta muito mais rapidamente. Assim, se uma bactéria começasse a crescer, aumentando sua área, a proporção área/volume diminuiria. Isto faria com que a célula passasse a apresentar um volume muito grande, sendo que sua área superficial seria insuficiente, em termos de trocas através da membrana, para manter sua viabilidade.

A partir dos isolados de bactérias “gigantes”, o conceito da limitação de tamanho bacteriano vem sendo abandonado, pois não há mais como questionar a existência e viabilidade destas bactérias e, possivelmente, novos relatos serão incorporados, deixando de ser meras curiosidades.

Uma das explicações mais prováveis para tal fato reside na existência de grandes mesossomos nestes tipos bacterianos, refutando assim a hipótese de que tais estruturas seriam meros artefatos de microscopia. Novos estudos vêm sendo realizados, os quais estão trazendo informações sobre outras estratégias desenvolvidas pelos microrganismos para que sobrevivam, quando apresentam dimensões extremamente maiores que os microrganismos "convencionais".

Microrganismos atuando como seres multicelulares

Outro aspecto que vem sendo demonstrado refere-se ao caráter “multicelular” das bactérias. Embora estas exibam a capacidade de sobreviver como uma célula única, realizando os processos metabólicos necessários à sua perpetuação, quando as bactérias encontram-se associadas, formando colônias, ou biofilmes (estruturas rígidas, adesivas, de natureza geralmente polissacarídica, que encontram-se fortemente ancoradas às superfícies, criando um ambiente protegido que possibilita o crescimento microbiano), estas passam a se comportar de forma social, exibindo divisão de tarefas e alterando seu perfil fisiológico de forma a apresentar uma cooperação que reflete-se em diferentes níveis metabólicos.

Sabe-se que muitos genes de virulência são expressos somente quando a densidade populacional atinge um determinado ponto. Da mesma forma, a capacidade de captar DNA do meio externo, a bioluminescência, etc, envolvem a percepção da densidade populacional por parte das bactérias. Este tipo de mecanismo de comunicação é denominado “sensor de quorum” (quorum sensing) e vem sendo amplamente estudado nas mais diferentes áreas da Microbiologia, uma vez que foi descrito tanto para bactérias como para fungos.

Estudos com bactérias primitivas

Ainda em relação às novas pesquisas desenvolvidas na área de Microbiologia, temos o cultivo de bactérias pré-históricas, visando a busca de compostos com atividade antimicrobiana ou de interesse comercial. Neste sentido, empresas foram criadas (“Ambergene”), especializadas na reativação de formas bacterianas latentes, isoladas de insetos preservados em âmbar. Os resultados obtidos revelam a reativação de mais de 1200 espécies bacterianas, apresentando de 2 a até 135 milhões de anos.

Em 2000, foi publicado um relato descrevendo o isolamento e cultivo de uma espécie bacteriana a partir do líquido contido em um cristal de sal de 250 milhões de anos. Os estudos de seqüenciamento do DNA que codifica o RNA ribossomal 16S indicam que o organismo pertence ao gênero Bacillus, uma bactéria em forma de bastonete, Gram positiva, com a capacidade de formar endósporos. Até o momento, esta corresponde à espécie bacteriana mais antiga.

Microbiologia
Inseto de onde foi retirada a bactéria (provavelmente Bacillus), de 135 milhões de anos

Microbiologia
Aspecto das colônias crescidas em meio sólido

A questão da vida em marte

Em 1997, foram publicados relatos de expedições da NASA a Marte, sugerindo a presença de possíveis microrganismos (“nanobactérias”) em espécimes minerais, sendo que achados semelhantes foram também detectados em partículas de meteoritos de Marte, que atingiram a Terra. A favor desta hipótese há o achado de microrganismos que decompõem minerais, frequentemente isolados das profundezas marinhas (A cerca de 1,5 km abaixo do solo).

Os meteoritos apresentam carbono, fósforo, nitrogênio, além da presença de água. Já em relação às condições ambientais de Marte (muito frio), temos como contra-argumento o isolamento de Archaea a partir de ambientes absolutamente inóspitos, inicialmente comsiderados como inadequados à vida.

