Notas Rápidas sobre Microbiologia

Aqui está uma compilação de notas sobre microbiologia. Depois de ler estas notas, você aprenderá sobre: 1. Significado da Microbiologia 2. História da Microbiologia 3. Era de Ouro 4. Microbiologia no Século XX 5. Microbiologia na Índia 6. Ramos 7. Micróbios na Microbiologia Ambiental 8. Aplicações de Computadores 9. Algas 10. Fungos 11. Bactérias 12. Vírus 13. Instrumentação.

Conteúdo:

Notas sobre o significado da microbiologia
Notas sobre a história da microbiologia
Notas sobre a Era de Ouro da Microbiologia (1860-1910)
Notas sobre Microbiologia no século XX
Notas sobre Microbiologia na Índia
Notas sobre os ramos da microbiologia
Notas sobre os Micróbios na Microbiologia Ambiental
Notas sobre as aplicações de computador em microbiologia
Notas sobre algas em microbiologia
Notas sobre Fungos em Microbiologia
Notas sobre bactérias em microbiologia
Notas sobre o vírus em microbiologia
Notas sobre a Instrumentação de Microbiologia

Nota # 1. Significado de Microbiologia:

Microbiologia significa literalmente a ciência dos microrganismos. Microrganismos ou micróbios - como às vezes são chamados - são formas vivas que são pequenas demais para serem vistas pelo olho humano sem ajuda. O olho humano com uma visão normal é incapaz de ver claramente um objeto que é menor que 0, 2 mm de dimensão. Em geral, os microrganismos são muito menores que 0, 2 mm e, portanto, são invisíveis a olho nu.

Muitos tipos diferentes de corpos vivos estão na categoria de microorganismos. Eles incluem não apenas todos os organismos unicelulares como bactérias, protozoários, amebas, fungos e algas simples, pequenas formas multicelulares como fungos, algas filamentosas, fungos, etc., mas também entidades biológicas acelulares, como vírus, viróides e proteínas infecciosas mais recentemente descobertas. chamado prions.

Se essas formas acelulares podem ser consideradas microorganismos é uma questão discutível, mas não há diferença de opinião de que elas estão sob a alçada da microbiologia. Os microrganismos celulares são geralmente medidos em unidades de micrômetro (μm ou simplesmente μ), que é uma milésima parte de um milímetro. Formas acelulares são muito menores e, portanto, são medidas em unidades de nanômetro (nm), que é uma milésima parte de um Jim.

As dimensões de algumas formas celulares e acelulares selecionadas são mostradas na Tabela abaixo:

Embora alguns vírus sejam extremamente pequenos, os viróides são ainda menores. São 250-370 moléculas de RNA circular de fita simples de nucleotídeo. Similarmente, os priões são proteínas com pesos moleculares de cerca de 30-35.000. Todos os viróides conhecidos até agora causam doenças nas plantas, enquanto os príons infectam todos os animais, inclusive o homem.

Assim, é evidente que o mundo microbiano abrange um conjunto altamente diversificado de formas vivas. Este mundo invisível difere tão marcadamente do mundo vivo visível com o qual estamos familiarizados que, já em 1866, Haeckel (1834-1919) os separou em um reino chamado Protista, distinto de animais e plantas.

Os protistas são na sua maioria unicelulares e mais simples na estrutura do que plantas e animais. Mais tarde, foi reconhecido que todas as células biológicas têm basicamente qualquer um dos dois tipos de organização, eucariótica ou procariótica. Os micróbios celulares também são divisíveis em tipos eucarióticos e procarióticos, por exemplo, micro-fungos, microalgas, protozoários, amebas, etc., são eucarióticos, enquanto bactérias e cianobactérias (anteriormente incluídas em Algas como Cyanophyceae) são procarióticas.

Nos anos 70, os procariontes foram divididos em dois domínios, o Eubacteria e o Archaebacteria. Os vírus, viróides e príons são acelulares. Portanto, eles não são nem procarióticos nem eucarióticos. Este mundo microbiano não é apenas altamente diversificado, mas também vasto e a maior parte deste mundo invisível ainda é desconhecida para nós.

Os cientistas afirmam que até agora apenas cerca de 4.000 espécies de bactérias foram cultivadas e estudadas. Um número ainda menor de espécies de arqueobactérias e micróbios eucariotas foi nomeado. Isto constitui provavelmente menos de 1% do número total de micróbios.

Então, a grande maioria dos micróbios ainda é desconhecida para nós. Em contraste, nosso estado de conhecimento sobre plantas e mamíferos é mais satisfatório. Mais da metade dos números estimados de espécies são conhecidos. Uma das principais razões para essa discrepância em nosso conhecimento é evidentemente o fato de que nossa familiaridade com o mundo microbiano começou muito mais tarde do que com o mundo visível. Outra razão é devido ao seu pequeno tamanho e às dificuldades técnicas em lidar com eles.

No entanto, a diversidade microbiana é mais difundida do que a dos organismos superiores. Existem várias razões para isso. Uma das razões óbvias é que os micróbios apareceram muito mais cedo em nosso planeta do que plantas e animais (Fig. 1.1).

Durante sua longa história evolutiva, eles tiveram não apenas muito mais tempo para se diversificar do que outros, mas também tiveram a chance de experimentar muitas fases diferentes de mudanças climáticas pelas quais a Terra teve que passar. Além disso, os micróbios que são os únicos ocupantes do jovem planeta não tiveram que enfrentar a concorrência para obter acesso a todos os locais possíveis que sustentam seu sustento.

Embora seja geralmente aceito que os procariotos foram os primeiros a colonizar este planeta, a natureza dos primeiros organismos, o tempo de sua aparição e, mais importante, como eles vieram a existir ainda não são definitivamente conhecidos. A idade da terra é de cerca de 4, 5 x 10 ⁹ anos.

Os cientistas acreditam que as primeiras células vivas apareceram em algum momento entre 3, 7 a 3, 8 x 10 ⁹ anos a partir de agora. Isso significa que a vida apareceu dentro de um bilhão de anos de criação da Terra. Infelizmente, os primeiros organismos não deixaram registros fósseis definitivos para nos fornecer qualquer informação sobre sua natureza.

Algumas rochas estratificadas formadas pela incorporação de matéria mineral e tapetes microbianos, chamados de estromatólitos, datam de cerca de 3, 5 x 10 ⁹ anos. Os componentes microbianos dos estromatólitos se assemelham a cianobactérias.

Embora as cianobactérias sejam organismos procarióticos, a dificuldade em aceitá-los como os organismos celulares mais primitivos é que eles são aeróbicos e acredita-se que a Terra primitiva não tinha oxigênio livre para suportar qualquer vida aeróbica. O oxigênio gasoso presente na atmosfera originou-se como subproduto da fotossíntese realizada por plantas verdes e cianobactérias.

Portanto, acredita-se que os primeiros organismos vivos tenham sido anaeróbicos, os quais produziram energia para suas atividades de vida por fermentação. Como a maioria dos eucariontes é aeróbica, sua evolução poderia ter começado somente depois que o oxigênio livre começou a aparecer através da fotossíntese.

Os cientistas acreditam que os protozoários foram os primeiros a aparecer entre os micróbios eucarióticos. Como também existem alguns protozoários anaeróbicos, eles podem ter aparecido antes mesmo da evolução da fotossíntese oxigenada. O estado de nosso conhecimento sobre a origem da vida na Terra é quase igualmente vago.

A visão mais conhecida e cientificamente aceita é a hipótese de Haldane-Oparin. Essa hipótese sustenta que, nas condições prevalecentes em nosso jovem planeta primitivo, a vida surgiu de novo dos compostos orgânicos que se acumularam nos oceanos.

Os compostos orgânicos de complexidade gradualmente crescente foram produzidos a partir de compostos simples como metano, amônia, dióxido de carbono, água, etc. Esses compostos - que se acredita estarem presentes na atmosfera da Terra primitiva - reagiram uns com os outros para produzir os compostos orgânicos simples.

Os fatores que podem ter desempenhado papéis importantes na produção de moléculas orgânicas complexas são a ausência de oxigênio livre, a luz ultravioleta emitida pelo sol atingindo a superfície da Terra devido à ausência da camada de ozônio e descargas elétricas frequentes e violentas na camada primitiva. atmosfera.

Esses compostos se acumularam nos oceanos para alcançar uma concentração tão alta que interagiram entre si para formar o primeiro sistema de auto-replicação. Os experimentos conduzidos por Miller e Urey em 1953 e experimentos semelhantes por cientistas posteriores provaram que é perfeitamente possível produzir compostos orgânicos a partir de ingredientes simples como H ₂, NH ₃, CH ₄ e água em laboratório criando condições artificiais que são deveria ter existido na terra primitiva.

Os experimentos de Miller e Urey, por exemplo, mostraram que mais de 10% do carbono no metano poderia ser convertido em moléculas orgânicas que incluíam ácidos orgânicos, ácidos graxos, aldeídos e vários aminoácidos, como glicina, alanina, ácido aspártico, valina e leucina.

Experimentos subseqüentes com diferentes materiais de partida e fonte de energia produziram moléculas mais complexas e biologicamente significativas, como açúcares, purinas, pirimidinas e até mesmo ATP. Esta hipótese prevê um longo período de evolução química precedendo a evolução da primeira célula biológica. Como não há evidência geológica das formas pré-celulares, o surgimento de uma célula biológica com todas as suas complexidades estruturais e funcionais parece abrupto.

Uma segunda hipótese, chamada teoria de Panspermean, sustenta que a vida não se originou neste planeta, mas a "semente" da vida veio à terra de uma fonte extraterrestre e floresceu aqui sob condições hospitaleiras.

O planeta 'Marte' é considerado por muitos como o provável corpo extraterrestre de onde as sementes da vida poderiam ter sido atraídas para a Terra pela atração gravitacional do Sol, porque a órbita da Terra está mais próxima do Sol do que a de Marte.

O raciocínio por trás dessa hipótese é que Marte - sendo menor e mais distante que a Terra do Sol - resfriou mais cedo e provavelmente tinha um pouco de água naquela época que poderia ter suportado alguma forma de vida. A colisão de grandes meteoritos com planetas era uma característica comum nos únicos dias de todos os planetas, a chamada "fase de bombardeio".

Tais impactos podem ter desalojado fragmentos da superfície de Marte contendo algumas sementes da vida. Algumas delas poderiam ter alcançado a terra e se multiplicado sob condições favoráveis para iniciar a evolução biológica. A teoria do Panspermeano é amplamente especulativa. Até agora nenhuma evidência foi obtida da presença de qualquer forma de vida em Marte, mas muito recentemente a evidência da presença de água no passado foi obtida.

De qualquer maneira que a vida tenha se originado na terra, não há dúvida sobre o fato de que os procariontes precederam os eucariotos. A questão que naturalmente surge é como uma célula eucariótica evoluiu de uma célula procariótica? Uma célula eucariótica difere em muitos aspectos de uma célula procariótica. Entre essas diferenças, a presença de organelas celulares ligadas por membranas duplas é de especial interesse.

