Em formação

Os microrganismos sobrevivem e vivem normalmente em um ambiente de gravidade zero?


Já houve algum experimento no espaço sobre o comportamento de microrganismos? Eles são capazes de se mover em uma gota d'água como fazem na Terra? Eles são capazes de comer e se reproduzir normalmente?

Editar: por zero-g, quero dizer um ambiente onde você sente aceleração zero. Orbitar a Terra seria assim, já que você está constantemente em queda livre. Um ambiente em rotação não é zero-g, pois as coisas dentro sentirão uma força "centrífuga" empurrando-as contra a parede (embora seja na verdade uma aceleração centrípeta chegando contra seu intertia).


Vários experimentos com microrganismos foram conduzidos na ISS (Estação Espacial Internacional), e os resultados foram publicados em periódicos revisados ​​por pares, como este por exemplo:

Uma base genética molecular que explica o comportamento bacteriano alterado no espaço

No entanto, duas coisas devem ser esclarecidas:

Primeiro, o ambiente na ISS não é realmente um ambiente zero-g. Na verdade, como a ISS está orbitando a apenas 400 km da superfície da Terra, a gravidade da nave é quase a mesma da que é aqui na superfície do planeta (89%, para ser mais preciso). O que acontece é que a ISS está constantemente caindo, e essa queda sem fim simula um ambiente de gravidade zero.

Por isso, não é preciso ir ao espaço para fazer experimentos de microgravidade: eles podem ser realizados aqui, na superfície da Terra, em recipientes rotativos (Tirumalai et al., 2017). Por exemplo, este é um dispositivo para simular microgravidade no solo, em um laboratório comum:

Segundo: a maioria das experiências conduzidas no ISS se concentra em bactérias (e não em outros grupos de microrganismos, como protozoários e algas), e mais especificamente em sua patogenicidade. A forma como a sua pergunta foi formulada ("Eles são capazes de se mover em uma gota d'água como fazem na Terra? Eles são capazes de comer e se reproduzir normalmente?") fazem parecer que você está interessado em coisas como locomoção e fagocitose em eucariotos unicelulares, mas essa não é a principal preocupação deles. Sua principal preocupação é que as bactérias têm diferentes pressões seletivas no espaço, modificando sua expressão gênica, e essas "novas" cepas podem ser potencialmente perigosas para a tripulação.

De acordo com Tirumalai (2017):

Os microorganismos impactam os voos espaciais de várias maneiras. Eles desempenham um papel positivo nos sistemas biológicos, como o tratamento de águas residuais, mas podem ser problemáticos devido ao acúmulo de biofilmes que podem afetar o suporte avançado de vida. Do preocupação especial é a possibilidade de que durante missões estendidas, o ambiente de microgravidade proporcionará seleção positiva para mudanças genômicas indesejáveis. Essas mudanças podem afetar a sensibilidade aos antibióticos microbianos e possivelmente a patogenicidade. (enfatiza o meu)

E de acordo com a NASA (2017):

os cientistas observaram que, no espaço, algumas cepas de bactérias parecem apresentar maior crescimento e maior virulência (capacidade de causar doenças).

Portanto, experimentos como AES-1 (para "Eficácia Antibiótica no Espaço-1") foram realizados para comparar a expressão do gene de uma cepa de bactéria não patogênica (nesse caso, Escherichia coli) crescendo em microgravidade com as mesmas bactérias crescendo no solo.

O astronauta da NASA Rick Mastracchio usando uma manivela para ativar um pacote de ativação de grupo (GAP) a bordo da ISS para o experimento AES-1. (fonte: NASA, 2017)

As descobertas até agora mostram que as bactérias que crescem em microgravidade têm menos disponibilidade de nutrientes. Ainda de acordo com a NASA (2017):

Na Terra, o movimento das células bacterianas através de seus meios de comunicação é influenciado pelas propriedades físicas do meio, incluindo forças impulsionadas pela gravidade, como flutuabilidade e sedimentação, bem como outras forças, como a viscosidade do meio. À medida que as células se movem, elas interagem com meios novos e absorvem moléculas de nutrientes. As células também excretam resíduos que podem sedimentar, flutuar para cima ou ficar atrás das células se se moverem, enquanto simultaneamente se dispersam. No entanto, na microgravidade, essas forças impulsionadas pela gravidade estão ausentes, e o transporte de nutrientes para as células e os produtos residuais para longe das células são limitados ao transporte apenas por difusão. O modelo de ambiente extracelular alterado sugere que a redução resultante no movimento das moléculas leva a uma menor interação das células com o meio fresco e, portanto, à disponibilidade reduzida de moléculas de nutrientes para absorção.

A análise dessas bactérias mostrou que elas mudaram sua expressão gênica. Os genes superexpressos foram principalmente associados a:

  1. Ambiente de baixa glicose
  2. Ambiente ácido

Além disso, o experimento mostrou que essas bactérias requerem uma concentração maior de antibióticos para serem mortas, provavelmente porque há uma concentração reduzida de antibióticos ao redor das células.

Para finalizar, um dispositivo curioso é o "tubo de ensaio" eles usam em microgravidade. No espaço, você não pode simplesmente manipular tubos de ensaio como fazemos aqui, a 1g. Tem que ser um dispositivo especial:

Para o experimento AES-1, a equipe de pesquisa preparou 128 amostras de cultura bacteriana para enviar ao Laboratório Nacional da ISS. Cada uma das amostras estava contida em um aparelho de processamento de fluido (FPA), um tubo de ensaio especialmente projetado pela BioServe Space Technologies para uso em microgravidade.

É isso:

Fontes:

  • Zea, L., Prasad, N., Levy, S., Stodieck, L., Jones, A., Shrestha, S. e Klaus, D. (2016). Uma base genética molecular explicando o comportamento bacteriano alterado no espaço. PLOS ONE, 11 (11), p.e0164359.
  • Tirumalai, M., Karouia, F., Tran, Q., Stepanov, V., Bruce, R., Ott, C., Pierson, D. e Fox, G. (2017). A adaptação de células de Escherichia coli cultivadas em microgravidade simulada por um período prolongado é fenotípica e genômica. npj Microgravidade, 3 (1). [online] Disponível em: https://www.nature.com/articles/s41526-017-0020-1
  • NASA, (2017). [online] Disponível em: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/upward_magazine_vol2_issue1.pdf [Acessado em 5 de agosto de 2017].

Às vezes eles podem até sobreviver melhor na gravidade zero do que na gravidade da Terra! Os pesquisadores da Phys.org descobrem que as bactérias prosperam em um ambiente de baixa gravidade e nutrientes.

Uma equipe de pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute, em Nova York, trabalhando com o Lockheed-Martin Ames Research Center, descobriu que uma cepa de um tipo comum de bactéria se desenvolve a bordo de veículos espaciais, mesmo quando confrontada com nutrientes mínimos. Em seu artigo publicado na BMC Microbiology, os pesquisadores descrevem um experimento realizado a bordo do Shuttle Atlantis da NASA, que mostrou que Pseudomonas aeruginosa, um tipo muito comum de bactéria, desenvolve culturas mais densas quando no espaço do que na Terra quando os nutrientes disponíveis são restritos.


Microbiologia da Água

A microbiologia da água está preocupada com o microorganismos que vivem em agua, ou pode ser transportado de um habitat para outro pela água.

A água pode apoiar o crescimento de muitos tipos de microorganismos. Isso pode ser vantajoso. Por exemplo, as atividades químicas de certas cepas de leveduras nos fornecem cerveja e pão. Além disso, o crescimento de alguns bactérias na água contaminada pode ajudar a digerir os venenos da água.

No entanto, a presença de outros doença causar micróbios na água é prejudicial à saúde e até mesmo ameaça a vida. Por exemplo, bactérias que vivem no trato intestinal de humanos e outros animais de sangue quente, como Escherichia coli, Salmonella, Shigella, e Vibrio, pode contaminar a água se as fezes entrarem na água. Contaminação de beber água com um tipo de Escherichia coli conhecido como O157: H7 pode ser fatal. A contaminação do abastecimento de água municipal de Walkerton, Ontário, Canadá, no verão de 2000, pela cepa O157: H7, deixou 2.000 pessoas doentes e matou sete.