De acordo com alguns pesquisadores, não é absurdo considerar que a vida surgiu em Marte, pois estudos com o meteorito Nakhla, que caiu em 1911 no Egito, com aparentemente de 1,3 bilhões de anos, revelam a presença de elementos cocóides, potenciais fósseis bacterianos, variando de 0,25 a 2,0 µm de tamanho, o que seria correspondente ao tamanho médio atual das bactérias. Curiosamente, estas formas ovais apresentam um teor maior de carbono no seu interior que nas áreas ao seu redor. Além disso, exibem também um elevado teor de óxido de ferro, um composto comum em células fossilizadas.

Recentemente, a NASA enviou outra sonda para Marte e os dados recebidos reforçam cada vez mais a idéia da existência anterior de vida em Marte, devido aos achados da possível ocorrência de água naquele planeta.

Assim, com base nestes novos achados e principalmente com estudos envolvendo as Archaea, a microbiologia vem levantando uma série de questões quanto à fisiologia e o metabolismo celular, além de questionar permanentemente os limites das condições de vida.

Ubiqüidade dos microrganismos

Os microrganismos são os menores seres vivos existentes, encontrando-se em uma vasta diversidade de ambientes e desempenhando importantes papéis na natureza. Este grupo caracteriza-se por ser completamente heterogêneo, tendo com única característica comum o pequeno tamanho dos organismos.

Acredita-se que cerca de metade da biomassa do planeta seja constituída pelos microrganismos, sendo os 50% restantes distribuídos entre plantas (35%) e animais (15%).

Em termos de habitat, os microrganismos são encontrados em quase todos os ambientes, tanto na superfície, como no mar e subsolo. Desta forma, podemos isolar microrganismos de fontes termais, com temperaturas atingindo até 130°C (clique aqui para ler o relato do isolamento de um procarioto cujo máximo de temperatura de crescimento foi definido como 130°C); de regiões polares, com temperaturas inferiores a -10°C; de ambientes extremamente ácidos (pH=1) ou básicos (pH=13). Alguns sobrevivem em ambientes extremamente pobres em nutrientes, assemelhando-se à água destilada. Há ainda aqueles encontrados no interior de rochas na Antártida.

Em termos metabólicos, temos também os mais variados tipos, desde aqueles com vias metabólicas semelhantes a de eucariotos superiores, até outros que são capazes de produzir ácido sulfúrico, ou aqueles capazes de degradar compostos pouco usuais como cânfora, herbicidas, petróleo, etc.

Uma vez que os microrganismos precederam o homem em bilhões de anos, pode-se dizer que nós evoluímos em seu mundo e eles em nosso. Desta forma, não é de se estranhar que a associação homem-microrganismo mostra-se com grande complexidade, com os microrganismos habitando nosso organismo, em locais tais como a pele, intestinos, cavidade oral, nariz, ouvidos e trato genitourinário. Embora a grande maioria destes microrganismos não causem qualquer dano, compondo a denominada “microbiota normal”, algumas vezes estes podem originar uma série de doenças, com maior ou menor gravidade. Nesta classe de organismos estão aqueles denominados patogênicos e potencialmente patogênicos.

Sabe-se que em cerca de 1013 células de um ser humano podem ser encontradas, em média, cerca de 1014 células bacterianas. No homem, estas se encontram em várias superfícies, especialmente na cavidade oral e trato intestinal.

Principais funções dos microrganismos na natureza

Além de seu importante papel como componentes da microbiota residente de animais e plantas, em nosso dia a dia convivemos com os mais diversos produtos microbiológicos “naturais” tais como: vinho, cerveja, queijo, picles, vinagre, antibióticos, pães, etc. Paralelamente, não pode ser deixada de lado a importância dos processos biotecnológicos, envolvendo engenharia genética, que permitem a “criação” de novos microrganismos, com as mais diversas capacidades metabólicas.

Os microrganismos desempenham também um importante papel nos processos geoquímicos, tais como o ciclo do carbono e do nitrogênio, sendo genericamente importantes nos processos de decomposição de substratos e sua reciclagem.

Dentre os compostos utilizados como substrato temos, alguns de grande importância atualmente: DDT, outros pesticidas, cânfora, etc.