Algumas pessoas acreditam que as mitocôndrias e cloroplastos encontrados em células eucarióticas evoluíram a partir de uma bactéria aeróbica e uma cianobactéria, respectivamente, que foram englobadas seguidas de um estabelecimento de uma relação simbiótica permanente. O organismo envolvente era uma ameba ou provavelmente uma bactéria que perdesse ou não tivesse parede celular.

Essa ideia está incorporada na hipótese endossimbiótica. Não explica, no entanto, como o núcleo ligado a duas membranas ou outras estruturas de células eucarióticas evoluiu. A hipótese endossimbiótica encontra suporte nas semelhanças de cloroplastos e cianobactérias. Ambas realizam fotossíntese oxigenada, liberando oxigênio da água usando um mecanismo semelhante.

Ambos são auto-replicantes, tendo seu material genético na forma de DNA circular. Ambos possuem ribossomos 70S e inibição da síntese de proteínas pela estreptomicina. A análise de seqüências de genes ribossômicos de cloroplastos e cianobactérias revelou uma grande similaridade. A inibição da duplicação de mitocôndrias de levedura pela eritromicina e pelo cloranfenicol revela uma semelhança com o comportamento similar das bactérias.

Nota nº 2. História da Microbiologia:

A história da microbiologia é um relato contínuo do progresso - como qualquer outra história - e é difícil demarcar as diferentes fases. Desde 1940, os microrganismos começaram a ser usados cada vez mais como materiais experimentais para o estudo de processos básicos da vida, como a genética e a bioquímica. Microorganismos são fáceis de cultivar em laboratório sob condições controladas.

Um grande número de indivíduos geneticamente uniformes pode ser obtido em um tempo comparativamente curto. Como resultado de ter uma alta razão superfície / volume, os microrganismos têm uma taxa metabólica muito mais alta do que os organismos superiores. Também microorganismos, particularmente bactérias unicelulares, possuem uma grande flexibilidade metabólica.

Esses atributos atraíram cientistas para utilizá-los como materiais de estudo. Além disso, durante o primeiro quartel do século XX, a semelhança nos processos básicos da vida em todos os organismos vivos começou a ser entendida, o que deu origem ao conceito de unidade da bioquímica.

Os desenvolvimentos na microbiologia e nos campos relacionados foram tão rápidos e diversos que apenas algumas das contribuições destacadas podem ser mencionadas. Em 1941, GW Beadle e EL Tatum foram capazes de isolar mutantes auxotróficos de Neurospora crassa, um fungo ascomiceto.

Esses mutantes obrigaram obrigatoriamente a adição de um ou mais fatores de crescimento no meio de cultura, embora o tipo parental pudesse crescer sem os fatores de crescimento. A exigência de fator de crescimento nos mutantes se desenvolveu devido a uma mudança no gene que controlou a síntese do fator de crescimento particular. Beadle e Tatum propuseram sua famosa hipótese "um gene - uma enzima" com base em seus estudos. Eles receberam o Prêmio Nobel por seu trabalho em 1958.

F Griffith (1928) descobriu a transformação em pneumococos. Pneumococos permanecem em pares (diplo-coccus) e existem dois tipos. Em um tipo, um par de cocos é envolvido por um espesso revestimento de polissacarídeo, chamado de cápsula. O outro tipo é sem a cápsula. A presença ou ausência de cápsula é um caráter genético estável.

Importante é que os pneumococos encapsulados são patogênicos, causando pneumonia, enquanto os não encapsulados são avirulentos. Isto foi testado por Griffith injetando células vivas em ratos experimentais. Os animais que receberam pneumococos virulentos vivos morreram e os que receberam o tipo não virulento sobreviveram. Isso era esperado. Quando as bactérias virulentas foram mortas pelo calor e depois injetadas em camundongos, os animais sobreviveram.

Isso também era esperado. Em seguida, Griffith injetou pneumococos virulentos, mortos pelo calor, e pneumococos avirulentos vivos. Algo inesperado aconteceu. Os animais injetados morreram. Dos pulmões de camundongos mortos, Griffith podia isolar pneumococos encapsulados vivos. Ele concluiu que "alguma coisa" passou das bactérias virulentas mortas para as bactérias avirulentas vivas transformando-as em pneumococos virulentos encapsulados. O fenômeno foi chamado de transformação.

A natureza do princípio transformador permaneceu desconhecida até 1944, quando OT Avery e seu colega de trabalho descobriram que era ácido desoxirribonucléico (DNA). Este foi um achado de grande significado, pois foi a primeira evidência para provar que o DNA é o material genético. O fenômeno da transformação provou ser o primeiro mecanismo pelo qual a troca genética poderia ocorrer nas bactérias.

Em 1946, J. Lederberg e EL Tatum descobriram em Escherichia coli que o material genético poderia passar de uma bactéria para outra por conjugação direta de duas células. Eles provaram que o contato direto entre o doador e as células receptoras era essencial para a conjugação. A microscopia eletrônica revelou que as duas células foram unidas por um estreito tubo de conjugação.

Enquanto estudava o mecanismo de conjugação em E. Coli, F. Jacob e EL Wollman (1952) descobriram que havia dois tipos de acasalamento, doador (masculino) e receptor (feminino). O material genético passou do doador para o receptor através do tubo de conjugação. Eventualmente, foi descoberto por W. Hayes que a capacidade de uma bactéria de E. coli de agir como um doador era determinada pela presença de um pedaço extra de DNA cromossômico, o fator de fertilidade (F). As bactérias receptoras não tinham o fator F.

Ainda outro modo de troca genética em bactérias descobriu-se por J. Lederberg e N. Zinder (1952) em Salmonella typhimurium. Eles descobriram que o material genético poderia ser transferido por bacteriófagos temperados (bactérias que atacam os vírus). O fenômeno da troca de material genético via bacteriófago foi chamado de transdução.

Na transdução, um pequeno pedaço de cromossomo bacteriano é incorporado ao DNA do fago. Quando tal fago é libertado da célula bacteriana e ataca outra célula bacteriana injeta o seu ADN contendo o fragmento de ADN bacteriano incorporado no novo hospedeiro.

No início de 1950, A. Lwoff descobriu o fenômeno da lisogenia. Os bacteriófagos temperados não causam lise imediata da célula bacteriana do hospedeiro como os bacteriófagos líticos. Em vez disso, eles entram em um estado de lisogenia, uma espécie de coexistência pacífica por várias gerações.

Em 1952, AD Hershey e M. Chase demonstraram, através de um elegante experimento clássico, que um bacteriófago infecta uma célula bacteriana ao injetar seu DNA na bactéria hospedeira, enquanto seu revestimento protéico permanece do lado de fora. Eles provaram isso gerando dois conjuntos de partículas fágicas das quais um conjunto tinha seu revestimento de proteína marcado com enxofre radioativo ( ³⁵ S) e o outro tendo seu DNA marcado com fósforo radioativo ( ³² P).

Estes foram autorizados a infectar E. coli separadamente e após algum tempo os fagos ligados às bactérias foram removidos. Observou-se que os fagos marcados com 32P transferiram radioactividade para as bactérias, mas os fagos marcados com 35S não o fizeram, mostrando assim que o ácido nucleico entrou nas bactérias e o revestimento proteico não.

Um evento que influenciou profundamente todo o mundo científico desde seu anúncio em 1953 foi o modelo proposto de dupla hélice de DNA por JD Watson e FHC Crick. O modelo foi baseado em dados analíticos químicos e padrões de difração de raios X do DNA obtidos por vários outros trabalhadores. Watson e Crick ajustaram estes dados para construir um modelo teórico da estrutura do DNA.

A hélice dupla consistia de duas cadeias polinucleotídicas entrelaçadas umas com as outras e mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre pares de bases de ácido nucléico. Cada par continha uma purina e uma base de pirimidina. Existem duas purinas - adenina e guanina, e duas pirimidinas - timina e citosina. Os pares normais foram adenina-timina e guanina-citosina. Os cordões polinucleotídicos tinham uma polaridade, isto é, uma cabeça e uma cauda, e os dois cordões eram antiparalelos.

Em 1958, M. Meselsohn e FW Stahl provaram, através de um experimento elegante, que as moléculas de DNA se reproduziam para produzir duas moléculas filhas exatamente iguais por mecanismo semiconservativo, o que significa que cada molécula filha contém uma fita da molécula de DNA original, enquanto a outra é sintetizada. No final da década de 1950, o papel do DNA como material genético universal e como repositório de informações genéticas (exceto em alguns vírus de RNA) era bem reconhecido.

A compreensão da ação dos genes, ou seja, como a informação genética é usada por um organismo para produzir proteínas enzimáticas para catalisar diferentes reações bioquímicas, também começou na década de 1950. Sanger e seus colaboradores (1954) determinaram a sequência de aminoácidos da insulina, um hormônio polipeptídico relativamente simples contendo apenas 51 aminoácidos.

Gradualmente, a análise da sequência de proteínas mais complexas como ribonuclease (124 aminoácidos), proteína de revestimento do TMV (158 aminoácidos), hemoglobina (574 aminoácidos), etc. foi realizada. Foi logo reconhecido que para cada proteína, a sequência de aminoácidos é fixa e que uma alteração na sequência pode levar à disfunção da proteína particular.

A compreensão do mecanismo pelo qual a seqüência de aminoácidos de diferentes proteínas é mantida se tornou uma questão central. Várias descobertas importantes tornaram esse entendimento possível. Os ribossomos foram descobertos por Claude (1943) em células animais e por Schachman e seu associado (1952) em bactérias.

Zamenik e Hoagland (1953> descobriram RNA de transferência, e Volkin e Astrachan (1957) descobriram RNA mensageiro em E. coli infectada por fago. Weiss e Nakamoto (1961) relataram uma enzima, RNA polimerase dependente de DNA, capaz de transcrever informações genéticas. de DNA para RNA Nirenberg e Matthaei (1961) conseguiram realizar a síntese proteica in vitro usando um RNA mensageiro artificialmente sintetizado.

A compreensão começou de como a informação genética é codificada no DNA - o código genético. O código do trigêmeo foi descoberto por Brenner e Crick (1961). Durante os anos seguintes, o código genético foi totalmente decifrado por Holley, Khorana e Nirenberg (1966).

As descobertas acima permitiram o desenvolvimento do chamado “Dogma Central”, segundo o qual a informação genética codificada no DNA na forma da sequência desoxirribonucleotídica é passada para (ou transcrita) no RNA na forma de uma seqüência ribonucleotídica complementar, e de RNA para proteína, onde a informação é traduzida em sequência de aminoácidos.

