Notícias

Microbiologia Ambiental: uma ciência aplicada à saúde humana, plantas e animais

A microbiologia ambiental é o estudo da genética, fisiologia, interações e funções dos microrganismos no ambiente. Neste caso, o solo, a água, o ar e os sedimentos que cobrem o planeta que podem incluir os animais e plantas que habitam essas áreas. A microbiologia ambiental também estuda microrganismos existentes em ambientes artificiais, como biorreatores. Os microrganismos possuem uma diversidade bioquímica, o que torna esse grupo tão complexo e diversificado entre si. Uma espécie de bactéria pode possuir diversas cepas com diferentes metabolismos químicos e enzimáticos. O objetivo da microbiologia ambiental é utilizar esse conhecimento para manter a qualidade ambiental e contribuir para o desenvolvimento sustentável da sociedade moderna.

Literalmente cobrem o planeta

A vida microbiana é incrivelmente diversificada e os microrganismos cobrem literalmente o planeta. Estima-se que conheçamos menos de 1% das espécies microbianas da Terra. Microrganismos podem sobreviver em alguns dos ambientes mais extremos do planeta: alguns conseguem sobreviver a altas temperaturas, frequentemente acima de 100 ° C, como os encontrados em gêiseres, fumarolas negras (fonte hidrotermal comum em fundos de lagos e lagoas quentes e oceanos) e poços de petróleo. Alguns são encontrados em habitats extremamente frios, outros em águas salinas, ácidas ou alcalinas.

Um grama de solo pode conter aproximadamente um bilhão (1.000.000.000) de micróbios, que contém alguns milhares de espécies. Microrganismos têm impacto especial em toda a biosfera. Em alguns tipos de ecossistemas, eles se fazem fundamentais.  Por exemplo em zonas onde a luz não pode se aproximar. Em tais zonas, estão presentes bactérias quimiossintéticas que fornecem energia e carbono aos outros organismos. Alguns micróbios são decompositores e têm capacidade de reciclar outros nutrientes, assumindo um papel especial nos ciclos biogeoquímicos. As reações químicas das bactérias envolvem quebra de substâncias químicas ou síntese de novos compostos, estão relacionadas às modificações no ambiente, poluição, competitividade entre microrganismos em um nicho até em estratégia de sobrevivência dentro do hospedeiro. As bactérias, em especial, são de grande importância no sentido da sua relação simbiótica (positiva ou negativa) e os efeitos sobre o ecossistema.

Ganhando espaço

Esses “microrganismos do bem” ganharam seu espaço e são “produtos” de valor inestimável. No Brasil, com problemas ambientais crônicos e diversificados, a Microbiologia Ambiental ainda está em expansão e necessita de maior integração com ecologistas, geneticistas, químicos e biotecnologistas, visando à resolução de problemas emergentes de qualidade ambiental.

Apesar dos progressos alcançados nos últimos anos que surgiram para complementar o estudo dessas comunidades microbianas, como o emprego de softwares, algoritmos e pipelines robustos e de alta capacidade de processamento, ainda são as ferramentas da biologia molecular atual que englobam uma série de tecnologias baseadas em DNA e novos métodos para o estudo de RNA e proteínas extraídas de amostras ambientais, que nos proporcionam a melhor compreensão desses seres. Atualmente, há uma grande ênfase na aplicação de abordagens “ômicas” (genômica, transcriptômica, proteômica e metabolômica) para determinar as identidades e funções de micróbios que habitam diferentes ambientes.

Genômica

Corresponde à aquisição dos dados referentes ao genoma, à sequência completa do material genético, isto é, do DNA  de um organismo.

Desafios computacionais

A qualidade dos dados gerados pelos sequenciadores da nova geração (NGS) é crucial quando se lida com as enormes quantidades de dados gerados. Na qual cada plataforma tem seus próprios desvios sistemáticos que precisam ser considerados no projeto e análise de dados.

Trascriptômica

É o conhecimento do transcriptoma (RNAs) requeridos pelas células. Os RNAs determinam quais são os genes que estão sendo expressos e como o nível de expressão pode mudar durante a vida do organismo, diferentemente do DNA que se mantém estático, demonstrando grandes variações entre as células dos organismos, expressão diferencial.

Desafios computacionais

Os conjuntos maiores de dados permitirão uma determinação mais precisa dos níveis de transcrição e estatísticas associadas, mas vai aumentar o risco de dilúvio de dados. Finalmente, a visualização, análise e interpretação exigirão níveis significativos de perícia, e também exige habilidades de programação.

Proteômica

Refere-se a análise sistemática de proteínas. Ela complementa outras tecnologias “Ômicas”, em elucidar a identidade das proteínas de um organismo, e compreender suas funções.

