UNIVÉRTIX CURSO AGRONOMIA MICROBIOLOGIA DO SOLO BACTÉRIAS E ARCHAEAS

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CURSO AGRONOMIA

MICROBIOLOGIA DO SOLO

BACT

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Unicelulares Procariontes

Habitam todos os solos

Menores microrganismos do solo Maior capacidade metabólica Participam:

da decomposição de matéria orgânica remediação de solos contaminados

transformações biológicas de nutrientes minerais interações (plantas, animais e microrganismos)

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Classificação

Fenotípica

Características comuns como:

Morfológicas, fisiológicas, bioquímicas, antigênicas e ecológicas

Grupos baseados em características fenotípicas (Holt, 1984-1989)

Muito prático

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Classificação Filogenética

Relação evolutiva

Difícil determinar parentesco filogenético baseado em características fenotípicas

Woese

et al.

(1990): grupos baseados na sequência de genes de nucleotídeos de rRNA (16S nos procariontes e 18S nos eucariontes)

Relaciona-se a distância das espécies pela similaridade das sequências de nucleotídeos

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Bactérias e Archaea semelhantes morfologicamente, mas se diferem na:

composição química;

estrutura das enzimas chaves;

determinados aspectos de fisiologia

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Tamanho: mais adaptadas a mudanças ambientais Presença de uma rígida parede celular

Apêndices superficiais

Estruturas intracelulares: nutrientes

Material nuclear: molécula simples de DNA associadas a proteínas (sem envoltório nuclear)

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Pilli Ribossomo Cápsula Parede Celular Flagelo Citoplasma Vacúolo Plasmídeo DNA Membrana Plasmática

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Variedade de Formas das Bactérias

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-

Morfologia celular

Actinomicetos

Talo → hifas

Emaranhado de hifas: micélio

Reprodução: esporangiósporos ou conídios Gram-positiva

Fungos:

semelhante morfologicamente

distinguem pela parede com peptideoglicano, ribossomo 70S, ausência de envoltório celular, e sensibilidade a agentes anti-bacterianos

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Membrana Citoplasmática: mais interna

Parede Celular: mureína ou peptideoglicano

Membrana externa: muitas das bactérias do solo, circunda a parede celular

Quatro grupo de bactéria: - Gram positiva

- Gram negativa

- Micoplasmas (ausência de P.C. e M.E.) - Acid-fast (fina P.C. – M.E.)

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2 camadas: fosfolipídeos e proteínas associadas Semipermeabilidade

Transporte de nutrientes

“Descarte” de produtos e certas enzimas Pequeno tamanho: absorvem nutrientes

Maioria dos nutrientes: canais de proteínas transportadoras

Membrana Citoplasmática

Água, O2, N2, CO2 e pequenas moléculas

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Transportes Através da membrana

Permeases: transporte passivo (raro)

Transporte ativo: hidrólise de ATP ou

cotranportadores

Moléculas grandes: enzimas extracelulares – transporte ativo ou permeases

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Transporte de proteínas e lipídeos: fosforilação oxidativa – síntese de ATP e geração de H+

Proteína sensora: detectar e responder a mudanças ambientais, sinais químicos, temperatura, pH

Proteína reguladora:

sensora - reguladora: movimento celular, metabolismo, osmorregulação, transporte, esporulação

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Peptideoglicano: polissacarídeo e peptídeo Rigidez

Presença de poros

Água, pequenas moléculas e íons

Proteção contra lise e tamanho celular

[nutrientes] maior dentro da célula: pressão

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Gram-positivas: várias camadas peptideoglicano

Ácido teicóico e lipoteicóicos: reconhecimento e ligação, carga negativa

Gram-negativas:poucas camadas peptideoglicano

Maior flexibilidade, menor resistência ao estresse físico

Ausência de ácido teicóico e lipoteicóico

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-Parte externa:lipopolissacarídeos/fosfolipídeos

Polissacarídeos: projeções externas com cargas negativas

Gram-negativas: interagem com cátions bactéria-partículas solo

reconhecimento de plantas

Porinas: água, pequenas moléculas e íons

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Preenche espaço: membrana citoplasmática e membrana externa

Alta concentração protéica: “gel”

Proteínas: catalizam hidrólise de substâncias orgânicas, facilita movimento de nutrientes, hidrólise de substâncias tóxicas, catalizam reações síntese de peptideoglicanos

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Cromossomo bacteriano

Dupla fita de DNA: codifica a maioria das informações genéticas da célula

Estruturas associadas Proteínas catalíticas

replicação e transcrição do DNA

Ligado a membrana citoplasmática em 1 ou + sítios

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Ausência de envelope nuclear