Outro desenvolvimento significativo no início dos anos 60 foi o início de uma compreensão da regulação genética através do trabalho clássico de F. Jacob e J. Monod. Em 1961, eles propuseram a hipótese do operon com base em suas pesquisas sobre o metabolismo da lactose em E. coli. Seu trabalho mostrou pela primeira vez que todos os genes não estavam envolvidos na produção de proteínas estruturais e enzimas, mas alguns genes agiam como reguladores de outros genes. Em 1966, Mueller e Gilbert foram capazes de isolar a primeira proteína reguladora (repressora) de E. coli, que substanciava bastante o modelo operon da regulação gênica.

Na década de 1970, várias descobertas de grande importância foram feitas, o que ajudou os cientistas a pensar sobre a manipulação deliberada de genes bacterianos. Entre estes achados, a descoberta da endonuclease de restrição por W. Arber e HO Smith (1970), e a descoberta da transcriptase reversa em retrovírus por H. Temin e D. Baltimore (1970) contribuíram mais para o desenvolvimento da moderna engenharia genética baseada em moléculas de DNA recombinante.

Através da tecnologia de DNA recombinante, tornou-se possível clonar os genes desejados para produzir bactérias, plantas e animais transgênicos. Assim, ao clonar vários genes humanos em bactérias, foi possível obter produtos de importância terapêutica, inaugurando a era da biotecnologia moderna. Alguns dos produtos obtidos a partir de microrganismos recombinantes estão listados na Tabela 1.2.

Entre outros eventos de importância histórica na década de 1970 estavam o desenvolvimento da técnica de hibridoma para a produção de anticorpos monoclonais por Kohler e Milstein, e o reconhecimento de arqueobactérias como um grupo principal distinto de procariontes através da pesquisa de Carl Woese e seus colaboradores em 1977.

O gene da insulina humana foi transferido com sucesso para bactérias em 1979 e o produto foi aprovado para aplicação clínica em diabéticos em 1982. Similarmente, o gene da proteína antigênica de superfície do vírus da hepatite B foi clonado em 1982 e o produto microbiano foi aprovado como vacina em 1986.

Uma descoberta importante de significado profundo foi que, além de proteínas, o RNA também pode ter atividade catalítica (ribozima). Em 1983-84, Gallo e Montagnier conseguiram isolar o HIV, o agente causador da AIDS (Síndrome da Imunodeficiência Adquirida). Em 1984, Mullis descobriu a PCR (reação em cadeia da polimerase), um sistema notável capaz de produzir um enorme número de cópias a partir de um pequeno pedaço de DNA.

Na década de 1990, a primeira seqüência genômica completa de bactérias começou a aparecer. Além disso, a seqüência completa do genoma de levedura e giardia foi concluída. Em 2000, o seqüenciamento do genoma humano foi quase concluído através de um grande programa colaborativo, o Projeto Genoma Humano.

Nos anos 90 também começaram tentativas sérias de terapia genética humana pela introdução direta de um gene saudável em pacientes que sofriam de desordens genéticas. Em 1995, a SB Prusiner descobriu príons, partículas infecciosas de proteína capazes de causar certas doenças do sistema nervoso central de animais, incluindo humanos.

Pretendeu-se que os prions se reproduzissem, uma característica desconhecida para qualquer outra proteína. Outra conquista que criou grande comoção foi o sucesso da clonagem em animais através da produção de um cordeiro chamado “Dolly”.

Nota nº 3. Época Dourada da Microbiologia (1860-1910):

Era de ouro da microbiologia começou com o trabalho de Louis Pasteur (França) e Robert Koch (Alemanha). Louis Pasteur (1822-1895) investigou o número de aspectos, como ele mostrou que o meio fervido poderia permanecer claro em um frasco de "pescoço de cisne", aberto ao ar através de um tubo horizontal sinuoso no qual partículas de poeira se assentariam quando o ar voltasse a ser resfriado. recipiente (Fig. 1.1).

Pasteur também demonstrou que na atmosfera relativamente livre de poeira de uma adega silenciosa, ou de um topo de montanha, os frascos selados podiam ser abertos e depois selados de modo a evitar a contaminação. Pasteur fez uma palestra em 1864 na Sorbonne e fez a sensação ao descobrir que a vida é um germe e o germe é uma vida. F. Cohn (1876) estudou a biologia do bacilo.

John Tyndall (1820-1893) mostrou que o feno havia contaminado seu laboratório com um tipo incrível de organismo vivo. Ferdinand John (1877) demonstrou as formas resistentes como pequenos endosporos refráteis, uma etapa especial no ciclo de vida do bacilo do feno (Bacillus subtilis). Como os esporos são prontamente esterilizados na presença de umidade a 120 ° C, a autoclave, que usa vapor sob pressão, se tornou marca registrada da bacteriologia.

Pasteur (1857) interessou-se por produtos de fermentação e observou diferentes tipos de micróbios associados a diferentes tipos de fermentação: esferas de tamanho variável (agora conhecidas como células de levedura) na fermentação alcoólica e bastões menores (lactobacilos) na fermentação do ácido láctico. Durante este experimento, Pasteur estabeleceu o estudo do metabolismo microbiano e, em particular, mostrou que a vida é possível sem o ar.

Pasteur explicou que no suco de uva a alta concentração de açúcar e o baixo teor de proteína (isto é, baixo poder tamponante) levam a um pH baixo, o que permite o crescimento de leveduras resistentes aos ácidos e, assim, produz uma fermentação alcoólica.

No leite, em contraste, a proteína muito maior e menor teor de açúcar favorecem o crescimento de bactérias de crescimento rápido, mas mais sensíveis ao ácido, que causam uma fermentação de ácido láctico. Essa descoberta levou Pasteur a afirmar que micróbios específicos também podem ser causas de doenças específicas no homem.

Pasteur desenvolveu o procedimento de aquecimento suave (ou seja, pasteurização) para evitar a deterioração da cerveja e do vinho por micróbios indesejáveis. Este processo foi usado mais tarde para prevenir doenças transmitidas pelo leite do homem.

A grande importância econômica era a extensão das fermentações industriais, desde a produção de alimentos e bebidas até a de produtos químicos valiosos, como o glicerol, a acetona e, mais tarde, vitaminas, antibióticos e alcalóides.

A unidade da biologia em um conceito de nível molecular foi desenvolvida quando se descobriu que as vias metabólicas dos carboidratos são semelhantes em alguns micróbios e em mamíferos. Esta descoberta foi feita no final da era Pasteuriana, notavelmente por Winogradsky na Rússia e Beijerinck na Holanda, que descobriu uma variedade de padrões metabólicos por diferentes tipos de bactérias adaptadas a diferentes nichos ecológicos.

O nicho ecológico é definido como "o espaço físico ocupado por um organismo, mas também seu papel funcional na comunidade". Esses organismos foram isolados usando o princípio de cultivo seletivo de Pasteur: cultura de enriquecimento na qual apenas uma determinada fonte de energia é fornecida, e o crescimento é restrito àqueles organismos que podem usar essa fonte.

Nota # 4. Microbiologia no século 20:

A descoberta de efeitos microbianos em matéria orgânica e inorgânica começou com a descoberta de Theodore Schwann e outros (1937), que observaram que as células de levedura são capazes de converter açúcar em álcool, ou seja, fermentação alcoólica. Foram as observações de Pasteur que revelaram microorganismos anaeróbios e aeróbicos.

O papel dos microrganismos nos ciclos de carbono, nitrogênio e enxofre no solo e nos habitats aquáticos foi discutido por Sergei N.Winogradsky (1956-1953) e Martinus Beijerinck (1851-1931).

O microbiologista russo Winogradsky também descobriu que:

i) as bactérias do solo oxidam ferro, enxofre e amoníaco para obter energia,

(ii) fixadores anaeróbios isolados de N ₂,

(iii) estudou a decomposição de matéria orgânica celulósica.

Por outro lado, Beijerinck contribuiu muito na área da ecologia microbiana. Azotobacter, um fixador de nitrogênio de vida livre foi isolado. Mais tarde, uma bactéria noduladora da raiz, denominada Rhizobium e sulfato redutor, também foi isolada. Ambos os microbiologistas desenvolveram as técnicas de cultura de enriquecimento e o uso de meios seletivos na microbiologia.

No século XX, a microbiologia desenvolveu-se sob o ângulo de outras disciplinas das ciências biológicas, de tal forma que problemas de estrutura celular para a evolução são resolvidos. Embora mais ênfase foi colocada sobre os agentes de doenças infecciosas, a resposta imune, agentes quimioterápicos e metabolismo bacteriano.

Beadle e Tautam (1941) usaram mutantes do molde do pão, Neurospora, enquanto Salvadore Luria e Max Delbruck (1943) usaram mutantes bacterianos para mostrar que as mutações genéticas eram verdadeiramente espontâneas e não dirigidas pelo ambiente. Avery, Macleod e Mc Carty (1944) evidenciaram que o DNA era o material genético que transportava informações genéticas.

Tais descobertas tornaram a microbiologia, a genética e a bioquímica uma genética moderna orientada para as moléculas. Microbiologia contribuiu máximo em biologia molecular, que lida com os aspectos físicos e químicos da matéria viva e sua função. O código genético e o mecanismo de síntese de DNA, RNA e proteína também foram estudados usando vários microrganismos.

A regulação da expressão gênica e o controle da atividade das enzimas também foram discutidos à luz da microbiologia. Em 1970, novas descobertas, como a tecnologia de DNA recombinante e engenharia genética, também levaram ao desenvolvimento da microbiologia, que deu o serviço da biotecnologia microbiana.

Cientistas da West Cjester University, na Pensilvânia, reavivaram um micróbio que havia estado em animação suspensa por 250 milhões de anos, um feito notável que estimula as teorias de que as antigas sementes para a vida chegaram da Terra do espaço.

Russell Vreeland (2003) isolou um esporo formando Bacillus sp. de uma amostra de 250 anos de cristal de sal encontrada abaixo do solo (1850 pés) no Novo México. A bactéria parece ser semelhante ao Bacillus marismortui. Anteriormente, havia relatos de criaturas vivas mais antigas de 254 a 40 milhões de anos.

A importância deste ramo deve-se ao fato de que cerca de 30% do total de prêmios Nobel concedidos na fisiologia e medicina são concedidos àqueles que trabalham com problemas relacionados à microbiologia, como mostrado na Tabela 1.1.

Nota # 5. Microbiologia na Índia:

Existem vários institutos envolvidos em pesquisa microbiológica em nosso país. O Instituto Indiano de Petróleo, Dehradun; O Tata Energy Research Institute, em Delhi, e o National Chemical Laboratory, em Pune, trabalharam na desparafinação microbiana de frações de petróleo mais pesadas. Os institutos também desempenharam um papel vital na área de recuperação avançada de óleos microbianos e produção de biossurfactantes.

