Microrganismo
Um microrganismo, micro-organismo ou micróbio é um organismo microscópico, que pode existir em sua forma unicelular ou em uma colônia de células.
Precursores ancestrais
A possível existência de organismos microscópicos foi discutida por muitos séculos antes de sua descoberta no século XVII. Por volta do século V a.C. os jainistas da atual Índia postularam a existência de minúsculos organismos chamados de nigodas. Dizia-se que esses nigodas nascem em grupos; eles vivem em toda parte, incluindo corpos de plantas, animais e pessoas; e sua vida dura apenas uma fração de segundo. De acordo com o líder jainista Mahavira, os humanos destroem esses nigodas em grande escala, quando comem, respiram, sentam e se movem. Muitos jainistas modernos afirmam que os ensinamentos de Mahavira foram o presságio da existência de microrganismos descobertos pela ciência moderna. A ideia mais antiga conhecida para indicar a possibilidade de doenças se espalhando por organismos ainda não vistos foi a do estudioso romano Marco Terêncio Varrão em um livro do século I a.C. com o título Das Coisas do Campo, no qual ele chamava as criaturas invisíveis de animálculos e adverte contra a localização de uma casa próxima um pântano:
Início da era moderna
— Antonie van Leeuwenhoek, em uma carta datada de 12 de Junho de 1716. — Brian J. Ford, Leeuwenhoek scholar, 1992 — Nick Lane, Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2015 Akshamsaddin, um (cientista otomano) mencionou o micróbio em seu trabalho Maddat ul-Hayat (O Material da Vida) cerca de dois séculos antes da descoberta de Anton van Leeuwenhoek através da experimentação: É incorreto presumir que as doenças aparecem uma a uma nos humanos. A doença infecta propagando-se de uma pessoa para outra. Esta infecção ocorre por meio de sementes que são tão pequenas que não podem ser vistas, mas estão vivas. Em 1546, Girolamo Fracastoro propôs que as doenças epidêmicas eram causadas por entidades semelhantes a sementes que podiam transmitir a infecção por contato direto ou indireto, ou mesmo sem contato por longas distâncias.
Século XIX
Louis Pasteur (1822-1895) expôs caldos fervidos ao ar atmosférico, em recipientes que continham um filtro para evitar que as partículas entrassem em contato com o caldo, e também em recipientes sem filtro, mas permitindo o ar passar através de um tubo curvo, assim a poeira e as partículas se assentariam e não entrariam em contato com o caldo. Ao ferver o caldo de antemão, Pasteur garantiu que nenhum microrganismo sobrevivesse dentro dos caldos no início de seu experimento. Nada cresceu nos caldos durante o experimento de Pasteur. Isso significava que os microrganismos vivos que cresciam nesses caldos vinham de fora, como esporos na poeira, em vez de serem gerados espontaneamente no caldo. Assim, Pasteur refutou a teoria da geração espontânea e apoiou a teoria microbiana das doenças.
Os microrganismos podem ser encontrados quase em qualquer lugar da Terra. Bactérias e arqueas são quase sempre microscópicas, enquanto vários eucariontes também são microscópicos, incluindo a maioria dos protistas, alguns fungos e plantas. Os vírus não são feitos de células, eles não podem se manter em um estado estável, não crescem e não podem produzir sua própria energia. Mesmo que eles se repliquem e se adaptem ao seu ambiente, os vírus são mais parecidos com androides do que organismos vivos reais. Portanto, não são considerados microrganismos, embora um subcampo da microbiologia seja a virologia, a especialidade biológica e médica que estuda os vírus e suas propriedades.
