• Objectivos de aprendizagem
• Clinical Focus: Nataliya, Resolução
• Pensar no assunto
• Alimentar o mundo... e as algas do mundo
• Conceitos-chave e resumo

Objectivos de aprendizagem

• Ilustrar e descrever sucintamente os requisitos de temperatura mínima, óptima e máxima para o crescimento
• Identificar e descrever diferentes categorias de micróbios com requisitos de temperatura para o crescimento: psicrófilos, psicrotróficos, mesófilos, termófilos, hipertermófilos
• Dar exemplos de microrganismos em cada categoria de tolerância à temperatura

Quando se iniciou a exploração do Lago Whillans, na Antárctida, os investigadores não esperavam encontrar muita vida. As temperaturas negativas constantes e a falta de fontes óbvias de nutrientes não pareciam ser condições que suportassem um ecossistema próspero. Para surpresa dos investigadores, as amostras retiradas do lago revelaram uma vida microbiana abundante.no fundo do oceano, em fontes marinhas, onde as temperaturas podem atingir 340 °C (700 °F).

Os micróbios podem ser classificados, grosso modo, de acordo com a gama de temperaturas a que podem crescer. As taxas de crescimento são mais elevadas nas temperatura óptima de crescimento A temperatura mais baixa a que o organismo pode sobreviver e reproduzir-se é a sua temperatura mínima de crescimento A temperatura mais elevada a que o crescimento pode ocorrer é a temperatura máxima de crescimento As seguintes gamas de temperaturas de crescimento permissivas são apenas aproximadas e podem variar em função de outros factores ambientais.

Organismos classificados como mesófilos ("middle loving") estão adaptados a temperaturas moderadas, com temperaturas óptimas de crescimento que variam entre a temperatura ambiente (cerca de 20 °C) e cerca de 45 °C. Como seria de esperar da temperatura central do corpo humano, 37 °C (98,6 °F), a microbiota humana normal e os agentes patogénicos (por exemplo E. coli , Salmonela spp. e Lactobacilos spp.) são mesófilos.

Organismos chamados psicrotróficos Também conhecidos como psicrotolerantes, preferem ambientes mais frios, desde uma temperatura elevada de 25 °C até à temperatura de refrigeração de cerca de 4 °C. Encontram-se em muitos ambientes naturais em climas temperados. São também responsáveis pela deterioração dos alimentos refrigerados.

Clinical Focus: Nataliya, Resolução

Este exemplo conclui a história de Nataliya que começou em Como os micróbios crescem e Requisitos de oxigénio para o crescimento microbiano.

A presença de Listeria no sangue de Nataliya sugere que os seus sintomas são devidos a listeriose , uma infeção causada por L. monocytogenes A listeriose é uma infeção grave com uma taxa de mortalidade de 20% e constitui um risco particular para o feto de Nataliya. Uma amostra do líquido amniótico foi submetida a uma cultura para detetar a presença de Listeria Dado que a ausência de organismos não exclui a possibilidade de infeção, um teste molecular baseado na amplificação do ácido nucleico do ARN ribossómico 16S de Listeria Felizmente, os resultados do teste molecular também foram negativos.

Nataliya foi internada no hospital para tratamento e recuperação. Recebeu uma dose elevada de dois antibióticos por via intravenosa durante 2 semanas. Os medicamentos preferidos para o tratamento da listeriose são a ampicilina ou a penicilina G com um antibiótico aminoglicosídeo. A resistência aos antibióticos comuns ainda é rara em Listeria A doente teve alta para o domicílio ao fim de uma semana e recuperou totalmente da infeção.

L. monocytogenes é um bastonete curto gram-positivo que se encontra no solo, na água e nos alimentos. É classificado como psicrófilo e é halotolerante. A sua capacidade de se multiplicar a temperaturas de refrigeração (4-10 °C) e a sua tolerância a elevadas concentrações de sal (até 10% de cloreto de sódio [NaCl]) tornam-no uma fonte frequente de intoxicação alimentar. Listeria A contaminação de alimentos comerciais pode muitas vezes ser atribuída a biofilmes persistentes que se formam em equipamentos de fabrico que não são suficientemente limpos.

A infeção por Listeria é relativamente comum entre as mulheres grávidas, porque os níveis elevados de progesterona desregulam o sistema imunitário, tornando-as mais vulneráveis à infeção. O agente patogénico pode atravessar a placenta e infetar o feto, resultando frequentemente em aborto espontâneo, nado-morto ou infeção neonatal fatal. As mulheres grávidas são, por isso, aconselhadas a evitar o consumo de queijos de pasta mole, produtos refrigerados de frio e outros produtos de origem animal.cortes, marisco fumado e produtos lácteos não pasteurizados. Porque Listeria As bactérias podem ser facilmente confundidas com difteróides, outro grupo comum de bastonetes gram-positivos, pelo que é importante alertar o laboratório quando se suspeita de listeriose.