Desafios computacionais

Uma mensagem clara emergindo da literatura recente proteômica é a necessidade de ferramentas de software robusta para processamento de dados, cujo desenvolvimento está atrasado em relação aos avanços substanciais na instrumentação e metodologias.

Metabolômica

Envolve a análise quantitativa e qualitativa imparcial do conjunto completo de metabólitos presentes nas células, fluidos e tecidos corporais (o metaboloma).

Desafios computacionais

A metabolômica lida com grandes conjuntos de dados, ferramentas computacionais sofisticadas são vitais para a análise eficiente e de alto rendimento, para eliminar a distorção sistemática e explorar resultados biologicamente significativos.

Áreas de atuação

Mais do que nunca, a Microbiologia Ambiental hoje faz parte do cenário científico mundial como uma área de estudos fundamental e inserida em diversos temas de grande importância, como biorremediação, biocatálise, biocombustíveis, controle biológico, fertilizantes, dentre outros

Microbiologia Agrícola

Abrange as áreas de fitopatologia da parte aérea, fitopatologia de raízes, qualidade/sanidade de sementes, microrganismos benéficos e a coleção de microrganismos. Pode, por exemplo, fazer a diagnose de doenças relacionadas ao arroz ou feijão utilizando ferramentas tradicionais e moleculares. Identificação de patótipos e o estudo de populações de fitopatógenos, suporte na identificação de fontes de resistência, a seleção e a caracterização de inimigos naturais desses fitopatógenos, além da seleção e caracterização de microrganismos fixadores biológicos de nitrogênio.

Biorremediação

Muitos compostos, comprovadamente tóxicos, têm sido introduzidos no meio ambiente pela atividade humana. A exposição a estes contaminantes causa riscos, tanto ao ambiente como à saúde humana.  Por esta razão, entender estes riscos e desenvolver técnicas de remediação tornam-se de extrema importância. Neste contexto, a biorremediação é um processo biológico que ocorre naturalmente pela ação de bactérias, fungos e plantas que serve para degradar, transformar e/ou remover compostos orgânicos sintéticos de uma matriz ambiental, como água ou solo. Para a correta avaliação destes processos, uma combinação de métodos químicos e biológicos normalmente é utilizada. Os processos de atenuação natural podem ser iniciados ou acelerados através da manipulação das condições ambientais tornando-as favoráveis para que a comunidade microbiana presente no local degrade o poluente, seja através da adição de nutrientes específicos ou pela adição de comunidades específicas.

Microbiologia da Água

A análise microbiológica da água é, sem dúvida, muito importante, pois identifica a presença de microrganismos patogênicos. A presença de bactérias pode indicar a contaminação fecal, seja por fezes de humanos ou animais. Muitas vezes é um indício de contaminação por esgoto.

A grande preocupação é que podem causar diversas doenças, como diarreia, febre tifoide e infecção intestinal, levando inclusive à morte. O consumo de água contaminada ou seu uso na preparação de alimentos pode resultar em novos casos de infecção.

Uma das principais questões de saúde pública é a qualidade da água oferecida aos consumidores. Em todo mundo a água contaminada, associada à falta de saneamento básico, mata cerca de 1,6 milhões de pessoas durante o ano. Segundo o Ministério da Saúde, o custo gerado para o tratamento de doenças transmitidas por águas contaminadas no Brasil é equivalente a US$ 2,7 bilhões por ano.

Biocatálise

A biocatálise é uma área multidisciplinar e sua importância vem se tornando maior a cada dia. Podemos encontrar exemplos de aplicações da biocatálise na fabricação de fertilizantes e defensivos agrícolas, fármacos (química fina), na indústria de processamento de alimentos e de petróleo e etc.  É fácil perceber a importância que essa área tem e que seu desenvolvimento é extremamente importante para a fabricação de novos materiais e no melhoramento de processos.

O uso de catalisadores biológicos já data de muito tempo, no entanto, com as novas técnicas de biologia molecular, metodologias de seleção de biocatalisadores e novas abordagens de pesquisa, foram desenvolvidas afim de se obter catalisadores com suas especificidades alteradas bem como a exploração da biodiversidade. Os catalisadores biológicos nativos atualmente disponíveis, em sua maioria apresentam limitações quanto à utilização em processos industriais, sendo este o maior desafio do campo. As limitações encontradas na aplicação sintética de enzimas em sua forma nativa, estão sendo contornadas atualmente através da alteração da estereoespecificidade, termoestabilidade e atividade envolvendo técnicas de biologia molecular de mutações sítio dirigidas ou aleatórias.

Produtos Kasvi


Referências: