Eco Microbiana 2010 - ICB-USP

Comunicação Microbiana: as palavras
Ecologia Microbiana:
Estuda a relação entre os microrganismos e seus
ambientes bióticos e abióticos.
Estrutura trófica:
Produtores
Indivíduo
Indivíduo
População
População
Indivíduo
Consumidores
(Decompositores)
Indivíduo
População
População
Indivíduo
População
Indivíduo
População
HABITAT
Substâncias inorgânicas
Comunidade
Ecossistema
Compostos orgânicos
Ambientes e Fatores físicos
Comunicação Microbiana: as orelhas e o cérebro
Comunicação Microbiana: consequências
80
Distance 60
above
surface 40
(µ
µm)
20
0
Wild type
Comunicação Microbiana: consequências
lasI mutant +
autoinducer
Comunicação Microbiana: consequências
Furanona
Bactérias
Promoção de
crescimento e
persistência
lasI mutant
HSL
HSL
Apoptose
Formação de biofilme
Produção de fatores de
virulência
Células do
hospedeiro:
Macrófagos, células
epiteliais, fibroblastos
Neutrófilos
Fatores quimiotáticos:
(ex. IL-8, MIP-2)
Tateda et al., (2003)
1
Componentes do Ecossistema
pH
•
Substâncias inorgânicas: CO2, H2O, H2, NH4, nitratos, etc.
•
Compostos orgânicos: proteínas, carboidratos, lipídios, acidos húmcio0s,
celulose, hidrocarbonetos, pesticidas, etc.
hipertermófilas
Acidófilas 1,8- 5
termófilas
Neutrófilas 5-9
•
Fatores físicos: Temperatura, pH, pressão etc...
•
Produtores: organismos autotróficos, que elaboram alimentos a partir de
substâncias inorgânicas simples.
Alcalófilas 9-11
•
Consumidores: organismos heterotróficos, que ingerem outros organismos ou
matéria orgânica particulada.
•
Decompositores: organismos heterotróficos, que degradam compostos
complexos de protoplasmas mortos, absorvem alguns produtos em
decomposição e liberam substâncias simples que reintegram os ciclos na
natureza.
Salinidade( pressão osmótica)
- NaCl
mesófilas
psicrófilas
não halófilas <0,05%
Halófilas 3 a >15%
Halófilas extremas 15 a 25%
Halófilas x Halotolerantes
Ambientes extremos
Ecossistema: Escala
Ambientes ácidos
Lagos alcalinos
Gêiseres
Antártica
Antártica
Vulcões
Marte ?
Ecologia Microbiana: Informações
Ecossistema: Crescimento de Microrganismos
⇒ Crescimento é intermitente!
Fases curtas de crescimento rápido,mesmo exponencial são
intercaladas por fases longas de crescimento lento ou de latência,
pois o fluxo de nutrinetes geralmente é muito variável.
⇒ Crescimento é frequentemente limitado pelo aporte de nutrientes,
como, por exemplo, oxigênio:
Quem?
Aonde?
Quão ativo?
2
Ecossistema: Crescimento de Microrganismos
Acesso a substratos
Importância do estresse para a estabilidade de
comunidades microbianas
Estresse : Alteração abrupta das condições de
funcionamento do ecosistema
Geralmente afeta o fluxo de energia (nutrientes)
pelo ecosistema ou a taxa de sua metabolização.
Alterações lentas propiciam adaptação
Resulta em criação de novos nichos ecológicos
e, portanto, aumento da competição interna no
ecosistema
Mecanismo importante de manutenção da
biodiversidade de um ecosistema.
Fase planctônica
Biofilme
Ecologia Microbiana: Interações
Quanto mais complexa a comunidade
> a densidade populacional ???
> as interações envolvidas
Comunidades estabilizadas:
mais interações positivas entre os organismos autóctones
composição e densidade de indivíduos de uma espécie
podem variar muito
podem se tornar suscetíveis a estresses ambientais
Microrganismos alóctones:
sofrem interações negativas com organismos autóctones
que também limitam a densidade populacional
Complexidade da comunidade:
Maior em ambientes oligotróficos do que em ambientes
heterotróficos.
Neutralismo: Falta de interação entre 2 populações
Interações com o Ambiente Abiótico:
Respostas Táxicas
Respostas táxicas são deslocamentos de bactérias ao longo de
gradientes de condições ambientais, preconizam a existência de
um sistema fisiológico de detecção e análise destes gradientes.
Fototaxia
Quimiotaxia
Magnetotaxia – usam o campo geomagnético da terra para se
orientar através do ambiente
Comensalismo:
Em teoria ocorre entre:
interação benéfica para uma
parte da população e neutra para
a outra parte.
populações com capacidades
metabólicas diferentes;
Populações distantes uma da outra:
organismos em ambientes;
oligotróficos (oceanos, atmosfera)
populações com baixa densidade
populacional e/ou baixa atividade
metabólica: gelo, subsolo.
Esporos e organismo em estado de
latência metabólica
Na prática:
é difícil evitar interações indiretas
entre populações microbianas
metabolicamente ativas de um
mesmo habitat
Oxigênio
Metano
Viabilização do crescimento de
organismos anaeróbios em
ambientes aeróbios
3
Comensalismo:
interação benéfica para uma
parte da população e neutra para
a outra parte.