Os organismos retirados de lagos árcticos como o Lago Whillans são considerados extremos psicrófilos (Os psicrófilos são microrganismos que podem crescer a 0 °C ou menos, têm uma temperatura óptima de crescimento próxima de

15 °C, e normalmente não sobrevivem a temperaturas superiores a 20 °C. Encontram-se em ambientes permanentemente frios, como as águas profundas dos oceanos. Por serem activos a baixas temperaturas, os psicrófilos e psicrotróficos são importantes decompositores em climas frios.

Figura 1. Uma fumarola negra no fundo do oceano expele água quente, rica em químicos, e aquece as águas circundantes. As fontes marinhas proporcionam um ambiente extremo que, no entanto, está repleto de vida macroscópica (os vermes vermelhos) apoiada por um ecossistema microbiano abundante. (crédito: NOAA)

Os organismos que crescem a temperaturas óptimas de 50 °C a um máximo de 80 °C são designados por termófilos (Os termófilos estão amplamente distribuídos em fontes termais, solos geotérmicos e ambientes artificiais, como pilhas de compostagem de jardim, onde os micróbios decompõem restos de cozinha e material vegetal. Exemplos de termófilos incluem Thermus aquaticus e Geobacilos spp. Mais acima na escala de temperaturas extremas encontramos as hipertermófilos As fontes hidrotermais no fundo do oceano são um excelente exemplo de ambientes extremos, com temperaturas que atingem um valor estimado de 340 °C (Figura 1).

Os micróbios isolados dos respiradouros atingem um crescimento ótimo a temperaturas superiores a 100 °C. Exemplos dignos de nota são Pirobolo e Pirodictium A Figura 2 mostra as curvas distorcidas típicas do crescimento dependente da temperatura para as categorias de microrganismos que discutimos.

Figura 2: O gráfico mostra a taxa de crescimento das bactérias em função da temperatura. Repare que as curvas estão inclinadas para a temperatura óptima. Pensa-se que a inclinação da curva de crescimento reflecte a rápida desnaturação das proteínas à medida que a temperatura aumenta para além da temperatura óptima para o crescimento do microrganismo.

A vida em ambientes extremos suscita questões fascinantes sobre a adaptação das macromoléculas e dos processos metabólicos. As temperaturas muito baixas afectam as células de muitas formas: as membranas perdem a sua fluidez e são danificadas pela formação de cristais de gelo; as reacções químicas e a difusão abrandam consideravelmente; as proteínas tornam-se demasiado rígidas para catalisar as reacções e podem sofrer desnaturação. No extremo oposto daAlgumas das aplicações práticas dos efeitos destrutivos do calor sobre os micróbios são a esterilização por vapor, a pasteurização e a incineração de alças de inoculação. As proteínas dos psicrófilos são, em geral, ricas em resíduos hidrofóbicos e apresentam um aumento de flexibilidade,As proteínas anticongelantes e os solutos que diminuem a temperatura de congelação do citoplasma são comuns. Os lípidos das membranas tendem a ser insaturados para aumentar a fluidez. As taxas de crescimento são muito mais lentas do que as encontradas a temperaturas moderadas. em condições adequadas,As culturas líquidas de bactérias são misturadas com soluções estéreis de glicerol e congeladas a -80 °C para armazenamento a longo prazo como reservas. As culturas podem resistir à liofilização e depois ser armazenadas como pós em ampolas seladas para serem reconstituídas com caldo quando necessário.

As macromoléculas dos termófilos e hipertermófilos apresentam algumas diferenças estruturais notáveis em relação ao que se observa nos mesófilos. A proporção de lípidos saturados em relação aos poli-insaturados aumenta para limitar a fluidez das membranas celulares. As suas sequências de ADN apresentam uma maior proporção de bases azotadas guanina-citosina, que se mantêm unidas por três ligações de hidrogénio, em contraste com a adenina e aAs ligações iónicas e covalentes secundárias adicionais, bem como a substituição de aminoácidos-chave para estabilizar a dobragem, contribuem para a resistência das proteínas à desnaturação. As chamadas termoenzimas purificadas de termófilos têm importantes aplicações práticas. Por exemplo, a amplificação de ácidos nucleicos na reação em cadeia da polimerase (PCR) depende da estabilidade térmica do Taq polimerase , uma enzima isolada de T. aquaticus As enzimas de degradação dos termófilos são adicionadas como ingredientes aos detergentes de água quente, aumentando a sua eficácia.

