7 TM - Microbiologia da Água

Micro

biologia da água

Ambiente Aquático

Águas naturais:

*água atmosférica – nuvens e precipitações

*água superficial – lagos, rios oceanos

*água de lençol freático e poros do solo

Introdução

 No meio aquático os nutrientes estão diluídos:

- baixa diversidade microbiana

 A presença de matéria orgânica aumenta sua atividade

Os microrganismos podem:

• mudar a composição química da água

• fornecer nutrientes para outros organismos

• representar um grande risco para a saúde

Meio Aquático

• Uma gota d’água parece simples mas é,

na realidade, bastante complexa:

– diferentes substâncias químicas

a) Temperatura

• superfície:

- varia de 0 ºC nos pólos a 40 ºC nos trópicos • sob a superfície:

- 90 % do ambiente marinho estão a 5 ºC PSICRÓFILOS

• nas fendas oceânicas:

- habitats com alta temperatura (acima de 100 ºC) TERMÓFILOS

» Pyrodictium occultum (ótimo 105ºC, Itália)

O ambiente aquático

Nas baixas e médias latitudes ocorre uma variação brusca da temperatura: - A termoclina, importante na distribuição dos microrganismos

Mudanças da temperatura acarretam em alterações na densidade, viscosidade e solubilidade de oxigênio, que por sua vez podem influenciar na flutuabilidade, locomoção e respiração dos organismos.

Coleta de amostras nas Fossas Marianas (Filipinas, Oceano Pacífico) a uma profundidade de 10.000 m

b) Pressão hidrostática 1 atm a cada 10m

– pressão devido a coluna de água: danos às células

– BAROFÍLICOS, encontrados a 2500 m de profundidade (vesículas de gás) – em profundidades acima de 4000 m, ocorrem os BAROFÍLICOS EXTREMOS

• BAROTOLERANTES: até 3.000 m • BAROFÍLICOS: 4.000-6.000 m

c) Luz

– A vida na água depende, direta ou indiretamente, dos produtos

da fotossíntese

• Algas e cianobactérias (50 a 125 m) são os principais

microrganismos fotossintetizantes encontrados nos

ambientes aquáticos

- estão limitados às regiões superficiais

O ambiente aquático

Lago:

- fototróficos predominantes: microrganismos zonas óxicas: cianobactérias e algas

zonas anóxicas: bactérias fototróficas anaeróbias

PRODUTORES PRIMÁRIOS

taxas de produção primária atividade microbiana

d) Salinidade

– água doce: 0 %

– água do mar: 2,75 % de NaCl + outros sais +/- 3,5 %

HALOFÍLICOS

– lagos salgados (ex.: Salt Lake, EUA): 32 %

HALOFÍLICOS EXTREMOS

e) Turbidez

Material suspenso:

• partículas minerais: erosão das rochas, solo • microrganismos suspensos

• matéria orgânica: tecidos vegetais e animais

Turvação – devido a partículas provenientes da erosão da crosta

terrestre, detritos de matéria orgânica particulada, microrganismos suspensos

O ambiente aquático

Ao mesmo tempo que impede a passagem da luz, serve de superfície de adesão e fonte de nutrientes

f) pH

– A maioria dos microrganismos aquáticos cresce

melhor próximo à neutralidade

– de 6,5 a 8,5 (mar de 7,5 a 8,5); lagos salgados pH 11,5

– pH dos oceanos: 7,5 - 8,5 – lagos e rios: variação ampla

• Archaea de lagos do sul da África: 11,5 • Archaea de geisers: 1,0

• Nutrientes

• orgânicos e inorgânicos

– nitratos e fosfatos:

» algas eutrofização O₂ crescimento de outros organismos Excesso podem causar super crescimento de algas

• carga de nutrientes:

– águas próximas à praia: variável devido aos esgotos – águas de mar aberto: estável e baixa

» baixo fitoplâncton (baixo N e Fe) » baixa atividade heterotrófica

» atividade fotossintetizante: cianobactérias

• efluentes industriais: presença de antimicrobianos

» alguns microrganismos convertem tais substâncias em formas menos nocivas:

Pseudomonas spp.: mercúrio metil mercúrio (volátil)

O ambiente aquático

Água potável:

Rios, riachos e lagos estão sujeitos a poluição: - esgoto doméstico

- agricultura

- dejetos industriais

A água pode ser límpida, inodora e sem sabor e mesmo assim não ser potável, devido a presença de contaminantes (físicos, químicos e biológicos)