O trato intestinal de animais de sangue quente também contém vírus que podem contaminar a água e causar doenças. Os exemplos incluem rotavírus, enterovírus e coxsackievírus.

Outro grupo de micróbios de preocupação na microbiologia da água são protozoários. Os dois protozoários mais preocupantes são Giardia e Cryptosporidium. Eles vivem normalmente no trato intestinal de animais como castores e cervo. Giardia e Cryptosporidium formam formas dormentes e resistentes chamadas cistos durante seus ciclos de vida. As formas de cisto são resistentes a cloro, que é a forma mais popular de desinfecção de água potável e pode passar pelos filtros usados ​​em muitos tratamento de água plantas. Se ingeridos na água potável, podem causar diarreia debilitante e prolongada em humanos e podem ser fatais para pessoas com sistema imunológico debilitado. Cryptosporidium A contaminação da água potável de Milwaukee, Wisconsin, em 1993, deixou mais de 400.000 pessoas doentes e matou 47 pessoas.

Muitos microrganismos são encontrados naturalmente em produtos frescos e água salgada. Estes incluem bactérias, cianobactérias, protozoários, algase pequenos animais, como rotíferos. Eles podem ser importantes na cadeia alimentar que constitui a base da vida na água. Por exemplo, os micróbios chamados cianobactérias podem converter o energia do sol na energia de que precisa para viver. O grande número desses organismos, por sua vez, é usado como alimento para outras formas de vida. As algas que crescem na água também são uma importante fonte de alimento para outras formas de vida.

Uma variedade de microorganismos vive em água doce. A região de um corpo d'água próximo à linha costeira (a zona litorânea) é bem iluminada, rasa e mais quente do que outras regiões da água. Algas e bactérias fotossintéticas que usam luz à medida que a energia prospera nesta zona. Mais longe da costa está a zona limnítica. Micróbios fotossintéticos também vivem aqui. À medida que a água se aprofunda, as temperaturas ficam mais frias e o oxigênio a concentração e a luz na água diminuem. Agora, os micróbios que requerem oxigênio não prosperam. Em vez disso, roxo e verde enxofre bactérias, que podem crescer sem oxigênio, dominam. Finalmente, no fundo das águas doces (a zona bêntica), poucos micróbios sobrevivem. As bactérias que podem sobreviver na ausência de oxigênio e luz solar, como bactérias produtoras de metano, prosperam.

A água salgada apresenta um ambiente diferente para os microorganismos. O mais alto sal concentração, maior pH, e inferior nutrientes, relativo a água fresca, são letais para muitos microorganismos. Mas, bactérias que gostam de sal (halofílicas) abundam perto da superfície, e algumas bactérias que também vivem em água doce são abundantes (ou seja, Pseudomonas e Vibrio) Além disso, em 2001, os pesquisadores demonstraram que a antiga forma de vida microbiana conhecida como arqueobactérias é uma das formas de vida dominantes no oceano. O papel das arqueobactérias na cadeia alimentar dos oceanos ainda não é conhecido, mas deve ser de vital importância.

Outro microrganismo encontrado na água salgada é um tipo de alga conhecida como dinoflagelados. O rápido crescimento e multiplicação dos dinoflagelados pode tornar a água vermelha. Essa "maré vermelha" esgota os nutrientes e o oxigênio da água, o que pode causar muitos peixe morrer. Da mesma forma, os humanos podem ficar doentes ao comer peixes contaminados.

A água também pode ser um meio ideal de transporte de microrganismos de um lugar para outro. Por exemplo, a água que é carregada nos cascos dos navios para estabilizá-los durante suas viagens oceânicas é agora conhecida por ser um meio de transporte de microrganismos ao redor do globo. Um desses organismos, uma bactéria chamada Vibrio cholerae, causa diarreia com risco de vida em humanos.

A água potável geralmente é tratada para minimizar o risco de contaminação microbiana. A importância do tratamento da água potável é conhecida há séculos. Por exemplo, nos tempos pré-cristãos, o armazenamento de água potável em jarras feitas de metal foi praticado. Agora, o efeito antibacteriano de alguns metais é conhecido. Da mesma forma, a fervura da água potável, como meio de proteção da água, há muito é conhecida.

Produtos químicos como cloro ou derivados de cloro têm sido um meio popular de matar bactérias como Escherichia coli na água desde as primeiras décadas do século XX. Outros tratamentos para matar bactérias que estão se tornando cada vez mais populares incluem o uso de um gás chamado ozônio e a desativação do material genético do micróbio pelo uso de luz ultravioleta. Os micróbios também podem ser excluídos fisicamente da água, fazendo-a passar por um filtro. Os filtros modernos têm orifícios tão minúsculos que mesmo partículas tão minúsculas quanto vírus podem ser capturadas.

Um aspecto importante da microbiologia da água, especialmente para água potável, é o teste da água para garantir que é segura para beber. O teste de qualidade da água pode ser feito de várias maneiras. Um teste popular mede a turbidez da água. A turbidez dá uma indicação da quantidade de material suspenso na água. Normalmente, se material como solo está presente na água, então os microorganismos também estarão presentes. A presença de partículas, mesmo pequenas como bactérias e vírus, pode diminuir a clareza da água. A turbidez é uma maneira rápida de indicar se a qualidade da água está se deteriorando e, portanto, se uma ação deve ser tomada para corrigir o problema da água.


Extremófilos e ambientes extremos

Nas últimas décadas, os cientistas ficaram intrigados com os organismos fascinantes que habitam ambientes extremos. Esses organismos, conhecidos como extremófilos, prosperam em habitats que, para outras formas de vida terrestres, são intoleravelmente hostis ou mesmo letais. Eles prosperam em nichos extremamente quentes, gelo e soluções salinas, bem como em condições ácidas e alcalinas, alguns podem crescer em resíduos tóxicos, solventes orgânicos, metais pesados ​​ou em vários outros habitats que antes eram considerados inóspitos para a vida. Extremófilos foram encontrados em profundidades de 6,7 km dentro da crosta terrestre & # x02019s, mais de 10 km de profundidade no oceano & # x02014at pressões de até 110 MPa de ácido extremo (pH 0) a condições básicas extremas (pH 12,8) e de fontes hidrotermais a 122 & # x000b0C para água do mar congelada, a & # x0221220 & # x000b0C. Para cada condição ambiental extrema investigada, uma variedade de organismos mostraram que não apenas podem tolerar essas condições, mas também muitas vezes requerem essas condições para a sobrevivência.

Eles são classificados de acordo com as condições em que crescem: como termófilos e hipertermófilos (organismos que crescem em altas ou muito altas temperaturas, respectivamente), psicrófilos (organismos que crescem melhor em baixas temperaturas), acidófilos e alcalifílicos (organismos otimamente adaptados a ácidos ou valores básicos de pH, respectivamente), barófilos (organismos que crescem melhor sob pressão) e halófilos (organismos que requerem NaCl para crescer). Além disso, esses organismos são normalmente poliextremófilos, sendo adaptados para viver em habitats onde vários parâmetros físico-químicos atingem valores extremos. Por exemplo, muitas fontes termais são ácidas ou alcalinas ao mesmo tempo, e geralmente ricas em conteúdo de metal, o oceano profundo é geralmente frio, oligotrófico (conteúdo de nutrientes muito baixo) e exposto a alta pressão e vários lagos hipersalinos são muito alcalinos.

Os extremófilos podem ser divididos em duas categorias amplas: organismos extremofílicos que requerem uma ou mais condições extremas para crescer e organismos extremotolerantes que podem tolerar valores extremos de um ou mais parâmetros físico-químicos, embora cresçam de forma otimizada em condições & # x0201cnormal & # x0201d.

Extremófilos incluem membros de todos os três domínios da vida, ou seja, bactérias, archaea e eukarya. A maioria dos extremófilos são microrganismos (e uma alta proporção deles são arqueas), mas este grupo também inclui eucariotos, como protistas (por exemplo, algas, fungos e protozoários) e organismos multicelulares.