O carbono encontra-se na atmosfera primariamente como CO2, sendo utilizado pelos organismos fotossintetizantes, para sua nutrição. Virtualmente, a energia para o desenvolvimento da vida na Terra é derivada, em última análise, a partir da luz solar.

Esta é captada pelas plantas e microrganismos fotossintetizantes (algas e bactérias), que convertem o CO2 em compostos orgânicos, através da reação:

CO2 + H2O => (CH2O)n + O2

Os herbívoros alimentam-se de plantas e os carnívoros alimentam-se dos herbívoros.

O CO2 atmosférico torna-se disponível para a utilização na fotossíntese origina-se de duas fontes biológicas principais:

1) 5 a 10% a partir de processos de respiração e
2)
90 a 95% oriundos da degradação (decomposição ou mineralização) microbiana de compostos orgânicos.

Em termos de ciclo global, há um balanço entre o consumo de CO2 na fotossíntese e sua produção através da mineralização e respiração. Este balanço, no entanto, vem sendo fortemente alterado por atividades humanas, tais como a queima de combustíveis fósseis, promovendo um aumento da qualntidade de CO2 atmosférico, resultando no conhecido “efeito estufa”.

A celulose existente nas plantas, embora seja um substrato extremamente abundante na Terra, não é utilizável pela vasta maioria dos animais. Por outro lado, vários microrganismos, incluindo fungos, bactérias e protozoários a utilizam, como fonte de carbono e energia. Destes microrganismos, muitos encontram-se no trato intestinal de vários herbívoros e nos cupins.

Muitos compostos tóxicos podem ser degradados por microrganismos, dentre eles, policlorados, DDT, pesticidas.

Outra abordagem que tem se mostrado de grande valia para o homem refere-se à introdução de genes bacterianos em outros organismos (ditos transgênicos), tais como plantas. Assim, está em franco desenvolvimento a obtenção de plantas transgênicas resistentes a pesticidas ou ao ataque de insetos.

Microrganismos como agentes de doenças

Os microrganismos, eventualmente provocam doenças no homem, outros animais e plantas. Apesar dos enormes avanços em relação ao tratamento de doenças infecciosas, estas vêm se tornando novamente um tema preocupante, em virtude do crescente surgimento de linhagens bacterianas cada vez mais resistentes às drogas. Atualmente, a Organização Mundial da Saúde vem demonstrando crescente interesse nas doenças emergentes e re-emergentes, de origem infecciosa.

Abaixo apresentamos um quadro cronológico que deixa clara tais preocupações, em relação ao número de mortes provocadas por doenças infecciosas.

Importância da Microbiologia

É uma área da Biologia que tem grande importância seja como ciência básica ou aplicada.

Básica: estudos fisiológicos, bioquímicos e moleculares (modelo comparativo para seres superiores). => Microbiologia Molecular
Aplicada:
processos industriais, controle de doenças, de pragas, produção de alimentos, etc.

Áreas de estudo:

Odontologia: Estudo de microrganismos associados à placa dental, cárie dental e doenças periodontais. Estudos com abordagem preventiva.
Medicina e Enfermagem: -
Doenças infecciosas e infecções hospitalares.
Nutrição:
- Doenças transmitidas por alimentos, Controle de qualidade de alimentos, Produção de alimentos (queijos, bebidas).
Biologia:
- Aspectos básicos e biotecnológicos. Produção de antibióticos, hormônios (insulina, GH), enzimas (lipases, celulases), insumos (ácidos, álcool), Despoluição (Herbicidas - Pseudomonas, Petróleo), Bio-filme (Acinetobacter), etc.
BIOTECNOLOGIA
- Uso de microrganismos com finalidades industriais, como agentes de biodegradação, de limpeza ambiental, etc.

Um breve histórico da importância da microbiologia

Efeitos das doenças nas civilizações

Talvez um dos aspectos mais negligenciados quando se estuda a microbiologia refere-se às profundas mudanças que ocorreram no curso das civilizações, decorrentes das doenças infecciosas.

De forma geral, as doenças provocavam um abatimento físico e moral da população e das tropas, muitas vezes influenciando no desenrolar e no resultado de um conflito.

A própria mobilização de tropas, resultando em uma aglomeração, muitas vezes longa, de soldados, em ambientes onde as condições de higiene e de alimentação eram geralmente inadequadas, também colaborava na disseminação de doenças infecciosas, para as quais nnao exisitam recursos terapêuticos.