Instituto Nacional de Nutrição, Hyderabad, ITRC, Lucknow e Instituto Nacional de Saúde Ocupacional, Ahmedabad já completaram um longo plano de monitoramento e vigilância dos perigos de contaminantes alimentares na Índia, enquanto a análise do genoma e design de genes sintéticos para a modulação da expressão do genoma in vivo foi realizado pelos cientistas do Instituto Indiano de Ciência, Bangalore.

A reciclagem anaeróbica de resíduos lignocelulósicos a combustíveis e insumos químicos foi realizada com sucesso no Instituto Indiano de Tecnologia, Deli e Madras. A caracterização molecular de alérgenos de ocorrência natural para identificação de metades imunopotenciais foi trabalhada na Associação Indiana para o Cultivo da Ciência, Calcutá.

A biologia molecular de patógenos entéricos humanos, técnicas de tipagem de bacteriófagos para identificar infecção por cólera, construção de mapa físico e genético de Vibrio cholerae 569B, vacina oral contra cólera e estabelecimento de um banco de parasitas Leishmania foram alcançados no Instituto Indiano de Biologia Química, Calcutá além de trabalhos sobre a anatomia estrutural da enzima Leishmania donovani adenosina, que tem um papel estrutural.

Um grupo do Instituto Central de Pesquisas de Sal e Química Marinha, Bhavnagar observou certas plantas economicamente importantes com referência especial à flora de algas marinhas que ocorre nas florestas de mangue.

A tecnologia para ágar-ágar de grau bacteriano e biotoxinas de algas marinhas e bactérias também foi desenvolvida. Estirpes manipuladas, conversões enzimáticas de rifomicina B a rifamicina, desenvolvimento de vacina contra a cólera são grandes realizações do Instituto de Tecnologia Microbiana, Chandigarh.

Os estudos básicos de engenharia bioquímica sobre o desenvolvimento de vetores plasmídeos estáveis em Corynebacteria e híbridos de fusão entre Praerthes e Corynebacter foram realizados no Instituto Indiano de Tecnologia, em Nova Delhi.

O tratamento de resíduos industriais por digestão anaeróbica com especial referência à ultraestrutura do lodo granular e à imobilização celular foi estudado no centro de instrumentação sofisticado regional, IIT, Bombay. A degradação microbiana de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos com referência à construção de estirpes geneticamente manipuladas foi completada no Instituto de Tecnologia Microbiana, Chandigarh.

Aplicação de DNA recombinante a sistemas de filmes fixos anaeróbios para biossíntese de metano, construção de linhagens geneticamente modificadas para dessulfurização microbiana de petróleo bruto, produção de surfactantes e bioplásticos, destilados de urina de vaca para terapia antimicrobiana (patente nos EUA) são poucas conquistas dos cientistas da National Environmental Engineering Instituto de Pesquisa (NEERI), Nagpur.

Instalação nacional para controle de doenças em peixes através de quarentena e certificação sanitária foi realizada no Instituto Central de Aquicultura de água doce, Bhubneshwar. Monitoramento e vigilância dos perigos de contaminantes de alimentos na Índia, e a produção de várias enzimas, como xilanase e B-amilase, foi desenvolvida no Instituto Bose, em Calcutá.

Xilanases microbianas em fermentação em escala semi-piloto e processamento a jusante e metabolismo de xilose em Neurospora crassa; Melhorias na biotecnologia do etanol e na levedura foram realizadas no National Chemical Laboratory, Pune.

A fermentação em estado sólido para produção de glucoamilase foi estudada no Laboratório de Pesquisa Regional, Thiruvanathapuram (Kerala), enquanto a aplicação de microrganismos naturais e recombinantes à produção de bio-surfactante, degradação de derramamento de óleo e controle de poluição foi estudada em laboratórios CSIR.

Laboratório de Pesquisa Regional, Jammu desenvolveu tecnologias para a produção de ácido glucônico livre, construção de linhagens geneticamente modificadas para a dessulfuração microbiana do petróleo bruto, produção de surfactantes e biopolímeros, etc.

A biotecnologia sobre produção em massa de inimigos naturais de Spodoptera litura foi estudada no Instituto Central de Pesquisas de Tabaco, Rajamundry (AP), enquanto a genética de Thiobacillus ferroxidans e melhoramento de linhagens por técnica genética avançada foi explorada no Instituto Bose, em Calcutá. A remoção de íons de metais pesados de resíduos industriais por microorganismos foi realizada no Laboratório de Pesquisa Regional, Bhubaneswar.

A melhoria da eficiência de deformação, qualidade e tecnologia de produção em massa para inoculantes microbianos heterotróficos foi estudada na fundação SPIC Science, Madras. A engenharia de proteínas e abordagens biofísicas e químicas para o estudo do dobramento de proteínas foi realizada em TIER, Bombaim.

A colecção de germoplasma, melhoria da qualidade por engenharia genética e processamento a jusante da Spirulina e da sua biotecnologia foi desenvolvida no âmbito de um Projecto Coordenado da All India envolvendo vários institutos, incluindo o CFTRI. Mysore As abordagens moleculares e genéticas para a análise de splicing pré-mRNA em levedura foi a principal contribuição do Instituto Indiano de Ciência, Bangalore.

Nota nº 6. Ramos da Microbiologia:

Eu. Microbiologia da Água:

“Nenhuma vida sem água” é um ditado comum, dependendo do fato de que a água é um dos requisitos essenciais naturais de todas as funções da vida. É um solvente mestre, e todas as reações metabólicas dos seres vivos dependem principalmente de sua presença.

Como sabemos, a população humana que vive em cidades, cidades, etc. depende do suprimento municipal de água. Além disso, uma grande fração da nossa população que vive em áreas rurais, especialmente em países subdesenvolvidos e em desenvolvimento, depende de lagos, rios, lagoas, nascentes, poços, etc., para suas necessidades de água.

A água é perdida da terra por meio de evaporação, transpiração e exalação, e volta para a terra pelo caminho da precipitação. Contaminação da água começa desde o início quando a água atinge a terra através do ar na forma de precipitação; microorganismos presentes no ar entram nele.

Depois que a precipitação termina e a água atinge a superfície da terra, ela é contaminada por microorganismos via solo, plantas mortas e animais, etc. Além disso, as fontes naturais de abastecimento de água estão sendo contaminadas por uma grande variedade de substâncias, como resíduos domésticos e industriais., ou seja, o esgoto descarregado como consequência da necessidade do homem civilizado e o excremento de humanos e animais na forma de urina e fezes.

Todos esses contaminantes deterioram a qualidade da água e a tornam insegura para consumo humano. É importante notar que essas contaminações, particularmente as dejetos domésticos e industriais e fecais, são de grande interesse bioquímico porque não apenas aumentam a demanda bioquímica de oxigênio (DBO), mas também algumas vezes contêm certos microrganismos causadores de doenças.

Estes microrganismos causadores de doenças geralmente ocorrem nas fezes e na urina de uma pessoa infectada e, quando descarregados, podem entrar em uma fonte de abastecimento de água de onde a água potável é fornecida. Isso resulta na transmissão da doença de pessoas infectadas para pessoas saudáveis.

No entanto, as doenças transmitidas pela água são chamadas de "doenças transmitidas pela água". Todos os anos, mais de 500 milhões de pessoas são afetadas por doenças transmitidas pela água e mais de 10 milhões morrem.

Tudo isso aponta para a necessidade de empregar técnica de tratamento de água que possa fornecer água potável e tratamento de esgoto antes de sua disposição.

ii. Microbiologia do Ar:

Como o ar não contém, sob condições normais, os nutrientes e a umidade para o crescimento, manutenção e multiplicação de microorganismos, não pode ser considerado seu ambiente natural. No entanto, o ar normalmente é abundante em seus números, à medida que os microorganismos entram nele a partir do solo e de outros materiais decompostos secos, incluindo excretas expostas à ação do vento.

Microrganismos transmitidos pelo ar se tornam uma importante fonte de contaminação em laboratórios, hospitais, indústrias e de alimentos e bebidas expostos. Dependendo da natureza dos microrganismos, algumas contaminações podem causar a deterioração de produtos contaminados e doenças quando ingeridas.

Por simples espirro e tosse, a infecção da boca e dos pulmões pode ser expelida para o ar. Em vista disso, o conhecimento da quantidade e da qualidade dos microrganismos do ar parece essencial, porque precisamos de ar puro para respirar.

O ar não é um meio para microorganismos, mas é um transportador de material particulado, poeira e gotículas que permanecem geralmente carregados de microorganismos. Esses transportadores transportam microorganismos e o destino final de tais microorganismos é governado por um conjunto complexo de condições tais como luz solar, temperatura, umidade, tamanho de partículas carregadas de micróbio, grau de suscetibilidade ou resistência de um micróbio específico ao novo ambiente físico, e capacidade de micróbio para formar esporos resistentes ou cistos.

No ar parado, os microrganismos tendem a se estabelecer rapidamente com seus portadores, deixando o ar razoavelmente livre deles. O ar depois de chuvas pesadas é razoavelmente livre de microorganismos. O desenvolvimento mesmo da menor corrente pode manter os microrganismos suspensos no ar por um período de tempo prolongado.

Em geral, o ar acima das regiões mais quentes da Terra abriga um número maior de microrganismos do que o acima das regiões mais frias, desde que haja umidade adequada. Ventilação inadequada dos edifícios habitados promove maior acúmulo de número microbiano no espaço aéreo.

O ar de regiões montanhosas e oceanos sem refinamento e não fortemente industrializados é considerado puro e bom para a saúde, pois é relativamente livre de microrganismos.

iii. Microbiologia do Solo:

O campo da microbiologia do solo foi explorado durante a última parte do século XIX. O estabelecimento dos papéis principais que os microrganismos desempenham nos ciclos biologicamente importantes da matéria na Terra: os ciclos de nitrogênio, enxofre e carbono foram em grande parte obra de dois homens, S. Winogradsky (1856-1953) e MW Beijerinck (1851-1931). ).

S. Winogradsky, um russo e considerado por muitos como o fundador da microbiologia do solo, descobriu bactérias nitríforas (1890-91); descreveu a oxidação microbiana de H ₂ S e enxofre (1887); desenvolveu o conceito de quimioautotrofia microbiana; descreveram bactérias fixadoras de nitrogênio anaeróbicas (1893); contribuiu para os estudos de redução da fixação de nitrato e nitrogênio simbiótico; e, originou a classificação nutricional dos microrganismos do solo em grupos autóctone (uso de húmus) e zimógeno (oportunista).

Quase igualmente importante foi o trabalho de MW Beijerinck, um holandês que isolou os agentes de fixação de nitrogênio simbiótico (1888) e não-simbiótico aeróbio (1901).

No entanto, a maior contribuição de Beijerinck foi uma técnica nova e profundamente importante: técnica de cultura de enriquecimento: isolar e estudar vários tipos fisiológicos de vários microrganismos a partir de amostras naturais através do uso de meios de cultura específicos e condições de incubação.

iv. Microbiologia de Alimentos:

A dieta de muitas pessoas é complementada com itens alimentares preservados por métodos especiais. Tal alimento pode ser congelado, enlatado ou desidratado. Pode ser parcialmente ou completamente cozido ou pré-cozido, pronto para aquecer e servir.