Archaea é o principal grupo a prosperar em ambientes extremos. Embora os membros desse grupo sejam geralmente menos versáteis do que bactérias e eucariotos, eles geralmente são bastante hábeis na adaptação a diferentes condições extremas, mantendo frequentemente registros de extremofilia. Algumas arquéias estão entre os microrganismos mais hipertermofílicos, acidofílicos, alcalifílicos e halofílicos conhecidos. Por exemplo, o archaeal Methanopyrus kandleri cepa 116 cresce a 122 & # x000b0C (252 & # x000b0F, a temperatura mais alta registrada), enquanto o gênero Picrophilus (por exemplo., Picrophilus torridus) incluem os organismos mais acidofílicos atualmente conhecidos, com a capacidade de crescer a um pH de 0,06.

Entre as bactérias, o grupo mais bem adaptado a várias condições extremas são as cianobactérias. Freqüentemente, formam esteiras microbianas com outras bactérias, do gelo da Antártica às fontes termais continentais. As cianobactérias também podem se desenvolver em lagos hipersalinos e alcalinos, suportar altas concentrações de metais e tolerar condições xerofílicas (ou seja, baixa disponibilidade de água), formando comunidades endolíticas em regiões desérticas. No entanto, as cianobactérias raramente são encontradas em ambientes ácidos em valores de pH inferiores a 5 & # x020136.

Entre os eucariotos, os fungos (sozinhos ou em simbiose com cianobactérias ou algas formadoras de líquenes) são a linhagem filogenética mais versátil e ecologicamente bem-sucedida. Com exceção da hipertermofilia, eles se adaptam bem a ambientes extremos. Os fungos vivem em águas ácidas e enriquecidas com metais de regiões de mineração, condições alcalinas, desertos quentes e frios, oceanos profundos e regiões hipersalinas como o Mar Morto. No entanto, em termos de alta resistência a condições extremas, um dos poliextremófilos eucarióticos mais impressionantes é o tardígrado, um invertebrado microscópico. Tardígrados podem entrar em um modo de hibernação, chamado de estado tun, pelo qual podem sobreviver a temperaturas de & # x02212272 & # x000b0C (1 & # x000b0C acima do zero absoluto!) A 151 & # x000b0C, condições de vácuo (impondo desidratação extrema), pressão de 6.000 atm, bem como a exposição a raios X e raios gama. Além disso, mesmo os tardígrados ativos mostram tolerância a alguns ambientes extremos, como temperaturas extremamente baixas e altas doses de radiação.

Em geral, a diversidade filogenética de extremófilos é alta e muito complexa para estudar. Algumas ordens ou gêneros contêm apenas extremófilos, enquanto outras ordens ou gêneros contêm extremófilos e não extremófilos. Curiosamente, os extremófilos adaptados à mesma condição extrema podem estar amplamente dispersos na árvore filogenética da vida. Esse é o caso de diferentes psicrófilos ou barófilos, cujos membros podem ser encontrados dispersos nos três domínios da vida. Existem também grupos de organismos pertencentes à mesma família filogenética que se adaptaram a condições extremas ou moderadamente extremas muito diversas.

Nas últimas décadas, o rápido desenvolvimento das técnicas de biologia molecular levou a avanços significativos no campo, permitindo-nos investigar questões intrigantes sobre a natureza dos extremófilos com precisão sem precedentes. Em particular, novas tecnologias de sequenciamento de DNA de alto rendimento revolucionaram a forma como exploramos a microbiologia extrema, revelando ecossistemas microbianos com níveis inesperadamente altos de diversidade e complexidade. No entanto, um conhecimento profundo da fisiologia dos organismos em cultura é essencial para complementar os estudos genômicos ou transcriptômicos e não pode ser substituído por qualquer outra abordagem. Consequentemente, a combinação de métodos tradicionais aprimorados de isolamento / cultivo e técnicas modernas independentes de cultura pode ser considerada a melhor abordagem para uma melhor compreensão de como os microrganismos sobrevivem e funcionam em tais ambientes extremos.

Com base nesses avanços tecnológicos, o estudo dos extremófilos proporcionou, nos últimos anos, descobertas inovadoras que desafiam os paradigmas da biologia moderna e nos fazem repensar questões intrigantes como & # x0201c o que é a vida? & # X0201d, & # x0201c Quais são os limites da vida? & # x0201d e & # x0201c Quais são as características fundamentais da vida? & # x0201d. Essas descobertas tornaram o estudo da vida em ambientes extremos uma das áreas de pesquisa mais interessantes e podem nos dizer muito sobre os fundamentos da vida.

Os mecanismos pelos quais diferentes organismos se adaptam a ambientes extremos fornecem uma perspectiva única sobre as características fundamentais dos processos biológicos, como os limites bioquímicos da estabilidade macromolecular e as instruções genéticas para a construção de macromoléculas que se estabilizam em uma ou mais condições extremas. Esses organismos apresentam uma ampla e versátil diversidade metabólica aliada a extraordinárias capacidades fisiológicas para colonizar ambientes extremos. Além da conhecida via metabólica da fotossíntese, os extremófilos possuem metabolismos baseados em metano, enxofre e até mesmo ferro.

Embora as estratégias moleculares empregadas para a sobrevivência em tais ambientes ainda não estejam totalmente esclarecidas, sabe-se que esses organismos possuem biomoléculas adaptadas e vias bioquímicas peculiares, de grande interesse para fins biotecnológicos. Sua estabilidade e atividade em condições extremas os tornam alternativas úteis às moléculas mesofílicas lábeis. Isso é particularmente verdadeiro para suas enzimas, que permanecem cataliticamente ativas sob condições extremas de temperatura, salinidade, pH e solvente. Curiosamente, algumas dessas enzimas exibem poliextremofilicidade (ou seja, estabilidade e atividade em mais de uma condição extrema) que possibilitam seu amplo uso na biotecnologia industrial.

De uma perspectiva evolutiva e filogenética, uma conquista importante que emergiu de estudos envolvendo extremófilos é que alguns desses organismos formam um aglomerado na base da árvore da vida. Muitos extremófilos, em particular os hipertermófilos, estão próximos ao & # x0201 ancestral universal & # x0201d de todos os organismos da Terra. Por esse motivo, os extremófilos são essenciais para os estudos evolutivos relacionados às origens da vida. Também é importante destacar que o terceiro domínio da vida, as arquéias, foi descoberto em parte devido aos primeiros estudos sobre extremófilos, com profundas consequências para a biologia evolutiva.

Além disso, o estudo de ambientes extremos tornou-se uma área-chave de pesquisa para a astrobiologia. Compreender a biologia dos extremófilos e seus ecossistemas permite desenvolver hipóteses sobre as condições necessárias para a origem e evolução da vida em outras partes do universo. Consequentemente, os extremófilos podem ser considerados organismos modelo ao explorar a existência de vida extraterrestre em planetas e luas do Sistema Solar e além. Por exemplo, os microrganismos descobertos em núcleos de gelo recuperados das profundezas do Lago Vostok e de outros lagos perenemente subglaciais da Antártica podem servir como modelos para a busca de vida na lua Europa de Júpiter e # x02019. Ecossistemas microbianos encontrados em ambientes extremos como o Deserto de Atacama, os Vales Secos da Antártica e o Rio Tinto podem ser análogos a formas de vida potenciais adaptadas às condições marcianas. Da mesma forma, microrganismos hipertermofílicos presentes em fontes termais, fontes hidrotermais e outros locais aquecidos por atividade vulcânica em áreas terrestres ou marinhas podem se assemelhar a formas de vida potenciais existentes em outros ambientes extraterrestres. Recentemente, a introdução de novas técnicas, como a espectroscopia Raman, na busca de sinais de vida usando organismos extremofílicos como modelos, abriu novas perspectivas que podem ser muito úteis na astrobiologia.

Com essas descobertas inovadoras e avanços recentes no mundo dos extemófilos, que têm profundas implicações para diferentes ramos das ciências da vida, nosso conhecimento sobre a biosfera cresceu e as supostas fronteiras da vida se expandiram. No entanto, apesar dos avanços mais recentes, estamos apenas no início da exploração e caracterização do mundo dos extremófilos. Esta edição especial discute vários aspectos desses organismos fascinantes, explorando seus habitats, biodiversidade, ecologia, evolução, genética, bioquímica e aplicações biotecnológicas em uma coleção de análises interessantes e artigos originais escritos pelos principais especialistas e grupos de pesquisa no campo. Gostaria de agradecer aos autores e co-autores por enviarem contribuições tão interessantes. Agradeço também ao Escritório Editorial e a vários revisores por sua valiosa assistência na revisão dos manuscritos.