Físicos

Asbestos Resíduos industriais Câncer

Argila suspensa Precipitação Interfere com

tratamentos sanitários

Químicos

Metais pesados Indústrias Várias doenças Sulfatos Algicidas e minas Diarréias

Nitratos Fertilizantes Metemoglobinemia Sódio Amaciantes de água Retenção de fluidos

Doenças do coração Pesticidas Agricultura Várias doenças

Clorofórmio Indústria Câncer

Biológicos

Bactérias Fezes e urina Febre tifóide Shigeloses Salmoneloses Gastroenterites Tularemia

Leptospirose

Vírus Fezes Hepatite

Poliomielite Gastroenterites Protozoários Fezes Disinteria amébica

Giardíase Balantidíase

Abastecimento Doméstico

Irrigação

Recreacional



“Produto Comercial”

Lançamentos



“Reuso”

 Necessidade de métodos de purificação

Microbiologia da Água Potável

Re-utilização da água

- Processo natural como parte do ciclo hidrológico

- O crescimento populacional, o uso industrial e a irrigação forçam a reciclagem mais rápida da água.

Normalmente proveniente das águas superficiais.

–Poluição

Purificação da água

• áreas rurais: poços e fontes (filtração pelo solo) • cidades: estações de tratamento

Microrganismos patogênicos na água

Bactérias

Salmonella spp.: enterites

Vibrio cholerae: principais problemas associados à falta de cuidados sanitários

Shigella spp.: disenteria

Yersinia enterocolitica: gastroenterite aguda

Escherichia coli: linhagens patogênicas (enterites)

Clostridium perfringens: enterite, gangrena gasosa

Vibrio parahaemolyticus: gastroenterites

Pseudomonas aeruginosa: infecções nos olhos, ouvidos

Staphylococcus aureus: infecções cutâneas, garganta e intoxicações alimentares

Fungos:

- saprófitas e parasitas de peixes

- Candida albicans: levedura que causa infecções da pele e mucosas

- Geotrichum: fungo dermatófito

Protozoários:

ciliados

Giardia lamblia: esporos resistentes ao cloro amebas

Entamoeba histolytica: amebíase (doença intestinal)

Vírus:

Hepatites A e B

Gastroenterite infecciosa não bacteriana Poliomielite

DOENÇAS DE VEICULAÇÃO HÍDRICA

Fonte: Efstratiou (2001)

Patógeno Infecção Água

Aeromonas spp Infecções de feridas e gastroenterites

doce/marinha

Campylobacter spp Enteritis doce/marinha

Candida albicans Dermatites doce/marinha

Clostridium spp Botulismo, tétano, gangrena gasosa, gastroenterites

doce/marinha

Cryptosporidium spp Gastroenterites doce/marinha

Escherichia coli OSH11 Gastroenterites doce/marinha Giardia spp Gastroenterites doce/marinha

Pseudomonas spp Dermatite folicular, otite externa

doce/marinha

Salmonella spp Febre entérica, gastroenterite doce/marinha

Shigella spp Disenteria bacilar doce/marinha Staphylococcus spp. Infeção de tecidos,

bacteremia

doce/marinha

Vibrio spp Cólera, infecções de feridas estuarina/marinha

Yersinia spp Gastroenterites doce/marinha

O monitoramento de todos os microrganismos patogênicos

é difícil e anti-econômico:

- meios de cultura e metodologias diferentes - dificuldade de analisar os resultados

Microrganismos indicadores de qualidade da água

- O que é um microrganismo indicador?

- Qual seria o ideal?

OS BIOINDICADORES



Indicam a POSSIBILIDADE de ocorrência de patógenos na

amostra



Ocorrência simultânea com patógenos com a presença de

fezes  esgotos domésticos



Muito caro e trabalhoso ( talvez impossível) avaliar

Potabilidade da Água

Microrganismos indicadores da qualidade da água

microrganismo indicador

– tipo de microrganismo

cuja presença na água é evidência de que ela está poluída

com material fecal de origem humana ou de outros animais

de sangue quente.

Indica que qualquer microrganismo

patogênico que ocorre no trato intestinal pode estar

presente.

microrganismos: Escherichia coli; Streptococcus

faecalis, Clostridium perfringens.

Bacilos Gram negativos não esporulados,

facultativos, que fermentam lactose com produção de ácido

e gás em 48 h a 35°C.