Simbiose:
todos os organismos que participam da
interação se beneficiam dela
(sinergismo/mutualismo/sintrofismo)
líquens
Methanobacillus
omelianskii
Viabilização do crescimento de
organismos em ambientes onde não
heveria substratos disponíveis
Simbiose:
todos os organismos que participam da
interação se beneficiam dela
(sinergismo/mutualismo/sintrofismo)
As diferentes espécies participantes da
simbiose podem sobreviver em
ambientes naturais independentemente.
Competição: interação onde um dos participantes
acaba sendo eliminado do meio.
Quando 2 populações competem pela mesma fonte
(nutriente, luz, espaço)
competição exclusiva : resulta na exclusão de uma das
populações
Flutuações das condições ambientais permitem alterar o
quadro de vantagens relativas entre competidores e com
isto preservar a presença de organismos menos
competitivos no ambiente.
Fixadoras de nitrogênio e plantas
açúcares
Nitrogênio
(amônia)
Competição: interação onde um dos participantes
acaba sendo eliminado do meio.
Competição entre
bactérias nitrificantes
autotróficas e bactérias
heterotróficas em plantas
de tratamento de esgoto
Amensalismo/Antagonismo:
Uma organismo produz compostos que inibem o
desenvolvimento de outros organismos da comunidade
A microbiota da pele produz ácidos graxos que controlam
leveduras e outros microrganismos.
Produção de etanol pela levedura é inibitória para outros
microrgansmos (+vinho)
Produção de antibióticos
Produção de colicina por bactérias
4
Predação: consumo de uma espécie por outra de
tamanho maior
Parasitismo:
Protozoários em sistemas
de tratamento de esgoto
Opercularia sp.
Ataque de uma espécie menor contra
uma espécie maior com efeitos
negativos para a última (doença/morte)
Longo tempo de contato.
Ecto- ou endoparasitas
Interação específica
Parasitas obrigatórios: vírus, bacteriófagos, patógenos,
Bdellovibrio
Vorticella convallaria
Classificação das Interações entre Populações
0
0
+
0
+
+
+
0 ou +
+
+
+
-
NO2
assimilação
assimilação
N org
NH4+
amonificação
Reservatórios de Nitrogênio
Massa
Rochas e sedimentos: ~2x1023g
Inorgânicos dissolvidos ~2x1019g
Orgânicos terrestres ~3x1017g
Atmosfera:
4x1021g
Orgânicos dissolvidos: 3x1016g
Inorgânicos terrestres: 2x1016g
84
Re
Ácido carbônico
na água
E: 30.000
TT: 224 anos
Precipitação/
bioprecipitação
Combustíveis Fósseis
E: 25.000.000
TT: 3x108anos
aeróbio
Nitrosomonas
-
muitos
nitrificação
organismos
amonificação
desnitrificação
84
Dissolução/
biodeterioração
Carbonato de cálcio em
sedimentos e rochas
E: 18.000.000
TT: 3x108anos
Estoques em x1015g
Nitrobacter
nitrificação
NO2-
consumidores
E: pequeno
TT: curto
Fossilização
Ciclos Biogeoquímicos: Nitrogênio
desnitrificação
FS:
50
pira
ção
qu
ei
m
a
Detritos
E: 2200
TT: 16-40anos
0, sem efeito
NO3-
CO2 na atmosfera
E: 640
TT: 5,4 anos
Respiração/queima
Re s
( Protocooperação )
Mutualismo
Competição
Amensalismo
Parasitismo
Predação
FS: 35
o
Neutralismo
Comensalismo
Sinergismo
Produtores
primários
E: 450
TT: 5,35anos
çã
Efeito
Pop. B
ira
Efeito
Pop. A
sp
Interação
Ciclos Biogeoquímicos: Carbono
muitos
organismos
NO
Clostridium
Azotobacter
Rhizobium
Anabaena
Fixação de
nitrogênio
N2
N2O
desnitrificação
desnitrificação
MV
4x108anos
2x105anos
1-40anos
4x107anos
1mês
<1ano
Bacillus
Paracoccus
Pseudomonas
e muitos outros
Anóxico/
anaeróbio
Ciclos Biogeoquímicos: Enxofre
Redução
assimilatória
SO42Redução
dissimilatória
Anaeróbios
facultativos:
Campylobacter
Proteus
Pseudomonas
Salmonella
Redução
Anaeróbios:
dissimilatória
Desulfovibrio
Enxofre
Desulfomonas
elementar
Archaeglobus
Aeróbios:
Desulfobacter
Beggiatoa
Desulfococcus
Sulfolobus
Desulfuromonas
Thiobacillus
Redução de
Desulfosarcina
Thiothrix
enxofre
elementar Anaeróbios:
Reservatórios de Enxofre:
Thiospirillum
Rochas e sedimentos: ~1022g
Inorgânicos dissolvidos ~1021g
Thiocapsa
H2S
Inorgânicos terrestres ~6-10x1015g
Chromatium
Atmosfera: 1012g
Chlorobium
Orgânicos dissolvidos: 4x107g
Prosthecocloris
Inorgânicos terrestres: desconhecido
Enxofre
orgânico
5
Ciclos Biogeoquímicos: Ferro
aeróbio
Fe2+
Bactérias
oxidadoras de ferro
(ácido-aeróbio)
Thiobacillus ferroxidans
Bibliografia: Brock capítulos 20(I), 20 (IV), 20(V)
Fe3+
Galionella
Leptothrix
Bactérias
oxidadoras de ferro
(microaerofílico)
Fe3+
Férrico
Vários organismos
diferentes
Fe2+
Ferroso
Anóxico/anaeróbio
6