Termófilos: significado, adaptações moleculares e aplicações

Os termófilos são os microrganismos que crescem a altas temperaturas de 55 ° C ou mais (mín. 45 ° C, ótimo entre 55-65 ° C, máximo 80 ° C). Alguns microrganismos crescem mesmo em temperaturas mais altas, o ideal entre 80 ° C e cerca de 113 ° C, e são chamados de hipertermófilos.

Os últimos geralmente não crescem bem abaixo de 55 ° C. Thermus aquaticus, Thermoplasma acidophilum, Bacillus stearothermophilus, etc. são os exemplos de termófilos, enquanto Pyrococcus abyssi e Pyrodictium occultum exemplificam hiper-termófilos.

Ambientes adequados para o crescimento de termófilos:

As temperaturas adequadas para o crescimento de termófilos e hiper-termófilos são encontradas na natureza apenas em certas áreas. Por conveniência, os solos sujeitos à luz solar total são freqüentemente aquecidos a temperaturas acima de 50 ° C ao meio-dia, e alguns solos podem ser aquecidos até mesmo 70 ° C, embora alguns centímetros abaixo da superfície do solo a temperatura seja muito mais baixa.

As pilhas de composto e silagem, onde fermentam os materiais, possuem temperaturas de até 70 ° C. No entanto, os habitats de alta temperatura mais extensos e extremos que ocorrem na natureza estão associados a fenômenos vulcânicos. Isso inclui, em particular, fontes termais.

A maioria das fontes termais tem temperaturas próximas à de ebulição. As saídas de vapor (fumarolas) podem conter temperatura, ao nível de 150-500 ° C. As fontes hidrotermais presentes no fundo do mar têm temperaturas de 350 ° C ou mais.

As fontes termais são encontradas em todo o mundo, mas estão especialmente concentradas no oeste dos Estados Unidos, América Central, África Central, Nova Zelândia, Indonésia, Itália, Japão e Islândia. A maior concentração de fontes termais do mundo está no Parque Nacional de Yellowstone, Wyoming (EUA).

Termófilos e hiper & tímidos-termófilos em fontes termais e respiradouros hidrotermais:

Muitas fontes termais estão no ponto de ebulição e, nelas, uma variedade de hipertenófilos está tipicamente presente. O crescimento de tais microorganismos pode ser estudado imergindo lâminas de microscópio na fonte e recuperando-as após alguns dias. A visualização microscópica das lâminas revela colônias de procariotos (Fig. 19.17) que se desenvolveram em células procariotas únicas que se fixaram e cresceram na superfície de vidro.

A água fervente transborda das bordas da fonte termal e flui para longe da fonte, ela resfria gradualmente, configurando um gradiente térmico. Ao longo deste gradiente, vários termófilos (por exemplo, cyanobacterium Synechoccus) crescem, com diferentes espécies crescendo em diferentes faixas de temperatura.

Um grande número de hipertermófilos quimiolitotróficos oxidantes de enxofre são predefinidos dentro e ao redor de fontes hidrotermais de emissão de sulfeto. As amostras coletadas perto de tais respiradouros produziram culturas de Thiobacillus, Thiomicrospira e Beggiatoa. Em certos locais de ventilação do fundo do mar, o fluido hidrotérmico superaquecido é emitido a temperaturas de até 350 ° C.

Essa água superaquecida, mas não fervendo (a uma profundidade de 2600 m no mar, a água não ferve devido a enormes pressões hidrostáticas até atingir uma temperatura de 450 ° C) poderia teoricamente ser um habitat para bactérias hipertermofílicas.

O fluido hidrotérmico emitido por defumadores negros (um respiradouro hidrotérmico de águas profundas que emite água superaquecida de 250-400 ° C e minerais) contém sulfetos metálicos abundantes, especialmente sulfetos de ferro, e resfria rapidamente ao se misturar com a água fria do mar.

Os sulfetos de metal precipitados formam uma torre conhecida como & # 8220chimney & # 8221. Verificou-se que as paredes das chaminés dos fumantes estão repletas de procariontes hipertermofílicos, como o Metanópiro. As espécies mais termofílicas de todos os procariontes, Pyrolobus e Pyrodictium, também residem nas paredes da chaminé de fumantes.

Adaptações moleculares a termófilos:

A seguir estão os fatores que ajudam os termófilos e hipertermófilos a prosperar em altas temperaturas:

1. Enzimas e outras proteínas de termófilos geralmente diferem em certa medida em sua sequência de aminoácidos das enzimas que catalisam a mesma reação em mesófilos. Parece que uma substituição crítica de aminoácidos em apenas alguns locais na enzima dos termófilos permite que ela se dobre de maneira que os torna muito mais estáveis ​​ao calor e, como resultado, funcionam de maneira ideal em altas temperaturas.

2. Os termófilos normalmente possuem lipídios ricos em ácidos graxos saturados em suas membranas citoplasmáticas, permitindo assim que as membranas permaneçam estáveis ​​e funcionais em altas temperaturas. Os ácidos graxos saturados formam um ambiente hidrofóbico mais forte do que os ácidos graxos insaturados. Esse ambiente hidrofóbico ajuda na estabilidade da membrana em termófilos.

3. A estabilidade ao calor das proteínas em hipertermófilos também é melhorada como resultado de um maior número de ligações iônicas entre as cargas positivas e negativas de vários aminoácidos. Isso torna os interiores das proteínas densamente compactados e altamente hidrofóbicos, que naturalmente resistem ao desdobramento das proteínas no citoplasma aquoso.

Além disso, os solutos fosfato de di-inositol, fosfato de diglicerol e manosilglicerato que são produzidos em grandes quantidades no citoplasma de certos hipertermófilos ajudam a estabilizar suas proteínas contra a degradação térmica.

4. Uma vez que a maioria dos hipertermófilos são arqueobactérias, eles não possuem nenhum ácido graxo em suas membranas, mas, em vez disso, contêm lipídios com "ramificação & # 8221 C40 cadeias de hidrocarbonetos compostas de unidades repetidas do composto de cinco carbonos, denominado isopreno, ligado por ligação éter (-O-).

As ligações éter fornecem mais estabilidade às membranas contra quebra térmica e a ramificação das cadeias de hidrocarbonetos diminui a fluidez da membrana. Portanto, as membranas dos hipertermófilos são estáveis ​​sob condições de alta temperatura.

Além disso, a estrutura geral das membranas citoplasmáticas dos hipertermófilos forma uma monocamada lipídica e essa estrutura é, sem dúvida, muito mais estável ao calor em comparação com a bicamada lipídica de espécies de bactérias e eucariotos.

Aplicações Biotecnológicas de Termófilos:

Microrganismos termofílicos e hipertermofílicos oferecem algumas vantagens importantes para processos industriais e biotecnológicos, muitos dos quais funcionam mais rápida e eficientemente em altas temperaturas. Extremozimas e chaperons moleculares obtidos de hipertermófilos são os exemplos.

O termo & # 8216extremozyme & # 8217 foi cunhado para descrever enzimas que funcionam em alguns extremos ambientais, como altas temperaturas e baixo pH.

Uma vez que a maioria dos processos industriais opera melhor em altas temperaturas, as extremozimas de hipertermófilos são amplamente utilizadas na indústria e na pesquisa, e tais extremozimas são proteases, amilases, pululanases de glicose isomerase, xilanases, glucoamilases, Tag e Pfu DNA polimerases, glutamato sintetase (GS) e aminotransferases.

Proteases (enzimas de hidrólise de proteínas) foram isoladas, purificadas e caracterizadas de Pyrococcus, Thermococcus, Sulfolobus, Staphylothermus e Desulfurococcus. A pirolisina, uma protease do tipo serina, tem temperatura ótima de 110 ° C e meia-vida de 4 horas a 100 ° C. A serina-protease de Sulfurococcus mucosus exibe sua atividade a 100 ° C.

Amylases have been extracted from Pyrococcus furiosus and P. woessei, and are widely used in textile, confectionary, brewing, paper, and alcohol industries.

(iii) Glucose isomerase:

Glucose isomerase is widely used in the food industry. This enzyme converts glucose to fructose for use as sweetener.