Potabilidade da Água

Características do microrganismo indicador :

* está presente em águas poluídas e ausentes em águas não

poluídas;

* densidade populacional diretamente relacionada com o grau de

contaminação;

* está presente quando os patogênicos estiverem;

* número de microrganismos indicadores está relacionado com o

índice de poluição;

* sobrevive melhor e por mais tempo que os patogênicos;

* apresenta propriedades uniformes e estáveis;

* inofensivo ao homem e outros animais;

* manipulação segura;

Bioindicadores Utilizados

• Coliformes totais

• Coliformes Termotolerantes (fecais)

• Coliforme específico: Escherichia coli

• Estreptococcus fecais (Enterococcus)

• Pseudomonas aeruginosa

Escherichia coli e outros coliformes

• Bacilos curtos • Gram –

• Fermentam a lactose (lac+) com produção de ácido e gás, dentro de 48 h a 35 ºC.

- Escherichia: coliformes fecais

- Enterobacter, Citrobacter, Klebsiella: coliformes ambientais (fezes, vegetais e solo)

► a fermentação da lactose é a chave do teste

Presença de coliformes totais não indica necessariamente contaminação fecal ou ocorrência de enteropatógenos.

Potabilidade da Água

• Portaria 518 (25 de março de 2004) do

Ministério da Saúde - Estabelece os

procedimentos

e

responsabilidades

relativos

ao

controle

e

vigilância

da

qualidade da água para consumo humano

e seu padrão de potabilidade, e dá outras

providências.

Potabilidade da Água

Análise Bacteriológica da água para potabilidade:

– Contagem em placa

– Técnica da membrana filtrante

– Coliformes

Cuidados na coleta

• Colher a amostra em recipiente esterilizado

• Até 4/5 da capacidade do frasco

• Água com cloro: 0,1 ml de tiossulfato a 10%

• Água bruta que contenha metais pesados: 0,3 ml

EDTA a 15%

METODOLOGIAS MAIS UTILIZADAS PARA

REALIZAÇÃO DOS TESTES MICROBIOLÓGICOS

 Tubos Múltiplos

 Membrana Filtrante

Análise bacteriológica da água

Metodologia:

• teste presuntivo

• teste confirmativo

• teste coliformes fecais

• teste completo (prevê o isolamento)

• membrana filtrante

10 ml por tubo 0,1 ml por tubo 1 ml por tubo incubação a 35 ºC/24-48 h: formação de gás - NMP Amostra de água

Técnica dos tubos múltiplos para determinação do Número Mais

Provável (NMP) de coliformes

Teste presuntivo:

Tubos Múltiplos (NMP)

(Procedimento p/ 5 ou 10 Tubos)

Inocular tubos com Caldo Lauril Triptose

24±2 h @35 ± 0.5º C

Gás/ácido=Positivo Sem gás / ácido=Negativo

Transfere p/ Caldo Verde Brilhante Incubar 48 ±h/35 º C

Incubar mais 24 h (48±3 h total)

Gás/ ácido

Sem gás=Negativo

Confirmativo

Gás=Positivo Sem gás=Negativo

Presuntivo

Fermentação

Caldo Lauril Triptose

Formação de Gás

Tubos Múltiplos - NMP

Tubos com gás Caldo lactosado

do teste confirmativo incubação a 44,5 ºC

Teste coliformes fecais:

Coliformes fecais fermentam a lactose a 44,5 ºC até 48 h

Tubos com gás do teste anterior

Tubos com caldo lactosado

+ bile verde brilhante

Incubação a 35 ºC/24-48 h

Confirmação: Fermentação com

Caldo Verde Brilhante Lactose

- + +

Gás

NMP: teste confirmativo

“Coliformes”

• Bacilos Gram-negativos não esporulados

• Aeróbios ou Anaeróbios facultativos

• Fermentam a lactose com produção de gás (48 h a

35

_{C ou 44,5}

_C)

• Desenvolvem colônias vermelhas com brilho verde

metálico (24 h a 35

_{C) em meio Endo contendo}

Lactose

• Apresentam atividade de B-galactosidase (enzima

que desdobra a lactose ou substratos análogos tais

como o ONPG desenvolvendo cor amarelada no

Grupo Coliforme

• Indicador referenciado na legislação

• Além da E. coli inclui os gêneros

:

– Klebsiella

– Enterobacter

– Citrobacter

Coliformes

“Ambientais”

Coliformes Termotolerantes

• XI - coliformes termotolerantes: bactérias gram-negativas, em

forma de bacilos, oxidase-negativas, caracterizadas pela

atividade da enzima -galactosidase.

• Podem crescer em meios contendo agentes tenso-ativos e

fermentar a lactose nas temperaturas de 44º - 45ºC, com

produção de ácido, gás e aldeído.