Durante a preparação, esses alimentos podem ser atacados por microrganismos heterotróficos para atender às suas necessidades nutricionais. O crescimento irrestrito e a multiplicação desses microrganismos nos alimentos podem torná-los impróprios para consumo e resultar em deterioração ou deterioração.

Microbiologia do leite, laticínios e alimentos:

A. Microbiologia das Indústrias de Leite e Laticínios

B. Contaminação microbiana e deterioração de aves, peixes e frutos do mar

C. Alimentos Ortentais

O primeiro leite extraído de animais contém sempre microrganismos. A maioria das bactérias é proveniente de laticínios, superfícies com contrato de leite, máquinas de ordenha, manipuladores de leite e outras fontes similares. As bactérias incluem estreptococos lácteos, bactérias coliformes, bactérias Gram-negativas psicrotróficas.

As hastes negativas são termodúricas que sobrevivem à pasteurização, por exemplo, enterococos e bacilos. O uso de laticínios livres de doenças e a utilização de equipamentos sanitários ajudam a reduzir o número de contaminantes bacterianos de fontes externas.

Para a produção de diferentes produtos lácteos, é necessário ter cultura apropriada de microorganismos. A cultura pura ou cultura mãe ou cultura de estoque estão disponíveis na forma liofilizada ou liofilizada.

As culturas de reserva dos organismos desejados podem ser mantidas nas culturas lácteas de estreptococos lácteos, Leuconostoc e Lactobacillus. Por outro lado, a cultura inicial é produzida misturando 2% de cultura pura em 600 ml de leite. Este é aquecido a 88 ° C durante 30 minutos e depois arrefecido a 2 ° C e incubado para dar cultura inicial.

Microbiologia do leite e laticínios:

O leite é secretado pelos mamíferos para a nutrição de seus filhotes. Está na forma líquida sem ter colostro. O leite contém água, gordura, proteína e lactose. Cerca de 80-85% das proteínas são proteínas caseína.

Microbiologia do queijo:

O grande número de microrganismos desempenha um papel no processo de amadurecimento. No primeiro dia do processo de fabricação de queijo, o número de micróbios no material de partida varia de um a dois bilhões g ^-1 . Portanto, a produção diminui devido à insuficiência de oxigênio, alta acidez e a presença de compostos inibitórios que são produzidos à medida que o queijo amadurece.

É principalmente a ação de suas enzimas celulares na lactose, gordura e proteínas que cria o sabor de queijo curado. A cultura formadora de gás de Propionibacterium shermanii é essencial para dar ao queijo suíço seu olho ou buracos e sabor. A especificidade do queijo depende das variedades de microrganismos utilizados.

O processo de fabricação de queijo envolve nove etapas:

a) preparar o leite,

(b) formar uma coalhada,

c) corte,

d) cozinhar,

(e) separar o soro,

f) salgar o resíduo,

(g) aplicar micróbios,

(h) pressionando a coalhada,

(i) amadurecer o queijo jovem.

Principalmente, um queijo curado é feito de leite cru ou sob pasteurizado que deve ser mantido por pelo menos 60 dias. Durante esse tempo, o sal, a acidez, os compostos metabólicos do amadurecimento e a ausência de oxigênio geralmente destroem o organismo que causa intoxicação alimentar.

Durante a preparação do leite, podem ser adicionados alguns agentes corantes que incluem P-caroteno e extractos de plantas, por exemplo, Bixa orellana e Capsium spp. O leite é transformado em coalhada lisa e sólida, mais comumente conhecida como quimosina, que converte a coalhada de leite a 32 ° C em 30 min.

O coalho pode ser extraído de Mucor miehei, M. pusillus e Endothica parasiticus. A renina ataca a caseína e forma treliça ou coalhada. A proteína nesta coalhada de quimosina é chamada paracaseína, porque é ligada em grande parte com cálcio, aparece inicialmente como paracaseína dicálcica. Na terceira etapa, as facas de arame ou barras de corte são usadas para reduzir o grande leito de coalhada em pequenos cubos de 1, 5 cm.

Este passo aumenta a área da superfície. Durante o período de cozimento, cubos pequenos se contraem e expelem soro de leite. Para cheddar e queijos relacionados, a temperatura óptima é de 37 ° C, enquanto as coalhadas Emmental e Gruyere são cozidas a cerca de 54 ° C. A cozedura continua por um período que varia de 1 hora a 1 hora e meia.

O próximo processo é salgar onde o fabricante de queijo aplica sal seco à coalhada. O queijo imaturo em salmoura saturada é imerso durante cerca de 2 a 72 horas. No estágio de prensagem, às vezes é aplicada pressão externa sobre a coalhada úmida e quente que é confinada em madeira, plástico ou metal ou um saco de pano. Pressionar é o fim da fase preparatória de fazer um queijo curado.

v. Microbiologia Celular:

Uma revolução foi feita em medicina e ciência clínica após a introdução de antibióticos nas décadas de 1950 e 1960. Durante este período, foi feito um pequeno trabalho sobre o mecanismo envolvido, ou seja, como as bactérias infectam o hospedeiro multicelular e desenvolvem a doença.

Na década de 1990, ficou claro que, apesar do uso de antibióticos para matar bactérias, a cada ano 3 milhões de pessoas morrem devido à tuberculose, 3-4 milhões devido à diarréia, 1-2 milhões devido à malária, hepatite e sarampo e milhões por outras doenças. doenças em todo o mundo. Algumas novas doenças bacterianas também foram relatadas; por exemplo, Helicobacter pylori, o agente causador da úlcera gástrica, e E. coli 0157 causando diarréia.

Muita atenção tem sido dada à infecção bacteriana estimulada pela crescente resistência das bactérias aos antibióticos. Isso aconteceu em um momento em que avanços feitos em microbiologia, biologia molecular e biologia celular eucariótica são capazes de dar resposta a possíveis questões do processo de infecção.

Cossart (1996) cunhou o termo microbiologia celular sintetizando as três disciplinas relacionadas (biologia celular, biologia molecular e microbiologia). No entanto, individualmente biologia celular; A biologia molecular e a microbiologia estão sendo estudadas em detalhes como sujeitos separados. Mas a microbiologia celular preenche a lacuna entre essas duas disciplinas e fornece uma síntese atual da ciência relevante.

O estudo da microbiologia avançou o conhecimento da imunologia de como as bactérias desencadeiam o sistema imunológico e os linfócitos T reconhecem o antígeno, e como as exotoxinas bacterianas afetam as células eucarióticas. Avanços na biologia molecular alimentaram a microbiologia.

É óbvio como as bactérias produzem moléculas de sinalização intercelular para determinar a densidade celular? Foram feitos muitos progressos no desenvolvimento de técnicas em biologia molecular, por exemplo, sequenciação de rRNA 16S, tecnologia de expressão in situ, mutagénese com marca h marcada, PCR de apresentação diferencial (DD-PCR), análise de dois híbridos de levedura e apresentação em fagos.

Nota # 7. Micróbios em Microbiologia Ambiental:

Os micróbios são distribuídos em todos os lugares, ou seja, no solo, na água e no ar, até mesmo quando estão presentes nas profundezas da Terra, como as aberturas no fundo do mar. Os micróbios desempenham um papel importante na reciclagem de elementos biológicos, como oxigênio, carbono, nitrogênio, enxofre e fósforo.

Eu. Micróbios em Ciclos Biogeoquímicos:

O oxigênio compreende 70 por cento do peso da célula e acima de 23% o oxigênio está presente na atmosfera que está disponível para todos os micróbios. Por outro lado, o oxigênio ocorre em depósitos minerais como sais de carbonatos, silicatos, aluminatos e outros óxidos.

Cerca de 80% do oxigênio não está disponível para organismos biológicos. Cianobactérias, heterotróficos e quimiolitotróficos usam-no. A água é um produto de processos aeróbicos, portanto, novamente permanece disponível para a fotossíntese.

Cerca de 20% do carbono da Terra é um composto orgânico, e menos de 1% está no combustível fóssil, como petróleo, carvão, etc. O carbono está presente na forma de CO ₂ na atmosfera. O CO ₂ é produzido durante a queima de combustíveis fósseis, preparações biológicas e decomposição microbiana.

Microrganismos fotossintéticos e quimiossintéticos convertem o CO ₂ em carbono orgânico. O metano (CH ₄ ) é gerado anaerobicamente a partir de CO ₂ e H ₂ por archaea metanogênica. Bactérias e fungos do solo usam principalmente matéria orgânica presente no solo.

Sem a ação ciclônica desses micróbios, a vida neste planeta sofreria devido à indisponibilidade de nutrientes essenciais para a vida. Micróbios através de sua maquinaria enzimática são capazes de liberar produtos solúveis, tornando-os disponíveis para micróbios e plantas. Os restos mortais de plantas e animais são decompostos por micróbios.

Cerca de 78% do N está presente na atmosfera, enquanto 9 a 15% do peso seco de uma célula contém o elemento celular essencial N, que contém aminoácidos, ácido nucleico e algumas coenzimas. As formas inorgânicas de nitrogênio são interconvertidas pelas atividades metabólicas dos microrganismos, que mantêm o balanço natural do nitrogênio.

As bactérias fixadoras de nitrogênio reduzem o gás nitrogênio (N ₂ ) à amônia necessária para o crescimento das plantas. Algum azoto orgânico (aminoácido, ácido nucleico) é reciclado pelo processo chamado amonificação. A amônia produzida é incorporada na biomassa ou se torna o substrato para a nitrificação. A oxidação aeróbia de amônia a nitrato (NO ₃ ^- ) é realizada por bactérias nitrificantes representadas por Nitrosomonas e Nitrosococcus.

ii. Micróbios na Microbiologia da Poluição:

Exame de ambientes aquáticos onde a eutrofização está ativamente a caminho de várias variedades fascinantes de microorganismos. Entre estes seriam protozoários, algas e menos óbvios visualmente, mas não menos importantes funcionalmente são organismos não móveis e formas menores, incluindo fungos, e as bactérias, certos vírus também mostram a sua presença, se forem adotados procedimentos especiais para a detecção.

Os vírus que infectam todo o agrupamento biológico influenciam os problemas de poluição da água. Vírus de plantas e algas podem impedir o desenvolvimento irrestrito do hospedeiro. Tem sido sugerido que o crescimento excessivo de algas verde-azuladas pode ser controlado por inoculação com vírus específicos (vírus LPP e AS).

Da mesma forma, vírus bacterianos (bacteriófagos) podem ajudar no controle do tamanho da população bacteriana através da análise de grupos suscetíveis. De especial interesse, o possível papel do bacteriófago é a destruição de bactérias patogênicas ao homem e indicadores bacterianos da poluição fecal. Por outro lado, as bactérias são especialmente adequadas para explorar uma ampla gama de oportunidades ambientais.