Pullulanase II (amylopullulonase), obtained from Pyrococcus woessei, P. furiosus, Thermococcus lithoralis, T. celer, Fervidobacterium pennavorans, and Desulfurococcus mucosus, has temperature optima 105°C and is useful for the bioconversion of starch into various useful products of industrial significance.

(v) Taq and Pfu DNA polymerases:

Taq and Pfu DNA polymerases are used in molecular biology for the amplification of DNA using polymerase chain reaction (PCR). Taq polymerase found in Thermus aquaticus is active at 80°C at pH 8.

(vi) Glutamase synthetase:

Glutamase synthetase (GS) is active at 100°C and is used for the synthesis of glutamine from glutamate and ammonia.

(vii) Aminotransferases:

Two thermo-active aromatic aminotransferases has been purified and characterised from Thermococcus lithoralis, and are active at 100°C. The enzyme aspartate aminotransferase that transfers amino group from glutamate to oxaloacetate has been isolated from Sulfolobus solfataricus.

2. Molecular Chaperons:

Molecular chaperons are a type of proteins that express under stress conditions such as elevated temperatures and are involved in protein folding. They do not become part of the assembled proteins, but only assist in the folding process. Molecular chaperons seem to be both extremely widespread and their sequences highly conserved.

Indeed, one important function of molecular chaperons is to prevent improper aggregation of proteins. Molecular chaperons, in addition to folding newly synthesised proteins, can also refold proteins that have partially denatured in the cell before proteases recognise them as improperly folded and destroy them (Fig. 19.18). Molecular chaperons have been isolate from Sulfolobus shibate and S. solfataricus.


Influence of environmental factors on microorganisms

Changes in environmental conditions affect the life of microorganisms. The physical, chemical, biological factors of the environment can accelerate or inhibit the development of microbes, can change their properties or even cause death.

The environmental factors that have the most noticeable effect on microorganisms include humidity, temperature, acidity and chemical composition of the medium, the effect of light and other physical factors.

Humidity

Microorganisms can live and develop only in an environment with a certain moisture content. Water is necessary for all metabolic processes of microorganisms, for normal osmotic pressure in the microbial cell, to maintain its viability. In different microorganisms, the need for water is not the same. Bacteria are mainly hygrophilous, with a moisture content of less than 20%, their growth stops. For molds, the lower limit of the moisture content of the medium is 15%, and with considerable air humidity and below. The precipitation of water vapor from the air to the surface of the product promotes the multiplication of microorganisms.

When the water content in the medium decreases, the growth of microorganisms slows down and may completely stop. Therefore, dry foods can be stored considerably longer than products with high humidity. Drying the products allows the products to be stored at room temperature without cooling.

Some microbes are very resistant to drying, some bacteria and yeast in the dried state can persist for up to a month or more. Spores of bacteria and mold fungi remain viable in the absence of moisture tens, and sometimes hundreds of years.

Temperatura

Temperature is the most important factor for the development of microorganisms. For each of the microorganisms, there is a minimum, optimum and maximum temperature regime for growth. By this property, microbes are divided into three groups:

  • psychrophiles are microorganisms that grow well at low temperatures with a minimum at -10-0 ° C, an optimum at 10-15 ° C
  • mesophils are microorganisms for which the growth optimum is observed at 25-35 ° C, a minimum at 5-10 ° C, a maximum at 50-60 ° C
  • thermophiles are microorganisms that grow well at relatively high temperatures with an optimum growth at 50-65 ° C, a maximum at temperatures above 70 ° C.

Most microorganisms belong to mesophiles, for the development of which the temperature is 25-35 ° C. Therefore, the storage of food products at this temperature leads to a rapid multiplication in them of microorganisms and spoilage of products. Some microbes, with significant accumulation in products, can lead to human food poisoning. Pathogenic microorganisms, i.e. The causes of human infectious diseases also belong to mesophiles.

Low temperatures slow down the growth of microorganisms, but do not kill them. In chilled foods, the growth of microorganisms is slow, but continues. At temperatures below 0 ° C, most microbes stop multiplying when the products are frozen, the growth of microbes stops, some of them gradually die off. It was found that at a temperature below 0 ° C most microorganisms fall into a state similar to anabiosis, retain their viability and with the rise in temperature continue their development. This property of microorganisms should be taken into account when storing and further cooking food. For example, salmonella can be stored in frozen meat for a long time, and after defrosting meat, they quickly accumulate in favorable conditions to a dangerous amount for humans.

When exposed to a high temperature, exceeding the maximum of endurance of microorganisms, their dying occurs. Bacteria that do not have the ability to form spores die by heating in a humid environment to 60-70 ° C in 15-30 minutes, up to 80-100 ° C – after a few seconds or minutes. The bacterial spores have a much higher temperature resistance. They are able to withstand 100 ° C for 1-6 hours, at a temperature of 120-130 ° C bacteria spores in a humid environment die in 20-30 minutes. Spores of molds are less heat resistant.

Thermal culinary processing of food in public catering, pasteurization and sterilization of food products in the food industry lead to partial or complete (sterilization) of the death of vegetative cells of microorganisms.

When pasteurized, the food product undergoes minimal temperature effects. Depending on the temperature regime, low and high pasteurization is distinguished.

Low pasteurization is carried out at a temperature not exceeding 65-80 ° C, at least 20 minutes for greater safety of the product.

High pasteurization is a short-term (no more than 1 min) effect on the pasteurized product of a temperature above 90 ° C, which leads to the death of the pathogenic non-spore-forming microflora and at the same time does not entail any significant changes in the natural properties of the pasteurized products. Pasteurized products can not be stored without cold.

Sterilization provides for the release of the product from all forms of microorganisms, including spores. Sterilization of canned canned food is carried out in special devices – autoclaves (under steam pressure) at a temperature of 110-125 ° C for 20-60 minutes. Sterilization provides the possibility of long-term storage of canned food. Milk is sterilized by ultra high temperature treatment (at temperatures above 130 ° C) for a few seconds, which allows you to preserve all the beneficial properties of milk.

The reaction of the medium

The life activity of microorganisms depends on the concentration of hydrogen (H + ) or hydroxyl (OH – ) ions in the substrate on which they develop. For most bacteria, neutral (pH about 7) or slightly alkaline medium is most favorable. Moldy mushrooms and yeast grow well with a weakly acid reaction of the medium. High acidity of the medium (pH below 4.0) prevents the development of bacteria, but molds can continue to grow in a more acidic environment. Suppressing the growth of putrefactive microorganisms during acidification of the environment has practical application. The addition of acetic acid is used in the marinating of products, which inhibits rotting processes and allows the preservation of products. The lactic acid formed during quenching also suppresses the growth of putrefactive bacteria.

Concentration of salt and sugar

Cookery salt and sugar have long been used to increase the resistance of products to microbial damage and better preservation of food.

An increase in the content of dissolved substances (salt or sugar) in the nutrient medium affects the amount of osmotic pressure inside the microorganisms, causes their dehydration. With an increase in the concentration of table salt in the substrate of more than 3-4% multiplication of many, including putrefactive, microorganisms slows down, at a concentration of more than 7-12% – ceases.

Some microorganisms need for their development in high concentrations of salt (20% and higher). They are called salt-loving, or halophiles. They can cause damage to salty foods.

High concentrations of sugar (above 55-65%) stop the reproduction of most microorganisms, this is used when preparing jam, jam or jam from fruit and berries. However, these products can also be damaged as a result of reproduction of osmophilic molds or yeast.

Shine

Some microorganisms need light for normal development, but for most of them it is disastrous. Ultraviolet rays of the sun have bactericidal action, ie, at certain radiation doses lead to the death of microorganisms. The bactericidal properties of the ultraviolet rays of mercury-quartz lamps are used to disinfect air, water, and certain food products. Infrared rays can also cause death of microbes due to thermal effects. The impact of these rays is used in the heat treatment of products. Negative effects on microorganisms can have electromagnetic fields, ionizing radiation and other physical factors of the environment.

Chemical factors

Some chemicals can have a harmful effect on microorganisms. Chemicals that have a bactericidal effect are called antiseptics. These include disinfectants (bleach, hypochlorites, etc.) used in medicine, food industry and public catering.

