Bem-vindo ao nosso site para Minicurso de microbiologia teórico prático 

Importância da microbiologia no Brasil

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 anim ais. 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, NH3, 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)

Microbiologia de insetos (C. biológico),

Microbiologia do Rúmen – os microrganismos desempenham papel importante na produção animal, através de suas atividades sobre os componentes da dieta do animais ruminantes transformando as substâncias indigeríveis como celulose, lignina e outros compostos em ácidos orgânicos, aminoácidos e vitaminas bem como substâncias que estimulam o crescimento e a produção de carne, leite e lã.
Microbiologia do Ar – teoricamente o ar

Microbiologia Espacial

Tecnologia do ADN recombinante ou organismos geneticamente modificados

Microbiologia

Microbiologia é o ramo da biologia que estuda os microrganismos, incluindo eucariontes unicelulares e procariontes, como as bactérias, fungos e vírus. Atualmente, a maioria dos trabalhos em microbiologia é feita com métodos de bioquímica e genética. Também é relacionada com a patologia, já que muitos organismos são patogenicos.

Microbiologistas têm feito muitas contribuições à biologia, especialmente nos campos da bioquímica, genética, e biologia celular. Micróbios possuem características que os tornam os modelos de organismos ideais. Foi descoberta a origem das bactérias, tendo sido anterior a origem de outros corpos, tais como protozoários, eucariotes e vírus.

Dentre os citados, o último a se desenvolver foram os protozoários, por tratar-se de seres com uma complexidade maior.

• São muito pequenos, então eles não consomem muitos recursos
• Alguns possuem ciclos de vida bastante curtos (aprox. 30 minutos para E. coli, desde que esteja na presença das condições óptimas de crescimento)
• Células podem sobreviver facilmente em isolamento das outras células
• Eles podem-se reproduzir por divisão mitótica, permitindo a propagação de clones idênticos em populações
• Eles podem ser congelados por longos períodos de tempo. Mesmo se 90% das células são mortas pelo processo de congelamento, há milhões de células em um mililitro da cultura líquida.

Estes traços permitiram que Joshua e Esther Lederberg pudessem dirigir um elegante experimento em 1951 demonstrando que adaptações evolutivas surgem melhor da preadaptação do que da mutação dirigida. Para isto, eles inventaram a replicação em placa, que permitiu que eles transferissem numerosas colônias de bactérias para locais específicos de uma placa de petri preenchida com agar para regiões análogas em diversas outras placas de petri. Após a replicação de uma placa com E. coli, eles expuseram cada uma das placas a fagos. Eles observaram que colônias resistentes aos fagos estavam presentes em partes análogas de cada placa, possibilitando-os concluir que os traços de resistência aos fagos existiam na colonia original, que nunca havia sido exposta aos fagos, ao invés de surgirem após as bactérias terem sido expostas aos vírus.

A extensiva caracterização dos micróbios tem nos permitido o uso deles como ferramentas em outras linhas da biologia:

• Bactérias (especialmente E. coli) podem ser usadas para reduplicar DNA na forma de um (plasmídeo). Este DNA é frequentemente modificado quimicamente in vitro e então inserido em bactérias para selecionar traços desejados e isolar o produto desejado de derivados da reação. Após o crescimento da bactéria e deste modo a replicação do DNA, o DNA pode ser adicionalmente modificado e inserido em outros organismos.

• Bactérias podem também ser usadas para a produção de grandes quantidades de proteínas usando genes codificados em um plasmídeo.

• Genes bacteriais tem sido inseridos em outros organismos como genes repórteres.

• O sistema de hibridação em levedura combina genes de bactérias com genes de outros organismos já estudados e os insere em uma célula de levedura para estudar interações protéicas em um ambiente celular.