As bactérias desempenham um papel importante na decomposição de resíduos. Alguns actinomicetos são habitantes de lamas de lagos, mas em geral os actinomicetos não parecem responsáveis pelo odor de terra tão perceptível após a lavoura.

O tratamento biológico de esgotos e a auto purificação têm muito em comum. Ambos resultam na mineralização de poluentes orgânicos e na utilização de oxigênio dissolvido. Associações microbianas complexas desempenham um papel importante na auto-purificação, e tais comunidades dominam a ecologia de plantas de tratamento.

Algumas moléculas orgânicas presentes nos efluentes industriais são decompostas prontamente por uma variedade de microorganismos, enquanto alguns compostos parecem resistir completamente ao ataque biológico.

Nota # 8. Aplicações de Computador em Microbiologia:

Os computadores podem atender a uma variedade de funções no controle e análise do processo de fermentação.

Eu. Otimização via computador:

Computadores são usados em escala, para armazenar e avaliar parâmetros de fermentação e para medir os efeitos de parâmetros individuais no comportamento metabólico das culturas.

ii. Controle via computador:

Os computadores podem controlar os processos de fermentação. O controle de fermentação on-line é amplamente utilizado na escala de produção em muitas empresas.

Aplicações de computador em microbiologia ainda não tão difundidas como na indústria química por várias razões. Os sensores adequados para uso em sistemas estéreis ainda não são confiáveis o suficiente para aproveitar a capacidade do computador e a biossíntese.

A regulação da formação de metabólitos ainda não é totalmente compreendida. A redução de custo de fermentação usando computadores é difícil de calcular. Assim, na microbiologia, os computadores são utilizados principalmente para aquisição de dados, análise de dados e desenvolvimento de modelos de fermentação.

(a) aquisição de dados:

Os dados podem ser adquiridos diretamente no fermentador com sensores on-line. As informações adquiridas podem ser tais como pH, temperatura, pressão, viscosidade, peso do fermentador, absorção de energia, taxa de aeração e conteúdo de O ₂ e CO ₂ na corrente de gás. Outros dados podem ser obtidos a partir de medições em laboratório e alimentados no computador off-line, por exemplo, concentração de nutrientes na concentração de biomassa, formação de metabólitos.

Essas informações podem ser inseridas como dados brutos e podem ser convertidas pelo computador em unidades padrão, por exemplo, para ajustar volumes para uma temperatura padrão, dados de correção de temperatura podem ser usados para calcular a taxa de aeração real de um sistema de produção.

Um sistema de alarme pode ser consultado pelo sistema de aquisição de dados para informar ao atendente quando ocorrerem desvios do valor padrão. Os dados sobre o curso da fermentação podem ser armazenados, recuperados e impressos e os cálculos do produto podem ser documentados.

(b) Análise de dados:

Os dados inseridos ou medidos são usados em cálculos como taxa de formação de CO ₂, taxa _de captação de O ₂, quociente respiratório, taxa de captação específica do substrato, coeficiente de rendimento, balanço térmico, produtividade, captação de energia específica do volume e número de Reynold.

Quando a biomassa não é medida continuamente, a concentração de biomassa pode ser calculada através da taxa de absorção de O2. Assume-se que o rendimento constante e a proporção de O ₂ necessária para o metabolismo de manutenção são conhecidos. Os cálculos devem ser ajustados se, por exemplo, forem formados metabolitos secundários ou se a constante de rendimento se alterar durante a fermentação.

Após a fermentação em diferentes níveis de pH e temperatura, “curvas isoprodução e isotime” são computadas. Os campos são dados como porcentagem da produção menor em comparação com o título de maxeritromicina. A produtividade ótima (produção / tempo de fermentação) para um dado conjunto de condições operacionais pode ser verificada por este gráfico.

iii. Programas:

Um bom número de softwares está disponível no mercado, como o MENTOR da LSLBILAFITTE, o MFCSAVin da B. BRAUN BIOTECH, o AFS BioComond da New BRUNSWICK SCIENTIFIC que são usados em laboratórios, bem como fermentadores em escala industrial ou piloto. A maioria dos softwares é fornecida por fabricantes de fermentadores. Alguns dos softwares são capazes de detectar automaticamente a configuração do controlador em fermentadores.

Esses softwares também são usados na regulação da taxa de diluição, calculando a taxa de crescimento, fazendo interface com outros dispositivos, como análises e arquivamento de dados para validação. Esses registros do programa de software geralmente são escritos em idiomas Básico, Pascal ou C. Mas, para superar várias dificuldades, a MS window está sendo usada como uma plataforma geral para a fabricação de programas de software para laboratórios e para a versão NT para fermentadores de larga escala.

O significado desses dispositivos ajuda a proteger a interface entre os programas externos baseados na janela do MS e o programa em tempo real. Várias abordagens de controle diferentes foram desenvolvidas para estratégias de controle baseadas em modelos e controle adaptativo; Assim, oferece mais espaço para o controle efetivo dos processos de fermentação.

Nota # 9. Algas em Microbiologia:

As algas compreendem uma assembléia grande e heterogênea de eucariotos relativamente simples, que têm pouco em comum, exceto o tipo característico de fotossíntese que envolve o oxigênio. Eles podem ser definidos como os pequenos autótrofos que não mostram qualquer diferenciação celular e seus órgãos sexuais são unicelulares e, se multicelulares, todas as células são férteis.

Embora a maioria dos grupos taxonômicos de algas inclua organismos macroscópicos multicelulares que são considerados plantas e colocados sob o reino das plantas, existem muitas formas microscópicas unicelulares na maioria desses grupos taxonômicos que se enquadram no reino da microbiologia e estão incluídas entre os microrganismos como 'microalgas'. '.

As algas constituem um componente muito importante da biosfera, servindo como produtores primários de matéria orgânica e oxigênio, e são de ocorrência universal.

Eles são encontrados em grande abundância em água doce (lago, lagoas, riachos, etc.) e habitats marinhos; a água doce e as formas unicelulares marinhas de algas crescendo como plâncton produzem uma enorme quantidade de matéria orgânica e oxigênio. Estima-se que cerca de 80% do oxigênio da Terra seja produzido por essas algas planctônicas.

As algas também ocorrem em solo úmido, rochas, plantas e até em animais. Algumas algas crescem na neve e no gelo das regiões polares, outras em fontes termais a temperaturas tão altas quanto 90 ° C. As algas também são encontradas crescendo endofiticamente em protozoários, Hydra, esponjas e corais. Embora a maioria das algas sejam fotoautotróficas, as formas heterótrofas e holozóicas das algas não são incomuns.

No entanto, as características distintivas das algas são as seguintes:

Eu. São em sua maioria fotoautotróficos, ou seja, sintetizam seus alimentos por si mesmos via fotossíntese.

ii. Principalmente eles habitam habitats aquáticos.

iii. O corpo vegetativo não mostra qualquer diferenciação em vários sistemas de tecidos.

iv. Eles possuem principalmente órgãos sexuais unicelulares sem uma jaqueta de células estéreis ao redor deles. As células do casaco, se presentes, têm iniciais diferentes.

v. Eles mostram uma complexidade progressiva na reprodução.

vi. Eles não desenvolvem embriões após a fusão dos gametas durante a reprodução sexual.

vii. Eles mostram uma alternância distinta de gerações.

Nota # 10. Fungos em Microbiologia:

Existem cerca de dois milhões de espécies de organismos vivos na Terra, dos quais os fungos constituem aproximadamente 70.000 espécies, e muitos outros aguardam a descoberta. Hawksworth (1991) estimou que, em todo o mundo, existem cerca de 1, 5 milhões de espécies de fungos.

A tremenda discrepância entre o número de espécies conhecidas e estimadas de fungos parece estar relacionada ao fato de que tem havido uma amostra extremamente inadequada de fungos em muitas partes do mundo, principalmente em regiões tropicais e subtropicais.

O interesse do homem pelos fungos começou com a observação dos belos cogumelos em forma de guarda-chuva e cogumelos que cresciam nos solos formando "anéis de fadas". Os antigos gregos e romanos, e certamente seus contemporâneos menos civilizados, gostavam de trufas, cogumelos e bolas de sopro.

Cogumelos tornaram-se iguarias que eram o único alimento que as pessoas ricas insistiam em cozinhar. Casos de intoxicação acidental por cogumelos também eram conhecidos pelos antigos gregos e romanos em 500 aC.

Os membros comestíveis eram chamados de “cogumelos”, enquanto as variedades venenosas eram denominadas “cogumelos venenosos”. O termo "toadstool" é uma distorção da palavra alemã "Todestuhl" que literalmente significa "cadeira da morte".

Embora o interesse do homem pelos fungos tenha começado milhares de anos atrás, como mencionado acima, o estudo sistemático se manifestou apenas algumas centenas de anos atrás, quando o microscópio foi desenvolvido. PA Micheli (1679-1737), um botânico italiano, fez pleno uso do microscópio e fez um extenso estudo dos fungos e suas estruturas reprodutivas, e publicou em 1729 a primeira literatura autêntica sobre fungos chamada 'Nova Genera Plantarum'.

Por essa e algumas outras contribuições, Micheli recebeu a honra de ser chamada de fundadora da micologia; micologia sendo a ciência dos estudos fúngicos. O termo "micologia" (grego mykes = cogumelo, logos = discurso) é uma palavra grega considerada derivada de uma grande civilização - o micênico.

Fungos são eucarióticos onipresentes sendo versáteis em virtude de seu alto grau de adaptabilidade em qualquer habitat concebível. Qualquer coisa que possa ser decomposta para produzir energia encontrará alguns fungos para colonizá-la.

Como os fungos variam em formas, comportamentos e ciclos de vida, dependendo de seus diversos habitats, é muito difícil definir os limites exatos dos fungos. No entanto, os micologistas da atualidade deram as seguintes linhas para definir um fungo.

Fungos são organismos que são “eucarióticos, aclorofílicos, com modo de absorção nutricional, que produzem e reproduzem normalmente assexuadamente e sexualmente, e cujas estruturas somáticas filamentosas ramificadas (chamadas hifas) são tipicamente circundadas por paredes celulares contendo quitina, celulose ou ambos. juntamente com muitos outros carboidratos complexos ”.

Embora os fungos compartilhem com as plantas a posse de uma parede celular, vacúolos intracelulares preenchidos com líquido, fluxo microscópico visível do citoplasma e ausência de motilidade, eles são claramente delineados pelas plantas e outros autotróficos porque o corpo vegetativo, ou hifas, nunca é diferenciado. em caule, raiz e folhas e, o mais importante de tudo, não possui tecidos especializados para o transporte interno de água e nutrientes.