Paralelamente, em áreas urbanas em franca expansão, os problemas mencionados acima eram também de grande importância, pois rapidamente as cidades cresciam, sendo que as instalações sanitárias geralmente eram completamente precárias.

Com a prática do comércio entre as diferentes nações emergentes, passou a haver a disseminação dos organismos para outras populações, muitas vezes susceptíveis a aqueles agentes infecciosos.

Abaixo listaremos, brevemente, um pequeno histórico com alguns exemplos dos efeitos das doenças microbianas no desenvolvimento de diferentes civilizações.

O declínio do Império Romano, com Justiniano (565 AC), foi acelerado por epidemias de peste bubônica e varíola. Muitos habitantes de Roma foram mortos, deixando a cidade com menos poder para suportar os ataques dos bárbaros, que terminaram por destruir o Império.

Durante a Idade Média varias novas epidemias se sucederam, sendo algumas amplamente disseminadas pelos diferentes continentes e outras mais localizadas.

Dentre as principais moléstias pode-se citar: Tifo, varíola, sífilis, cólera e peste.

Em 1346, a população da Europa, Norte da África e Oriente Médio era de cerca de 100 milhões de habitantes. Nesta época houve uma grande epidemia da peste, que disseminou-se através da “rota da seda” (a principal rota mercante para a China), provocando um grande número de mortes na Ásia e posteriormente espalhando-se pela Europa, onde resultou em um total de cerca de 25 milhões de pessoas, em poucos anos.

Novas epidemias da peste ocorreram nos séculos XVI e XVII, sendo que no século XVIII (entre 1720 e 1722), uma última grande epidemia ocorreu na França, matando cerca de 60% da população de Marselha, de Toulon,. 44% em Arles, 30% em Aix e Avignon.

A epidemia mais recente de peste originou-se na China, em 1892, disseminando-se pela Índia, atingindo Bombaim em 1896, sendo responsável pela morte de cerca de 6 milhões de indivíduos, somente na Índia.

Antes da II Guerra Mundial, o resultado das guerras era definido pelas armas, estratégias e “pestilência”, sendo esta última decisiva. Em 1566, Maximiliano II da Alemanha reuniu um exército de 80.000 homens para enfrentar o Sultão Soliman da Hungria. Devido a uma epidemia de tifo, o exército alemão foi profundamente dizimado, sendo necessária a dispersão dos sobrevivente, impedindo assim a expulsão das hordes de tribos orientais da Europa nesta época.

Na guerra dos 30 anos (1618-1648), onde protestantes se revoltaram contra a opressão dos católicos, além do desgaste decorrente da longa duração do confronto, as doenças foram determinantes no resultado final.

Na época de Napoleão, em 1812, seu exército foi quase que completamente dizimado por tifo, disenteria e pneumonia, durante campanha de retirada de Moscou. No ano seguinte, Napolãeo havia recrutado um exército de 500.000 jovens soldados, que foram reduzidos a 170.000, sendo cerca de 105.000 mortes decorrentes das batalhas e 220.000 decorrentes de doenças infecciosas.

Em 1892, outra epidemia de peste bubônica, na China e Índia, foi responsável pela morte de 6 milhões de pessoas.

Até a década de 30, este era quadro, quando Alexander Fleming, incidentalmente, descobriu um composto produzido por um fungo do gênero Penicillium, que eliminava bactérias do gênero Staphylococcus, um organismo que pode produzir uma vasta gama de doenças no homem. este composto - denominado penicilina - teve um papel fundamental na desfecho da II Guerra Mundial, uma vez que passou a ser administrado às tropas aliadas, enquanto o exército alemão continuava a sofrer pesadas baixas no campo de batalha.

Além destas epidemias, vale ressaltar a importância das diferentes epidemias de gripe que assolaram o mundo e que continuam a manifestar-se de forma bastante intensa até hoje. Temos ainda o problema mundial envolvendo a AIDS, o retorno da tuberculose (17 milhões de casos no Brasil) e do aumento progressivo dos níveis de resistência aos agentes antimicrobianos que vários grupos de bactérias vêm apresentando atualmente.

Fonte: www.unb.br

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