• Além de estarem presentes em fezes humanas e de animais

homeotérmicos, ocorrem em solos, plantas ou outras matrizes

ambientais que não tenham sido contaminados por material

fecal;

• ANTIGAMENTE E ERROONEAMENTE DENOMINADAS

O GRUPO COLIFORME

Bactérias Entéricas: (Gram + ou -) Ex:

Staphylococcus aureus, Bacteroides fragilis, e

Enterococcus faecalis

Enterobacteriaceae : (Gram -). Gêneros:

E.coli, Shigella, Salmonella, Enterobacter,

Klebsiella, Serratia, Proteus

Termotolerantes: E. coli, Klebsiella,

Enterobacter e Citrobacter.

E. coli

Grupo Coliforme: coliformes totais

e fecais (termotolerantes)

Resumo: Enterobactérias e

Coliformes

Enterobactérias

Metodologia da Membrana

Filtrante (MF)

Suportes de filtração de polissulfona, vidro e aço de 47 mm

manifold de PVC e bomba vácuo

Teste da membrana filtrante:

Colônias típicas: brilho metálico em meio Teague

Atípicas

Caldo m- Endo / Coliformes Totais

Método substrato cromogênico/fluorogênico

- Baseia-se na utilização de substratos análogos à lactose - Específicos para Escherichia coli

Exemplos: ONPG-MUG

ONPG - Orto Nitrofenil Galactopiranosídeo MUG - Metil-Umbeliferone Galactopiranosídeo

Ferramenta poderosa para identificação de Escherichia coli (teste confirmativo)

Detecção de Coliformes em Amostras De Águas

Detecção de E. coli

Teste P/A

Adição do meio com substrato à amostra

Incubação por 24 h. Resultados Incolor: Negativo;

Amarelo Coliforme total +; Azul Coliforme E. coli +

Teste Quantitativo

1

2

3

4

Negativo amarelo e

positivo azul  anomalo (impossível)

5

6

Teste para separar Escherichia coli de outros coliformes

Enterobacter aerogenes Escherichia coli

Microbiologia da Água

Papel dos microrganismos aquáticos –

Cadeia alimentar e rede alimentar

Produtores primários

Fitoplâncton e bactérias quimiossintéticas _{Zooplâncton alimenta-se de fitoplâncton}

Consumidores primários

Decompositores (degradação

e mineralização)

Plantas mortas e tecido animal degradados por microrganismos a compostos inorgânicos, que servem

como nutrientes para produtos primários

Zooplâncton

Serve como suprimento de alimentos nos estágios

Águas Residuais

• Esgotos sanitários – eliminam despejos

domésticos e industriais.

• Esgotos pluviais – carregam as águas de

superfície e das chuvas

Águas Residuais

• Características das águas residuais:

– características físicas e químicas – 99,9%

de água; sólidos até 100 ppm

– grandes

volumes. Compostos orgânicos e inorgânicos

provenientes da indústria.

– características microbiológicas – fungos,

protozoários, algas, bactérias e vírus.

Águas Residuais



DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO)

-Quantidade de oxigênio requerida para oxidar

quimicamente compostos orgânicos de forma

completa a CO

e H

O.



DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO

(DBO) - Quantidade de oxigênio usada pelos

micro-organismos para metabolizar

biologicamente compostos orgânicos

biodegradáveis.

Classificação das águas interiores do território nacional

Classe Características microbiológicas DBO OD Utilização

colif. totais colif. fecais mg/L mg/L

1 < 1 < 1 --- --- Potável 2 ≤ 5.000 ≤ 1.000 ≤ 5 > 5 Recreação Irrigação (frutas, hortaliças) 3 ≤ 20.000 ≤4.000 ≤ 10 > 4 Pesca Consumo animal 4 > 20.000 > 4.000 > 10 >0,5 Navegação Indústria Irrigação (grandes culturas))

Águas Residuais

Norma Técnica CPRH Nº 2007 - COLIFORMES FECAIS

– PADRÃO

DE LANÇAMENTO PARA EFLUENTES DOMÉSTICOS E/OU

INDUSTRIAIS

Número Mais Provável (NMP)

É a estimativa da densidade média de bactérias do grupo coliforme em

uma amostra, calculada a partir da combinação de resultados

positivos e negativos, obtidos mediante a técnica de tubos múltiplos.

Expressão de resultados

O Número Mais Provável (NMP) de coliformes é expresso como a

densidade média de bactérias contidas em 100 mililitros de amostra,

ou NMP de coliformes fecais/100 ml (NMP CF/100 ml).

FLOCO DO LODO

ATIVADO