Evolução
Microrganismos unicelulares foram as primeiras formas de vida a se desenvolver na Terra, há aproximadamente 3,5 bilhões de anos. A evolução posterior foi lenta e, por cerca de 3 bilhões de anos no éon pré-cambriano (grande parte da história da vida na Terra), todos os organismos eram microrganismos. Bactérias, algas e fungos foram identificados em um âmbar com 220 milhões de anos, o que mostra que a morfologia dos microrganismos mudou pouco desde pelo menos o período Triássico. O recém-descoberto papel biológico desempenhado pelo níquel, entretanto - especialmente aquele provocado por erupções vulcânicas dos Trapps siberianos - pode ter acelerado a evolução dos metanógenos no final do evento de extinção Permiano-Triássico. Os microrganismos tendem a ter uma taxa de evolução relativamente rápida. A maioria dos microrganismos pode se reproduzir rapidamente e as bactérias também são capazes de trocar genes livremente por meio de conjugação, transformação e transdução, mesmo entre espécies amplamente divergentes. Essa transferência horizontal de genes, associada a uma alta taxa de mutação e outros meios de transformação, permite que os microrganismos evoluam rapidamente (por meio da seleção natural) para sobreviver em novos ambientes e responder aos estresses ambientais. Essa rápida evolução é importante na medicina, pois levou ao desenvolvimento de bactérias patogênicas multirresistentes, as superbactérias, que são resistentes aos antibióticos.
Archaea
Archaea são organismos unicelulares procarióticos e formam o primeiro domínio da vida, no sistema de três domínios de Carl Woese. Um procarionte é definido como anucleado ou por não conter outra organela ligada à membrana. As Archaea compartilham essa característica definidora com as bactérias com as quais foram agrupadas. Em 1990, o microbiologista Woese propôs o sistema de três domínios que dividia os seres vivos em bactérias, arqueias e eucariontes e, assim, dividia o domínio procarionte. As Archaea diferem das bactérias tanto em sua genética quanto em sua bioquímica. Por exemplo, enquanto as membranas celulares bacterianas são feitas de fosfoglicerídeos com ligações de éster, as membranas arqueanas são feitas de éter lipídico. Archaea foram originalmente descritos como extremófilos que vivem em ambientes extremos, como fontes termais, mas desde então foram encontrados em todos os tipos de habitats. Só agora os cientistas estão começando a perceber o quão comuns são as archaea no meio ambiente, com o Crenarchaeota sendo a forma de vida mais comum no oceano, dominando ecossistemas abaixo de 150 metros de profundidade. Esses organismos também são comuns no solo e desempenham um papel vital na oxidação da amônia.
Bacteria
Bactérias como as arqueias são procarióticas - unicelulares e não têm núcleo celular ou outra organela ligada à membrana. As bactérias são microscópicas, com algumas exceções extremamente raras, como Thiomargarita namibiensis. As bactérias funcionam e se reproduzem como células individuais, mas muitas vezes podem se agregar em colônias multicelulares. Algumas espécies, como as mixobactérias, podem se agregar em estruturas complexas, operando como grupos multicelulares como parte de seu ciclo de vida, ou formar aglomerados em colônias bacterianas como a Escherichia coli. Seu genoma é geralmente um cromossomo bacteriano circular - uma única alça de DNA, embora também possam abrigar pequenos pedaços de DNA chamados plasmídeos. Esses plasmídeos podem ser transferidos entre células por meio de conjugação bacteriana. As bactérias são envoltas por uma parede celular, que fornece força e rigidez às suas células. Elas se reproduzem por fissão ou às vezes por gemulação, mas não sofrem reprodução sexual meiótica. No entanto, muitas espécies bacterianas podem transferir DNA entre células individuais por um processo de transferência horizontal de genes conhecido como transformação natural. Algumas espécies formam esporos extraordinariamente resistentes, mas para as bactérias esse é um mecanismo de sobrevivência, não de reprodução. Em condições ideais, as bactérias podem crescer extremamente rapidamente e seu número pode dobrar a cada 20 minutos.