Cromossomo: informações para crescimento e reprodução

Plasmídeo: molécula DNA adicional

circulares, menos informações, genes de características específicas (resistência antibióticos ou substâncias tóxicas)

replicação independente – várias cópias

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Presentes no citoplasma rRNA e proteínas

Traduz mRNA e transcreve em proteína

Polissomos (mRNA e ribossomos): síntese de proteína

Menores que de eucariotos Bactérias: 70S

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Armazenamento de grânulos: mais comum

bactéria solo:excesso de nutrientes no ambiente Excesso de carbono: glicogênio, polímeros de glicose ou lipídeo

Excesso de fósforo: grânulos de polifosfato -metacromáticos

Grânulos enxofre:fonte de energia em baixa [S] red

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Camada de polissacarídeos ou glicoproteínas: cobrem superfície da célula bacteriana

Camada fina a espessa: espécie de bactéria, disponibilidade e tipo de nutrientes no solo

Reduz a perda de água por evaporação Protege a bactéria de fagocitose

Estabilidade de agregados Formação de biofilmes

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Pili ou fímbrias: apêndices “capilares” ancorado no envelope celular se estendendo para fora da célula

Gram-positivas e negativas

Plasmídeo: codifica pili sexual usado na conjugação

Pili: reconhecimento com outros microorganismos ou plantas – ligação específica: composição química varia entre bactérias

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Flagelo: movimentação bacteriana – movem para locais mais favoráveis

número variável entre as espécies

Flagelos:”ancorados” no envelope celular, se estendem para fora da superfície celular

Espiroquetas: entre a parede celular e membrana externa

Umidade do solo: mobilidade por flagelos (?)

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Distantes filogeneticamente das bactérias Capacidade metabólica única

Habitam ambientes extremos, não tolerados por outros organismos

Ausência de peptideoglicano na parede celular

Espessa e homogênea com polímeros de pseudo mureína ou heteropolissacarídeos

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Composição química (lípideos de membrana) hidrocarbonetos ligados a glicerol

bactérias e eucariotos: fosfolipídeos – ácidos gordurosos ligados a glicerol

Composição química da membrana: sobrevivência em ambientes extremos

Cromossomos com histonas: “fecham” o DNA em

uma conformação similar a cromossomos

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»

Estrat

é

gias Nutricionais

A maioria é heterotrófica e alguns são capazes de trocar de estratégia de acordo com ambiente

Macronutrientes primários: C, N, P, S.

Macronutrientes secundários: K, Ca, Na e Mg.

Nutrientes orgânicos - fatores de crescimento: aa, bases nitrogenadas, vit., etc.

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Classificação nutricional

Fonte de Carbono (C) e energia (E)

Grupos

Quimioheterotróficos C: comp. orgânicos E: comp. orgânicos

Saprófitas, maioria das bactérias simbióticas. Fotoautotróficos C: CO2 E: Luz Cyanobactérias, bactérias verdes e púrpuras. C: CO2

Quimioautotróficos E: comp. inorgânicos

Bactérias nitrificantes, oxidantes do enxofre e do hidrogênio.

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Requerimento de O2

Tipo de metabolismo

Aceptor de ē Produto reduzido

Aeróbios Respiração aeróbica O2 H2O Anaeróbios facultativos Respiração anaeróbica NO3- ou NO2- N2, N2O, NO NO3- NO2 -Fumarato Succinato Anaeróbios obrigatórios

Fermentação Comp. Orgânicos Ac. Orgânicos,

álcool, etc. Respiração anaeróbica SO42- H2S CO2 CH3COOH CO2 CH4 Anaeróbios aerotolerantes

Fermentação Comp. Orgânicos Ac. Orgânicos,

álcool

Quadro 2. Requerimentos de O₂ e tipos de metabolismo de Bactérias e Archaeas.

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A população no solo pode chegar de 108 _{a 10}10

UFC/g de solo, ou ainda maior na rizosfera. Bactérias e Archaeas têm uma excepcional variedade de adaptações que os permitem

sobreviver e crescer em ambientes que outros não toleram.

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Quadro 3. Classes térmicas de organismos e relação da temperatura com as taxas de crescimento. As temperaturas ótimas de cada classe de organismo encontram-se exemplificadas no gráfico.

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microrganismos com diferentes tolerâncias ou necessidades de sal. A concentração ótima de NaCl pode chegar a 30%.

Muitas bactérias de solo podem tolerar pH < 5,0; Actinomicetos predominam em solos alcalinos.

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»

Transforma

ç

ões de Nutrientes Mediadas por

Bact

é

rias e

Archaeas

A velocidade de decomposição maior em condições aeróbicas -> maior eficiência energética

A fermentação pode ser desejável em certas

circunstâncias: estabilização da matéria orgânica e redução no número de patógenos em biosólidos

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