Pensar no assunto

• Quais são os requisitos de temperatura da maioria dos agentes patogénicos bacterianos humanos?
• Que adaptação do ADN é que os termófilos apresentam?

Alimentar o mundo... e as algas do mundo

Os adubos artificiais tornaram-se uma ferramenta importante na produção de alimentos em todo o mundo. São responsáveis por muitos dos ganhos da chamada revolução verde do século XX, que permitiu ao planeta alimentar muitos dos seus mais de 7 mil milhões de habitantes. Os adubos artificiais fornecem azoto e fósforo, nutrientes limitantes essenciais, às plantas cultivadas, removendo as barreiras normais queAssim, as culturas fertilizadas crescem muito mais depressa e as explorações agrícolas que utilizam fertilizantes produzem colheitas mais elevadas.

No entanto, está demonstrado que a utilização descuidada e excessiva de fertilizantes artificiais tem impactos negativos significativos nos ecossistemas aquáticos, tanto de água doce como marinhos. Os fertilizantes que são aplicados em alturas inadequadas ou em quantidades demasiado grandes permitem que os compostos de azoto e fósforo escapem à utilização pelas plantas cultivadas e entrem nos sistemas de drenagem.Quando a água aquece e os nutrientes são abundantes, as algas microscópicas florescem, mudando frequentemente a cor da água devido à elevada densidade celular.

A maioria proliferação de algas À medida que a população de algas se expande e depois morre, fornece um grande aumento de matéria orgânica às bactérias que vivem em águas profundas. Com este grande fornecimento de nutrientes, a população de microrganismos não fotossintéticos explode, consumindo o oxigénio disponível e criando " zonas mortas ", onde a vida animal praticamente desapareceu.

Figura 3. Chuvas intensas provocam o escoamento de fertilizantes para o Lago Erie, desencadeando uma extensa proliferação de algas, que pode ser observada ao longo da costa. Repare nos terrenos agrícolas castanhos não plantados e verdes plantados na costa. (crédito: NASA)

O esgotamento do oxigénio na água não é a única consequência nociva de algumas proliferações de algas. As algas que produzem as marés vermelhas no Golfo do México, Karenia brevis O consumo de moluscos contaminados pode causar sintomas neurológicos e gastrointestinais graves nos seres humanos. Os bancos de moluscos têm de ser regularmente monitorizados para detetar a presença de toxinas, e as colheitas são frequentemente interrompidas quando estas estão presentes, o que implica custos económicos para a pesca. As cianobactérias, que podemformam florescências em ecossistemas marinhos e de água doce, produzem toxinas chamadas microcistinas A proliferação recorrente de algas cianobacterianas no Lago Erie (Figura 3) obrigou os municípios a decretarem proibições de consumo de água potável durante vários dias devido a níveis inaceitáveis de toxinas.

Esta é apenas uma pequena amostra das consequências negativas da proliferação de algas, das marés vermelhas e das zonas mortas. No entanto, os benefícios dos fertilizantes para as culturas - a principal causa de tais florescências - são difíceis de contestar. Não existe uma solução fácil para este dilema, uma vez que a proibição dos fertilizantes não é política nem economicamente viável. Em vez disso, temos de defender uma utilização e uma regulamentação responsáveis na agricultura e na indústria.contextos residenciais, bem como a recuperação de zonas húmidas, que podem absorver o excesso de fertilizantes antes de estes chegarem aos lagos e oceanos.

Este vídeo aborda mais pormenorizadamente a proliferação de algas e as zonas mortas.

Conceitos-chave e resumo

• Os microrganismos desenvolvem-se numa vasta gama de temperaturas; colonizaram diferentes ambientes naturais e adaptaram-se a temperaturas extremas. Tanto o frio como o calor extremos exigem ajustamentos evolutivos das macromoléculas e dos processos biológicos.
• Psicrófilos crescem melhor na gama de temperaturas de 0-15 °C, enquanto que psicrotróficos prosperar entre 4°C e 25 °C.
• Mesófilos crescem melhor a temperaturas moderadas, entre 20 °C e cerca de 45 °C. Os agentes patogénicos são geralmente mesófilos.
• Termófilos e hipertemófilos estão adaptados à vida a temperaturas superiores a 50 °C.
• As adaptações às temperaturas frias e quentes requerem alterações na composição dos lípidos e proteínas das membranas.