Eucariotas
A maioria dos seres vivos visíveis a olho nu em sua forma adulta são eucariontes, incluindo humanos. No entanto, muitos eucariontes também são microrganismos. Ao contrário das bactérias e arqueias, os eucariontes contêm organelas como o núcleo da célula, o complexo de Golgi e as mitocôndrias em suas células. O núcleo é uma organela que abriga o DNA que compõe o genoma de uma célula. O próprio DNA (ácido desoxirribonucleico) é organizado em cromossomos complexos. As mitocôndrias são organelas vitais no metabolismo, pois são o local do Ciclo de Krebs e da fosforilação oxidativa. Eles evoluíram de bactérias simbióticas e retêm um genoma remanescente. Como as bactérias, as células vegetais têm paredes celulares e contêm organelas como os cloroplastos, além das organelas de outros eucariontes. Os cloroplastos produzem energia da luz por fotossíntese e também eram bactérias simbióticas originalmente.
Os microrganismos são encontrados em quase todos os habitats presentes na natureza, incluindo ambientes hostis como os polos Norte e Sul, desertos, gêiseres e rochas. Eles também incluem todos os microrganismos marinhos dos oceanos e do fundo do mar. Alguns tipos de microrganismos se adaptaram a ambientes extremos e colônias sustentadas; esses organismos são conhecidos como extremófilos. Extremófilos têm sido isolados em rochas a até 7 quilômetros abaixo da superfície da Terra, e foi sugerido que a quantidade de organismos que vivem abaixo da superfície da Terra é comparável à quantidade de vida na superfície ou acima dela. Os extremófilos são conhecidos por sobreviver por um tempo prolongado no vácuo e podem ser altamente resistentes à radiação, o que pode até permitir que sobrevivam no espaço. Muitos tipos de microrganismos têm relações simbióticas íntimas com outros organismos maiores, alguns dos quais são mutuamente benéficos (mutualismo), enquanto outros podem ser prejudiciais ao organismo hospedeiro (parasitismo). Se os microrganismos podem causar doenças em um hospedeiro, eles são conhecidos como patógenos e, às vezes, chamados de micróbios. Os microrganismos desempenham papéis críticos nos ciclos biogeoquímicos da Terra, pois são responsáveis pela decomposição e fixação de nitrogênio.
Extremófilos
Extremófilos são microrganismos que se adaptaram para poder sobreviver e até prosperar em ambientes extremos que normalmente são fatais para a maioria das formas de vida. Termófilos e hipertermófilos prosperam em altas temperaturas. Os psicrófilos prosperam em temperaturas extremamente baixas. Temperaturas tão altas quanto 130 °C, tão baixas quanto −17 °C. Halófilos como Halobacterium salinarum (um arqueano) prosperam em condições altamente salinas, até a saturação. Os alcalifílicos prosperam em um pH alcalino de cerca de 8,5-11. Os acidófilos podem prosperar em um pH de 2,0 ou menos. Os piezófilos prosperam em pressões muito altas: até 1.000-2.000 atm, até 0 atm como no vácuo do espaço. Alguns extremófilos, como Deinococcus radiodurans, são radiorresistentes, resistindo à exposição à radiação de até 5kGy. Os extremófilos são importantes de maneiras diferentes. Eles estendem a vida terrestre a grande parte da hidrosfera, crosta e atmosfera da Terra, seus mecanismos específicos de adaptação evolutiva a seu ambiente extremo podem ser explorados em biotecnologia, e sua própria existência sob tais condições extremas aumenta o potencial para vida extraterrestre.
No solo
O ciclo do nitrogênio nos solos depende da fixação do nitrogênio atmosférico. Isso é conseguido por vários diazotróficos. Uma das maneiras pelas quais isso pode ocorrer é nos nódulos das raízes de leguminosas que contêm bactérias simbióticas dos gêneros Rhizobium, Mesorhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium e Azorhizobium. As raízes das plantas criam uma região estreita conhecida como rizosfera que suporta muitos microrganismos conhecidos como microbioma da raiz.