Some antiseptics are used as food additives (sorbic and benzoic acids, etc.) in the production of juices, caviar, creams, salads and other products.

Biological factors

Different relationships can be established between different microorganisms: symbiosis is a mutually beneficial relationship metabiosis – the vital activity of one at the expense of the other without causing harm parasitism – the vital activity of one at the expense of another with causing harm to him antagonism – one of the types of microorganisms depresses the development of another, which can lead to the death of microbes. For example, the development of lactic acid bacteria inhibits the growth of putrefactive, these antagonistic relationships are used in the souring of vegetables or to maintain normal microflora in the human intestine.

The antagonistic properties of some microorganisms are explained by their ability to release into the environment substances that have antimicrobial (bacteriostatic, bactericidal or fungicidal) action, antibiotics. Antibiotics are produced mainly by fungi, less often by bacteria, they exert their specific effect on certain types of bacteria or fungi (fungicidal action). Antibiotics are used in medicine (penicillin, levomycetin, streptomycin, etc.), in livestock as a feed additive, in the food industry for preserving food (nisin).

Phytoncides – substances found in many plants and food products (onion, garlic, radish, horseradish, spices, etc.) have antibiotic properties. Phytoncides include essential oils, anthocyanins and other substances. They are capable of causing the death of pathogenic microorganisms and putrefactive bacteria.

In egg white, fish eggs, tears, saliva contains lysozyme – an antibiotic substance of animal origin.


Non-Pathogenic (Useful) Microorganisms

Let us make an in-depth study of the non-pathogenic microorganisms. The below given article will help you to learn about the following things: 1. Microorganisms in Food 2. Microorganisms of Water 3. Microorganisms of Air 4. Industrial Microorganisms and 5. Nitrogen Fixing Microorganism and Life.

Microorganisms may be divided into two groups according to their activities:

The first group — the harmless, non-pathogenic microorganisms to man live mostly in the environment.

They are called as saprophytic or autotrophic (yeasts, moulds and bacteria) and are very useful to the industries for the manufacturing of alcohol, lactic acid, butter, cheese, solvents of paints and antibiotics etc. and to the agriculture to improve the soil fertility.

The second group — the harmful, may be called pathogenic microorganisms — damages the host and produces diseases in man, animals and plants. Out of 1,700 groups of bacteria, about 70 groups are patho­genic to man and can live only in human body, but they may die in external, unfavorable conditions.

The activities of useful microorganisms.

Decay, putrefaction and fermentation.

Decay is the term used generally to denote the gradual decomposition of organic matter (dead ani­mals, plants and their wastes) on or in the soil. Putrefaction is the decomposition of proteins (animal matter) under anaerobic conditions and of carbohydrates (vegetable derivatives starch or sugar).These two processes transform organic mat­ter into useful plant foods.

When dead animals and plants are buried in the ground, the soil micro flora and the intestinal micro flora of dead animal enter into the tissue of the animal or plant. Because of their lipolytic, proteolytic and saccharolytic activities, the microbes breakfast, proteins and sugars, respectively.

The gases (carbon dioxide and hydrogen sulfate etc.) liberated and water formed enter the air or soil. Besides, nitrogen, phosphorus, sulphur, produced from dead animal body combine with water and become’ soluble and suitable as food for plants.

Ultimately, the dead animal disappears. Later, the living animals and men use the plants as food. In this way, the recycle of the elements is continued. Thus, the life would be impossible on earth without microbial activity and the microbes are useful or essential for animal or hu­man life.

The coli bacillus and other species of mi­crobes in the healthy human intestine produce vita­mins (B1, B2, B12, K) essential for the human body. Aci­dophilic microbes are beneficial to the human body as they interfere with the development of pathogenic bacteria which enter into the intestine along with food or drink.

It is well known that human beings cannot di­gest directly the cellulose of the plants and utilise it for their nutrition but the rumen (stomach) micro flora of ruminants (cattle, sheep, goats) can only digest it anaerobically and convert into easily digestible end products like glucose, amino acids, volatile fatty ac­ids, which are excreted through milk or incorporated in animal tissue or muscle.

Man drinks milk contain­ing proteins, fatty acids and lactose which are de­rived from the cellulose of plant or green fodders digested by the rumen micro flora as the rumen of cattle is devoid of digestive enzymes. So the rumen micro flora are quite useful for human welfare with­out which milk or meat cannot be obtained from the animal for the human consumption.

Microorganisms in Food:

Moist less acidic foods (milk, cooked cereals, custard, soup) are suitable media for the growth of saprophytic and pathogenic microorganisms at warm room temperature and thus we consume large number of saprophytic microorganisms along with the foods every day with no harmful effects. The growth of certain microbes in some kinds of foods is useful.

Certain harmless streptococci added to cheese and butter may produce good flavours in them. There- fore, “starters”(materials containing the desired bac­teria) are added to the cream before it is churned into butter and they are also added to milk that is used for making the cheese. Flavour producing bac­teria (Lactobacillus) can ferment pickles.

Putrefaction is the anaerobic digestion and de­composition of proteins (muscle, egg white, fish) by microorganisms. It is usually accompanied by bad odour due to formation of ammonia, hydrogen sulfate and other volatile odoriferous substances.

Mostly, putrefied materials are not agreeable, but we con­sume the putrefied milk in the form of cheese and they are dangerous if contaminated. If foods are con­taminated with excessive growth of saprophytic mi­crobes, they are spoiled foods. This process is known as spoilage.

Under anaerobic conditions, the microorganisms (bacteria, yeasts, moulds) decom­pose, by their saccharolytic activities, the carbohy­drates (sugars) into different kinds of acids, such as lactic acid, alcohol, and gases like carbon dioxide. One of the most familiar type of fermentation is the production of alcohol by yeast from the sugar of fruit juices as in wine manufacture. Certain streptococci (Streptococcus lactis) ferment sugar of milk (lactose) into lactic acid which causes souring of milk.

This harm­less streptococcus along with other saprophytic bac­teria enters into the milk from the dust, splits the milk if it is not refrigerated. The yeasts multiply in the dough and decompose the starch (sugar of the flour) and form alcohol and carbon dioxide. The gas bubbles entangled in the dough raise (leaven) the bread. The bread dries and becomes firm due to the evapora­tion of alcohol during baking.

The decomposition of fat by microorganisms is known as hydrolysis. When fats containing butyric and similar volatile fatty acids are decomposed, these ac­ids are liberated and are responsible for the odour and rancidity taste.

Pathogenic (harmful) bacteria may contaminate the foods or milk products, grow and liberate toxin (preformed toxin of Staphylococcus aureus and Clostridium botulinum) causing food poisoning. Sal­monella typhimurium (pathogenic to mice), when consumed along with the food, may also cause food poisoning in man in whom the illness takes the form of gastroenteritis. The food should be thoroughly cooked, kept closed in a vessel or should not be allowed to stand unrefrigerated and should not remain moist, as the moist food is a suitable medium for the growth of bacteria.

Application to Nursing:

Nurse must understand that the food should be protected from the microbes and should serve her patients and her own family with clean food.

Microorganisms of Water:

In ancient times and even now, in some back­ward community, the people throw the wastes of household out of window in the streets. These wastes and faeces may contaminate the community water supplies and thereby there will be great epidemics due to pathogens of intestinal tract: typhoid, cholera, gastroenteritis, hepatitis etc.

Modern microbiology utilizes concept of purifying sewage by the activities of certain saprophytic soil and water microbes and is of great importance to the community health in sup­plying purified water. The microorganisms utilise the organic substances of the sewage as food and turn them into harmless, inoffensive materials which are used as food by plants.

Method used for purifying municipal sewage is first straining out extraneous objects by passing the ‘raw’ (untreated) sewage through metal screens or racks, then allowing it to flow very slowly through large tanks. In such tanks, the solid matter in suspension settles to the bottom. This solid material is slowly decomposed through the hydrolytic action of microbial enzymes of anaerobic and facultative anaerobic bacteria. It eventually forms sludge (sort of mud) rich in plant food, which is pumped out, dried and used as fertiliser in garden. This sludge is sterilised before packaging.