No entanto, seguem as principais características dos organismos chamados fungos:

Eu. O corpo vegetativo (talo) é geralmente representado por um filamento chamado hifas (hifas); hifas juntas são referidas como micélio (pl. mycelia). As hifas são septet ou não septet.

ii. A parede celular é composta principalmente de quitina, muitas vezes chamada de "celulose de fungo".

iii. O corpo vegetativo (talo) não é diferenciado em raiz, caule e folhas, e não possui tecidos especializados para o transporte interno de água e nutrientes.

iv. Todos os fungos não possuem clorofila, portanto, não podem fabricar seu próprio material alimentício. Eles são chamados de heterotróficos. Eles podem ser parasitas ou saprófitas.

v. O alimento é armazenado na forma de glicogênio.

vi. Ambos, reprodução assexuada e sexual são encontrados; a reprodução assexuada é mais frequente.

vii. A reprodução assexuada ocorre principalmente por esporangiósporos e conídios (conidiosporos).

viii. A reprodução sexual ocorre por meio de antheridia e oogonia ou ascogonia. Órgãos reprodutivos distintos não são encontrados em alguns ascomicetes e quase todos os basidiomicetos; a sexualidade completa por meio da fusão de hifas.

ix. Todos os fungos têm o estômago fora do corpo, ou seja, apreciam a digestão extracelular do material alimentar.

Nota # 11. Bactérias em Microbiologia:

Bactérias são um grupo de organismos procariotas ou monera que é caracterizado pela parede de peptidoglicano, um DNA compactado, mas nu, com alimentos embosomed e reserva, feitos de glicogênio e gordura. Bactérias foram descobertas por Leeuwenhoek em 1676.

Eles têm os seguintes traços (Fig. 2.9):

Eu. Forma basicamente unicelular.

ii. Parede celular de peptidoglicano.

iii. Cobertura de mucilagem.

iv. Organização procariótica com DNA circular nu dobrado para formar o nucleóide.

v. Nucleóide ligado a uma estrutura membranosa chamada embosomed por um garfo em forma de Y.

vi. Vac vacinas ausentes. Em vez disso, os vacúolos gasosos ocorrem em vários casos.

vii. Os organelos celulares cobertos por membranas, incluindo o retículo endoplasmático, estão ausentes.

viii. Ribossomos são 70S na natureza.

ix. A fissão binária é o modo de multiplicação.

x. Nutrição variada incluindo fotoautotrófica, saprotrófica, parasitária e quimioautotrófica. As formas fotoautotróficas possuem bacterioclorofila em vez de clorofila típica.

XI. Os flagelos, se presentes, são de cadeia simples. Eles são feitos de proteína chamada flagelina.

Bacteriana vive no solo, riachos, comida, em nós e em praticamente todos os locais habitáveis (e alguns aparentemente habitáveis) na Terra. Eles podem usar vinho, iogurte e composto de jardim, e sem eles não poderíamos nem mesmo digerir nossa comida.

Todo o nitrogênio seria eventualmente perdido para a atmosfera sem eles. As bactérias são cada vez mais usadas como ferramentas de pesquisa e em biotecnologia, fornecendo-nos DNA recombinante, enzimas e drogas projetadas. Estamos cada vez mais usando-os para nos livrarmos de resíduos tóxicos.

As bactérias também podem fazer com que você respire fétido, apodreça os dentes, obstrua seus pulmões, lhe dê a vingança de Montezuma e mate-o se você (ou seu médico) não tiver cuidado. Você, sem dúvida, ouviu falar de Escherichia coli patogênica e “bactérias que comem carne”. Talvez você também tenha ouvido falar de um número crescente de casos de tuberculose resistente a antibióticos e outras doenças de origem bacteriana.

A microbiologia tem alguns anos excitantes (talvez até assustadores) pela frente. O campo abrange o estudo de vírus, bactérias, fungos e protistas, no entanto, há muito o que fazer apenas estudando as bactérias.

As bactérias são onipresentes e são de grande importância para cientistas biológicos, médicos, ambientalistas, preparadores de alimentos e mestres cervejeiros, sem falar do resto de nós que sofreram infecções bacterianas em um momento ou outro.

Bactérias são os microrganismos mais abundantes. Um punhado de terra pode conter centenas e milhares delas. Eles são onipresentes sendo encontrados em todos os lugares onde a matéria orgânica está presente - na água, no ar, no solo, sobre e dentro dos corpos de vários organismos. Eles podem tolerar ambientes extremos como fontes termais, águas congeladas, desertos, oceanos profundos, condições ácidas, alcalinas e salgadas.

Atividades prejudiciais de bactérias:

Eu. Spoilage of Food:

As bactérias saprotróficas causam o apodrecimento de vegetais, frutas, carne, pão, azedação de leite, queijo, manteiga e deterioração de geléias, geléias e picles.

ii. Envenenamento alimentar:

O botulismo é causado por uma bactéria anaeróbica Clostridium botulinum (= C. perfringens). A bactéria infecta comida enlatada. A intoxicação alimentar comum é causada por Staphylococcus aureus. O envenenamento é acompanhado por diarréia e vômito. Outra é a salmonelose, geralmente produzida na ingestão de carne contaminada. A bactéria que causa este tipo de envenenamento é Salmonella enteridis e S. typhimurium.

iii. Deterioração de artigos nacionais:

Spirochaete cytophaga deteriora as fibras de algodão, couro e artigos de madeira.

iv. Destruição da Penicilina:

Bacillus brevis destrói a penicilina.

v. Desnitrificação de Solos:

Thiobacillus denitrificans e Micrococcus denitrificans convertem nitratos do solo em nitrogênio gasoso.

vi. Dessulfurização de Solos:

Desulfovibrio desulfuricans muda os sulfatos do solo para H ₂ S.

vii. Doenças:

Mais de 90% das doenças humanas e animais são causadas por bactérias e mais de 40% das doenças das plantas são devidas a elas.

Nota nº 12. Vírus em Microbiologia:

Desde que as células vivas evoluíram primeiro, os vírus são encontrados onde quer que a vida exista. A origem dos vírus não é conhecida porque eles não formam fósseis. Portanto, técnicas moleculares são usadas para investigar sua origem. Essas técnicas dependem da disponibilidade de DNA ou RNA viral antigo. Mas, infelizmente, a maioria dos vírus que foram preservados e armazenados em laboratórios tem menos de 90 anos.

O vírus é um parasita em todos os tipos de organismos. Eles infectam animais, plantas, bactérias, algas, insetos, etc. Até agora, a natureza exata dos vírus é ambígua, sejam eles organismos vivos ou não-vivos. Se olharmos para a vida, é um conjunto complexo de processos que ocorrem através da ação de proteínas governadas pelo ácido nucléico.

O ácido nucléico dos organismos vivos é funcional em todos os tempos. Fora da célula viva, os vírus permanecem inativos. Portanto, eles não podem ser ditos como organismo vivo. Além disso, se considerarmos as doenças causadas por eles, eles atuam como patógenos contra bactérias, fungos, protozoários etc. Assim, deste ângulo, os vírus podem ser considerados como organismos vivos excepcionalmente simples ou como uma agregação excepcionalmente complexa ou substâncias químicas não vivas.

Então, como pode um vírus ser definido? Eles são parasitas intracelulares especialmente pequenos, filtráveis e obrigatórios que requerem um hospedeiro vivo para sua multiplicação. Lwoff (1957) definiu que “os vírus são nucleoproteínas infecciosas, potencialmente patogênicas, com apenas um tipo de ácido nucléico que se reproduz a partir de seu material genético, incapazes de crescer e se dividir, e desprovido de enzimas”.

Luna e Darntell (1968) definiram que “vírus são entidades, cujo genoma completo é um elemento de ácido nucléico que se replica dentro das células vivas usando a maquinaria sintética celular e causando a síntese de elementos especializados que podem transferir o genoma viral para outra célula” .

Ao definir os microrganismos, os vírus são separados com base em certos caracteres, conforme descrito abaixo por Lwoff e Tournier (1962):

Eu. Eles são todos potencialmente infecciosos,

ii. Presença de um único ácido nucleico,

iii. Incapacidade de cultivar apenas o material genético,

iv. Reprodução apenas do material genético,

v. Ausência de enzimas para o metabolismo energético (sistema Lipman),

vi. Ausência de ribossomos

vii. Ausência de informação para a produção de enzimas no ciclo energético,

viii. Ausência de informação para a síntese de proteínas ribossômicas,

ix. Ausência de informação para a síntese de RNA ribossômico e de RNAt solúvel.

Nota # 13. Instrumentação de Microbiologia:

Eu. Microscopia:

Especialista holandesa do espetáculo, Zoocharia Janssen (1590) usou a segunda lente e assim a imagem formada pela lente primária foi grandemente ampliada da ordem de 50 a 100 X. Este é o princípio básico no qual se baseia o microscópio composto moderno.

Em 1610, Galileu inventou algo que “melhorou o microscópio”. Robert Hooke (1635-1703) fez e usou um microscópio composto em 1660 e publicou um livro “Micrographia”. A maior ampliação foi de 200 X, mas ele não observou bactérias.

Um contemporâneo de Hooke, chamado Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) descobriu microrganismos unicelulares, independentemente vivos, que ele chamou de “animálculos”. Obviamente, eles são protozoários e bactérias. Devido a essa conquista, ele foi chamado de “pai da microbiologia”. Profissionalmente, Leeuwenhoek era um comerciante de linho. Durante seu tempo, ele costumava fazer lentes pequenas, simples, mas poderosas.

Esses instrumentos eram lupas simples, geralmente consistindo de lentes pequenas, simples, biconvexas, quase esféricas, mas davam ampliação a cerca de 300 X. O tamanho dos objetos que ele examinava era determinado por comparação.

Para este propósito, ele usou algumas vezes grãos de areia, sementes de painço ou mostarda ou corpúsculos de sangue, etc. Ao todo, ele fez 419 lentes, algumas montadas em ouro enquanto a maioria em latão. C. Huygens desenvolveu duas lentes oculares de lente, enquanto Abber (1840-1905) desenvolveu objetivos apocromáticos e condensador de subestágio.

Os apocromáticos são aqueles relativamente livres de aberrações cromáticas e esféricas. O uso profissional do microscópio composto foi observado após 1820. A ampliação total produzida pelos objetivos modernos e oculares juntos, é o produto de duas ampliações. Além da ampliação, no entanto, a resolução é a capacidade de distinguir dois pontos adjacentes como separados.

ii . Colorimetria:

A maioria dos experimentos bioquímicos envolve a medição de um composto ou grupo de compostos presentes em uma mistura complexa. Provavelmente, o método mais amplamente usado para determinar a concentração de compostos bioquímicos é a colorimetria, que faz com que, quando a luz branca passa por uma solução colorida, alguns comprimentos de onda sejam mais absorvidos do que outros (Fig. 35.6).

Muitos compostos não são coloridos, mas podem ser convertidos em compostos coloridos. Alguns deles não são coloridos mesmo após a conversão, mas podem ser feitos para absorver luz na região visível por reação com reagentes adequados. Essas reações são geralmente específicas e, na maioria dos casos, bastante sensíveis, de modo que quantidades de material na região de milimole por litro podem ser medidas.

A principal vantagem é que o isolamento completo do composto não é necessário e os constituintes de uma mistura complexa, tal como o sangue, podem ser determinados após um pequeno tratamento. Como discutido abaixo, a profundidade da cor é proporcional à concentração da quantidade de luz absorvida é proporcional à intensidade da cor e, portanto, à concentração. Existem duas leis nas quais o princípio da colorimetria é baseado.

uma. Lei de Lambert:

Quando um raio de luz monocromática passa através de um meio absorvente, sua intensidade diminui exponencialmente à medida que o comprimento do meio absorvente aumenta.

b. Lei de Beer:

Quando um raio de luz monocromática passa através de um meio absorvente, sua intensidade diminui exponencialmente à medida que a concentração do meio absorvente aumenta.

Essas duas leis combinadas são chamadas de Lei Lambert-Beer (Fig. 35.6).

Limitações da Lei Lambert-Beer:

Devido ao aumento na concentração da solução, às vezes uma plotagem não linear é obtida. Isto pode ser devido às razões: (a) a luz deve ser estreitada, de preferência monocromática, (b) o comprimento de onda da luz utilizada deve estar no máximo de absorção da solução.

Isto também dá a maior sensibilidade, (c) não deve haver ionização, associação, dissociação ou solvatação do soluto com a concentração ou tempo, (d) a solução é muito concentrada para dar cor intensa.

O colorímetro fotoelétrico:

Os arranjos básicos de um colorímetro típico são mostrados na Fig. 35.7. Neste instrumento, quando uma luz branca de uma lâmpada de tungstone passa através de uma fenda, então uma lente condensadora, para dar um feixe paralelo que recai sobre a solução sob investigação contida em uma célula de absorção ou cuvete. É feito de vidro com os lados voltados para o feixe, cortados paralelamente uns aos outros. Geralmente, as amostras de células têm 1 cm quadrado e contêm 3 ml de líquido.

A célula de absorção é seguida por filtro, que permite a transmissão máxima da cor absorvida após a seleção. Se uma solução azul estiver sendo examinada, o vermelho é absorvido e um filtro vermelho é selecionado. A cor do filtro é, portanto, complementar à cor da solução sob investigação. Em alguns instrumentos, o filtro está localizado antes da célula de absorção.

Os filtros fornecem bandas de transmissão estreitas e, portanto, aproximam-se da luz monocromática. Depois disso, a luz cai sobre uma fotocélula que gera uma corrente elétrica e é diretamente proporcional à intensidade da luz que incide sobre ela.

O sinal elétrico é aumentado em intensidade pelo amplificador, e o sinal amplificado passa para um galvanômetro, que é calibrado com uma escala logarítmica para fornecer leituras de absorbância diretamente nesses sistemas, a solução em branco é primeiro colocada no colorímetro e o galvanômetro é ajustada para a extinção zero, que é seguida pela solução de teste e a extinção é lida diretamente Agora, um método melhor é dividir o feixe de luz, passar pela amostra e o outro pelo branco.

Após esse balanço, os dois circuitos apresentam deflexão zero no galvanômetro. A extinção é determinada a partir da leitura do potenciômetro que equilibra o circuito.

iii. Técnica Tracer:

Os isótopos são usados como rastreadores para rastrear o curso dos eventos. Tais isótopos são estáveis (2H, 15N, 18O etc.) ou instáveis (3H, 14C, 32P, 35S etc.). Este último emite radiações ionizantes, por exemplo, partículas-α, partículas-β, raios-Ƴ. Raios-X, etc., e assim podem ser facilmente detectados por instrumentos (Geiger Muller Counter etc.) que podem detectar a ionização do meio pelo qual passam. O primeiro precisa de instrumentos como um espectrômetro de massa que, com a ajuda de um poderoso campo magnético, separa um isótopo pesado de um isótopo mais leve.

As partículas α que são núcleos de hélio são pesadas e, portanto, não podem penetrar longas distâncias, mas são fortemente ionizantes. As partículas β são muito mais leves e viajam a distâncias dependendo de sua energia. Os raios y e raios X são ainda mais penetrantes. Os isótopos instáveis decaem exponencialmente para formas estáveis e o tempo necessário para meia decaimento é conhecido como a meia-vida do radioisótopo.

Assim, ¹³ N tem uma meia vida de 10, 5 min, ³² P, 13, 8 dias, ³⁵ S, 85 dias. 3H, 10 anos e 14C, 5688 anos. ³ H emite raios-X fracos (0, 018 Mev) e ¹⁴ C (0, 156 Mev) e ³² P, 1, 6 MeV (1Mev = 1 milhão ev) emitem raios fortes. A energia da radiação, a meia-vida do isótopo, a solubilidade e o papel metabólico de seus compostos são os principais fatores que determinam a extensão dos riscos à saúde de um radioisótopo.

Com as devidas precauções, os radioisótopos podem ser manuseados, processados, detectados e medidos com praticamente nenhum risco ou perigo. O movimento de um elemento radioativo em um composto também pode ser rastreado por autorradiografia.

Quando as partículas energéticas emitidas por um radioisótopo atingem uma substância cintilante como Nal, ZnS, antraceno, etc., os fótons são ejetados; esses fótons interagem com os haletos de prata presentes na emulsão fotográfica e produzem os pontos pretos como na fotografia convencional. Este princípio também é seguido na contagem de cintilação.

A unidade de rácio de atividade é curie ou Bequerel com o nome do descobridor. Um Curie (Ci) é equivalente a 3, 7 x 10 ¹⁰ desintegrações por segundo. Um Bequerel (Bq) é 10 ¹⁰ dps. Quando as contagens são tomadas sob condições idênticas, a atividade em curies pode ser calculada diretamente por referência a um padrão.

Trabalhar com radioisótopos envolve riscos consideráveis à saúde, a menos que sejam tomadas precauções adequadas. A contagem de sangue deve ser feita periodicamente e os crachás de filme sempre devem ser usados ao manusear um radioisótopo. Sob nenhuma circunstância substâncias radioativas devem entrar em contato com qualquer parte do corpo.

Cuidados devem ser sempre tomados para que nenhum gás radioativo seja inalado. Ninguém deve comer, beber ou fumar em um laboratório de radioisótopos. Deve-se lidar com radioisótopos, particularmente os emissores-β, como ^32- p ou emissores-α, como ⁶⁰ CO, a alguma distância da fonte. Quantidades µCi são normalmente usadas em estudos biológicos e são menos perigosas.

Lavar nunca deve ser colocado em uma pia. Eles devem ser secos dentro de um capô e mantidos em uma caixa mantida para este fim. O conteúdo do lixo deve ser enterrado em um local seguro ou enviado para o Centro de Pesquisa Atômica de Bhabha, em Bombaim.

Mãos, aventais, tampos de mesa, etc. devem ser monitorados regularmente e descontaminados, se necessário. Dor de cabeça, tontura, hemograma anormal, etc., são indícios de doença por radiação. O trabalho deve ser interrompido e os médicos devem ser consultados nesses casos.

Preparação de amostras para o procedimento de medição de radioatividade:

(a) Transfira 0, 1 ml da substância radioativa em solução para o planchet. Deixe que se espalhe; adicione algumas gotas de água destilada ou etanol (se a substância for solúvel em água ou álcool) e coloque sob uma lâmpada de aquecimento a uma distância onde não haja respingos.

(b) Coloque os maços dentro das placas de Petri, esfrie e conte.

Para amostras sólidas:

(a) Pese a tábua vazia.

(b) Transfira cuidadosamente o pó fino com uma espátula para o regente e espalhe-o para cobrir toda a superfície. Almofada a superfície suavemente até que pareça suave.

(c) Pese o prancheta com o pó. Subtrair o peso inicial do planchet. Se a diferença exceder a espessura mínima para saturação, faça as contagens. Se não for necessário introduzir mais pó, a amostra deve ser preparada novamente.

iv. Cromatografia:

Tswett (1903) definiu a cromatografia como o processo de separação de substâncias coloridas, mas hoje em dia é realizada em misturas de substâncias coloridas, incluindo gases.

A característica comum a todos os métodos de cromatografia é o uso de duas fases:

a) fase estacionária

(b) fase móvel.

A separação da substância colorida depende das duas fases. Com base na natureza da fase estacionária, a classificação é dada abaixo:

Se a fase estacionária é sólida, o processo é chamado de adsorção enquanto a fase móvel é líquida chamada cromatografia de partição. A fase móvel pode ser um líquido ou gás.

Com base na fase estacionária e móvel, o sistema de cromatografia é de quatro tipos:

a) Líquido - sólido (por exemplo, cromatografia de adsorção clássica, TLC e permuta iónica)

b) Gás sólido (por exemplo, cromatografia sólida a gás)

c) Líquido-líquido (por exemplo, cromatografia de partição clássica, cromatografia em papel)

d) Gás-líquido (por exemplo, cromatografia líquido-gasosa, cromatografia em coluna capilar)

Classificação Baseada em Métodos:

A classificação é baseada em fases (sólidas ou líquidas) chamadas adsorção e partição. A fase de adsorção pode conter uma fase móvel em forma líquida ou gasosa. Da mesma forma, a cromatografia líquida de partição tem uma fase móvel líquida ou uma forma gasosa de fase móvel, denominada cromatografia líquido-líquido e cromatografia gasosa-líquida, respectivamente.

Todas as separações por cromatografia dependem do fato de que as substâncias a serem separadas se distribuem entre a fase móvel e as fases estacionárias em proporções que variam de uma substância para outra. A maneira pela qual as substâncias são distribuídas é mais convenientemente discutida, referindo-se à "isoterma de sorção".

Isoterma de Sorção:

A quantidade de uma determinada substância absorvida pela fase estacionária depende da concentração da fase móvel. A curva obtida pela plotagem da quantidade sorvida contra concentração a temperatura constante é a "isoterma de sorção".

A forma da isoterma é um dos fatores mais importantes que regem o comportamento cromatográfico. O termo «sorção» inclui a adsorção que se refere ao aumento da concentração na interface entre a fase móvel e a fase estacionária (sólido), enquanto a absorção é a dissolução de uma substância de uma fase móvel na fase estacionária líquida.

v. Eletro-foco:

Esta é uma técnica mais recente para a separação ou proteína ou você pode expressá-la como “eletroforese em um gradiente de pH”. As proteínas migram em um campo elétrico, mas quando atingem um ponto onde o pH é o mesmo que seu ponto isoiônico, seu movimento é evitado. Isso é chamado de focalização eletroquímica, porque a proteína tem sido focada em seu ponto isoiônico.