The fluid part of sewage is sprayed on the sur­face of large beds (trickling filters) of coarse gravel. During this process, it becomes fully aerated. On the surface of gravel or sand a slimy film develops. This film consists of the growth of aerobic microorganisms, which get their nourishment by decomposing and oxidising offensive materials in the sewage as the sewage trickles slowly through the gravel. Solid mat­ter (humus) is collected in the final tank and pumped onto the open sludge drying beds. The deodorized, cleaned fluid is collected in drains under the gravel and run out in fields for irrigation.

In modern activated sludge process, aeration of the sludge is accomplished by violently agitating the sewage with large volumes of the solid matter which is torn into small granules or particles. These particles contain millions of active aerobic microorganisms which use the air to oxidize and decompose rapidly the offensive matter in the sludge. Aeration is the key objective in any form of sewage disposal.

The waters of rivers, lakes, springs and oceans contain many saprophytic microorganisms and these saprophytes are often present in drinking water and are harmless, since they cannot invade the human body. Man consumes large number of these saprophytes with food, water and milk every day. They are harmless.

However, water polluted with sewage usually contains pathogenic microbes (typhoid or dysentery bacilli, cholera vibrio’s, polio, hepatitis virus, amebae etc.). The only safe way is to boil all water or treat it with chlorine a few hours before use. Tablets of hypochlorite or other chlorine compounds are avail­able for this purpose. The nurse who is faced with the problem of disinfection of water at home can very well remember this method.

Microorganisms of Air:

Under ordinary conditions, the spores of numer­ous microorganisms may be found in air all around us. Many of these are spores of moulds, yeasts, useful conidia of streptomyces and spores of bacteria of the genera Clostridium and bacillus. Spores and conidia are excellently adapted to survive floating about on dust in the air for weeks or years.

All these spores are harmless except those of Clostridium and bacillus which are pathogenic to man. The number of micro­organisms in the air usually depends on the amount of dust since most of the microorganisms are riding around on dust particles. They are usually of the harm­less types found in soil and soon die in the dry air and sunlight. However, the air of badly ventilated dark room may contain many pathogenic organisms which are disseminated by the occupants who are carriers of such microbes in the nose and mouth.

In recent years much attention has been paid to the air as a means of disease transmission — espe­cially in hospitals. It is known that every drop of saliva and nasal exudate, even from healthy persons (nurses and doctors) contain microorganisms capable of caus­ing diseases. Among these, are staphylococci, pneumococci, streptococci of scarlet fever, puerperal sepsis, and septic sore throat, diphtheria bacilli, tuber­cle bacilli and numerous viruses (polio, influenza, ad­enovirus etc.)

The air of class-room, theaters and street cars are loaded with microorganisms es­pecially in winter sneezing and coughing sprays of saliva and mucus are added to the general popula­tion of the atmosphere laden by bacteria and viruses. Transmission of diseases by droplets of saliva and mucus is often called droplet infection. These sprays infect the dust and, when dry, this dust carries the bacteria.

The droplets of saliva and dry mucus and the bacteria contaminated in the dried particles float in the air and are inhaled like dust. Such dried particles are spoken as “droplet nuclei” .These land on the floor, furniture’s, lips, hands, surgical wounds.

Application to Nursing:

Knowledge of microorganisms in the air will be useful to take precautionary measures, to protect herself and her patients from the microorganisms which sometimes may be pathogenic to man.

Industrial Microorganisms:

It is well established that the microorganisms produce alcohol, lactic and acetic acids during fer­mentation of carbohydrates besides these products many other substances of equal importance are also formed. So, the microorganisms are widely used in industry.

The skill and knowledge of microbiologist, en­gineer and chemist are pooled together in the indus­trial fermentation to produce the large quantity of butyl alcohol, glycerin, antibiotics, vitamins and other substances of great importance depending upon the species of microorganisms.

In the manufacture of rubber, coffee, cocoa, tobacco, linen, spices, leather, pickles, drug and other products, the fermentative, putrefactive, synthetic and other enzymatic powers of microorganisms are utilised. Thus, it can be con­cluded that the microorganisms have entered in the business and became very useful to mankind.

Nitrogen Fixing Microorganism and Life:

Nitrogen is the component of the cytoplasm of the cell and is essential for the life. Though eighty per cent of the atmosphere contains nitrogen, the atmos­pheric nitrogen cannot be directly utilised by the liv­ing cell. But this nitrogen can be utilised from the atmosphere by the microorganisms by combining it with other elements, mainly oxygen, hydrogen and carbon of the atmosphere. The process of combining nitrogen of the atmosphere with other elements is called nitrogen fixation. The nitrogen of air can be fixed by certain soil microorganisms by two methods: non-symbiotic and symbiotic (living together for mutual benefit) nitro­gen fixation.

Non-Symbiotic Nitrogen Fixation:

The direct com­bination of atmospheric nitrogen as part of the proto­plasm of a living cell without the cooperation of any other organisms, e.g., atmospheric nitrogen can be built up directly into the protoplasm by the bacteria of the genus Azobacter (Azo = nitrogen), the genus Clostridium and other microorganisms.

These useful microorganisms are plenty in all the fertile soils. There- fore, a farmer permits the Azobaceter, Clostridium and other microorganisms to accumulate nitrogen from the air by allowing a field to lie fallow or unplanted. Nitrogen of the commercial fertilisers are very costly.

Symbiotic Nitrogen Fixation:

The nodules on the roots of leguminous plants (i.e., clover, beans, peas, alfalfa) contain bacteria belonging to the genus Rhizobium. While growing together with the plants, this genus Rhizobium collects nitrogen from the air and combines it into substances essential for the growth of both the bacteria and the plants. The process is known as symbiotic nitrogen fixation method.

Nitrogenous compounds released into the soil by leguminous plants may be taken up by other plants and partly decomposed by putrefac­tion yielding ammonia (NH3) As ammonia, nitrogen is generally useless to most green plants. Ammonia is also produced in small amounts by lightning flashes and is also washed into the soil by the rain. To be most readily available to plants, the nitrogen of ammonia must first be oxi­dised to nitric acid (HNO3).

This important function is carried out by the soil bacteria of the family Nitro bacteriacae. The nitric acid they form immedi­ately combines with various substances to form nitrates. The process of changing nitrous acid into nitric acid is called nitrification.

These nitrifying bacteria and nitrogen fixing bacteria are of great importance to agriculture. The nitrogen of the air is useless to many microorganisms. At a depth of four feet (1.2 m), bac­teria become less numerous and at 10 to 12 feet (3- 3.7 m), there are usually no bacteria.

Microorganisms in and on Human Beings:

The healthy human body harbours millions of microor­ganisms on the skin, in the mouth, eyes, genitourinary tract and in the intestine and on every surface of the body which comes in contact with the outside of the world (air, food). Under normal conditions, most of the microorganisms do not produce the diseases, but under certain conditions (e.g., in wound or after sur­gery) gain entrance to the deeper parts of the body and produce the diseases.

The skin carries large number of bacteria. Sta­phylococcus aureus found in the hair follicles and sebaceous ducts causes the boils, carbuncles, breast abscess, infantile impetigo. The organisms lodged in the deeper layer of the skin cannot be removed by thoroughly scrubbing and then by the application of antiseptics, therefore sterile gloves are worn during operation.


List of microorganisms tested in outer space

The survival of some microorganisms exposed to outer space has been studied using both simulated facilities and low Earth orbit exposures. Bacteria were some of the first organisms investigated, when in 1960 a Russian satellite carried Escherichia coli, Staphylococcus, e Enterobacter aerogenes into orbit. [1] Many kinds of microorganisms have been selected for exposure experiments since, as listed in the table below.

Experiments of the adaption of microbes in space have yielded unpredictable results. While sometimes the microorganism may weaken, they can also increase in their disease-causing potency. [1]

It is possible to classify these microorganisms into two groups, the human-borne and the extremophiles. Studying the human-borne microorganisms is significant for human welfare and future crewed missions in space, whilst the extremophiles are vital for studying the physiological requirements of survival in space. [2] NASA has pointed out that normal adults have ten times as many microbial cells as human cells in their bodies. [3] They are also nearly everywhere in the environment and, although normally invisible, can form slimy biofilms. [3]

Extremophiles have adapted to live in some of the most extreme environments on Earth. This includes hypersaline lakes, arid regions, deep sea, acidic sites, cold and dry polar regions and permafrost. [4] The existence of extremophiles has led to the speculation that microorganisms could survive the harsh conditions of extraterrestrial environments and be used as model organisms to understand the fate of biological systems in these environments. The focus of many experiments has been to investigate the possible survival of organisms inside rocks (lithopanspermia), [2] or their survival on Mars for understanding the likelihood of past or present life on that planet. [2] Because of their ubiquity and resistance to spacecraft decontamination, bacterial spores are considered likely potential forward contaminants on robotic missions to Mars. Measuring the resistance of such organisms to space conditions can be applied to develop adequate decontamination procedures. [5]

Research and testing of microorganisms in outer space could eventually be applied for directed panspermia or terraforming.


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Within 24-48 hours you'd start feeling the effects of skin conditions from unchecked staphylococci and the like, such as eczema and erythrodermatitis.

It is difficult to come up with a hard, reliable source for infection progression since instantaneous immune collapse isn't really a thing. Contudo, ex novo infection can have an incubation as short as 96 hours and in-vitro growth time is reported as about one day (google 'staphylococcus growth time' or 'incubation period').

As soon as the skin barrier is broken, cellulitis and circulation problems will ensue, followed (since there's nothing to check the infection) by gangrene. Within three days you will be severely disabled and within four or five days pretty much be unable to move. Expect death from septic shock to occur within one week. One week, in this case, refers to a time period não exceeding 7 Earth-days.

Time-frame data is also difficult to obtain. I have used data from several instances of severe Clostridium infections, where "symptoms usually develop six to 48 hours after the initial infection and progress very quickly" in compromised subjects.

  • 0 - 24 hours: No real effects except itching and rashes
  • 24 - 48 hours: Weeping sores, discoloration and loss of sensation in limbs and other areas. Some loss of functionality may be noticeable after healing.
  • 48 - 72 hours: Severe pain and gangrene. Even after immune system recovery, there are strong chances of amputation being required, scarring and permanent loss of some functionality.
  • 72 - 96 hours: Almost certain amputation necessary, possible death by septic shock even after healing.

So, while in that time several nasty kinds of cancer are guaranteed to have sprung up, they won't be what kills you.

(If several brief immune loss periods repeat, however, it's possível for some of those cancers to develop enough to become dangerous).

Meanwhile, however, dormant infections might spring up and manifest (herpes, for example, and some fungal conditions). These will take longer to disappear even after healing (actually might surface some time after the immune system has recovered).

If you have a preexisting condition or eat anything that requires immune support (the bactericidal properties of saliva will still be there, but several kinds of spores will não be killed and usually die when they germinate and get recognized by the immune system - that barrier will no longer hold), then anything from cholera to Montezuma's Revenge can kill you within 48 hours.

If you don't have completo immune deficiency, then you can survive indefinitely as long as you take sufficient precautions (this is the so-called "Bubble Condition" or "Bubble Boy Disease").

Make it more severe than that and you have something not too different from Acquired Immunodeficiency Syndrome - AIDS.


The Biology of the Goat

The rumen contains a population of very specific micro-organisms.
Bacteria, protozoa and fungi are necessary for the digestion of cellulose
and other plant materials since animals do not have the enzymes
to digest this food source on their own.

The products released from digestion of plant materials by rumen microbes
supplies the goat with essential nutrients.

In one milliliter (1 ml) of the contents of a mature rumen there are about
1 million protozoa, 10's of billions of bacteria and thousands of fungi.

Protozoa are large, single-celled organisms. The species found in the rumen live
in no other environment and cannot survive outside the rumen for very long.
They come in different shapes and sizes.
They usually have microscopic hairs called cilia which help them move or push food toward their mouth.

Protozoa can only be established in the rumen by direct contact with the mouth or saliva of another goat.

Protozoa are the simplest form of animal life.
They have a skin, a mouth and digestive tract.
Other organs (vacuoles) control gases, and liquid and solid waste products.
They reproduce usually by division.

Rumen protozoa are facultative anaerobes, meaning that they can survive without oxygen
but they are able to use the low levels of oxygen that enters the rumen.
This helps to maintain an anaerobic condition in the rumen which is important
for the survival of rumen bacteria.
Protozoa ingest and store starch granules.
This helps to prevent starch digesting bacteria from causing high acid levels.
Protozoa eat bacteria as a source of nutrients preventing a harmful bacterial overgrowth.

Rumen Bacteria

Rumen bacteria play the major role in fermentation by converting cellulose
from plants into usable energy products for the goat.

There are many different kinds of bacteria which are found only in the rumen.
Some rumen bacterial species also digest starch, sugars, and other plant materials.

Some are able to utilize gases and the acidic by-products of other rumen bacteria.
Some bacteria even attack and destroy competing bacteria.

Rumen bacteria are strictly anaerobic (obligate anaerobes) which means that oxygen is toxic to them.
For this reason they cannot survive outside of the rumen environment.
Like protozoa, rumen bacteria are passed from goat to goat.
Bacteria produce all of the necessary B vitamins for the goat.
Large amounts of bacteria end up in the abomasum.
Goats, like all ruminants, secrete an enzyme in the abomasum called lysozyme which digests bacteria,
supplying 90% of the essential amino acids for the goat.

Rumen Fungi

The rumen can contain several different types of primitive fungi.
Fungi need nutrition and vitamins that they receive from rumen bacteria.
The action of the rhizoids penetrating plant material weaken plant cell walls
so that bacteria can more easily degrade and breakdown cellulose.
Fungi also contribute to fermentation.

A typical life cycle of a rumen fungi (Neocallismastix species.

Zoospore is attracted to the type of plant tissue that surrounds flowers and seeds.

The zoospore becomes encysted then germinates and forms a single rhizoid.

The rhizoid system grows and forms long branches.
Rhizoids secrete enzymes which break down compounds in the plant stem
and is then absorbed by the fungi.

When certain plant types are ingested a sporangium develops.
The nucleus divides.


Examples of Microorganisms

Estreptococo bactérias

Estreptococo is a group of bacteria that causes illness in humans. Como o nome sugere, streptococcus bacteria is the cause of strep throat – and can also cause scarlet fever and, rarely, skin and muscle infections.

Streptococcus is a good example of the “dangerous” type of microorganism. On this list, we’ll discuss microorganisms that are both dangerous and helpful to humans.

Malaria Parasite (Plasmodium)

Malaria is the deadliest disease to humans on Earth today. Transmitted from host to host by mosquito bites, it causes serious symptoms such as fever, hemolytic anemia, and convulsions as the Plasmodium parasite reproduces inside the host’s body.

It may surprise you to learn that the Plasmodium parasite is not a bacteria – rather, it is a eukaryotic microorganism that reproduces sexually and undergoes a multi-stage life cycle.

Plasmodium demonstrates the diversity of microorganisms – which may be bacterial, eukaryotic, or even multicellular.

Lactobacillus rhamnosus

Se Estreptococo is a “bad” bacterium, Lactobacillus is a “good” type of bacterium. Lactobacillus are bacteria that live in the guts of healthy people, and may help us fight off diseases such as the stomach flu.

Lactobacillus is found in many yogurts. Some people even take highly concentrated doses of Lactobacillus in the form of “probiotic” pills or capsules in hopes of staying healthy!

Cianobactéria

Cyanobacteria was one of the first types of life to evolve on Earth. Its modern descendant continues to play important ecological roles today. Cyanobacteria can turn carbon dioxide into oxygen – and it can turn unusable inorganic nitrogen into organic forms that can be used to make proteins and more!

Because cyanobacteria was one of the first organisms on the planet, it likely had to do those things for itself – there were no other nitrogen-fixing organisms around to partner up with.

Cyanobacteria is another great example of a “good” microorganism to which humans owe a great deal!

1. Which of the following is NOT true of microorganisms?
UMA. All are prokaryotic
B. All are eukaryotic
C. All are microscopic
D. All are harmful pathogens

2. Which of the following is one reason why our understanding of microorganisms has changed a lot in the last 10 years?
UMA. For most of the 19 th and 20 th centuries, microorganisms could only be studied using light microscopes.
B. The advent of genome analysis allowed scientists to read organisms’ “source codes” and see which are related to each other.
C. Reading the DNA of microbes have shown that many assumptions made based on light microscope studies were not correct.
D. All of the above.


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