Simbiose
Um líquen é uma simbiose de um fungo macroscópico com algas microbianas fotossintéticas ou cianobactérias.
Os microrganismos são úteis na produção de alimentos, no tratamento de águas residuais, na criação de biocombustíveis e em uma ampla gama de produtos químicos e enzimas. Eles são inestimáveis na pesquisa como organismos-modelo. Eles foram transformados em armas e às vezes usados na guerra e no bioterrorismo. Eles são vitais para a agricultura por meio de seus papéis na manutenção da fertilidade do solo e na decomposição da matéria orgânica. Os micróbios podem disponibilizar nutrientes e minerais do solo para as plantas, produzir hormônios que estimulam o crescimento, estimulam o sistema imunológico da planta e desencadeiam ou amenizam as respostas ao estresse. Em geral, um conjunto mais diversificado de micróbios do solo resulta em menos doenças nas plantas e maior produtividade.
Produção de alimentos
Os microrganismos são usados em um processo de fermentação para fazer iogurte, queijo, requeijão, kefir, ayran e outros tipos de alimentos. As culturas de fermentação fornecem sabor e aroma e inibem microrganismos indesejáveis. Eles são usados para fermentar o pão e para converter açúcares em álcool no vinho e na cerveja. Os microrganismos são usados na fabricação de cerveja, vinho, panificação, decapagem e outros processos de fabricação de alimentos. Alguns usos industriais de microrganismos:
Tratamento de água
Estes dependem de sua capacidade de limpar a água contaminada com matéria orgânica em microrganismos que podem respirar substâncias dissolvidas. A respiração pode ser aeróbica, com um leito de filtro bem oxigenado, como um filtro de areia lento. A digestão anaeróbica por metanógenos gera gás metano útil como subproduto.
Energia
Os microrganismos são usados na fermentação para produzir etanol e em reatores de biogás para produzir metano. Os cientistas estão pesquisando o uso de algas para produzir combustíveis líquidos e bactérias para converter várias formas de resíduos agrícolas e urbanos em combustíveis utilizáveis.
Produtos químicos e enzimas
Os microrganismos são usados para produzir muitos produtos químicos comerciais e industriais, enzimas e outras moléculas bioativas. Os ácidos orgânicos produzidos em grande escala industrial por fermentação microbiana incluem ácido acético produzido por bactérias de ácido acético, como Acetobacter aceti, ácido butírico feito pela bactéria Clostridium butyricum, ácido láctico feito por Lactobacillus e outras bactérias lácticas. Microrganismos são usados para preparar moléculas bioativas, como estreptoquinase da bactéria Streptococcus, Ciclosporina A do fungo ascomiceto Tolypocladium inflatum, e estatinas produzidas pela levedura Monascus purpureus.
Ciência
Os microrganismos são ferramentas essenciais em biotecnologia, bioquímica, genética e na biologia molecular. As leveduras Saccharomyces cerevisiae e Schizosaccharomyces pombe são importantes organismos-modelo na ciência, uma vez que são eucariontes simples que podem crescer rapidamente em grande número e são facilmente manipulados. Eles são particularmente valiosos em genética, genômica e proteômica. Os microrganismos podem ser aproveitados para usos como a criação de esteroides e o tratamento de doenças de pele. Os cientistas também estão considerando o uso de microrganismos para células de combustível vivas e como uma solução para a poluição.
Guerra
Na Idade Média, como um dos primeiros exemplos de guerra biológica, cadáveres doentes eram jogados em castelos durante cercos usando catapultas ou outras armas de cerco. Indivíduos próximos aos cadáveres eram expostos ao patógeno e espalhavam esse patógeno para outras pessoas. Nos tempos modernos, o bioterrorismo incluiu o ataque bioterrorista de Rajneeshee em 1984 e a liberação de antraz em 1993 por Aum Shinrikyo em Tóquio.
Microbiota intestinal
Os microrganismos podem formar uma relação endossimbiótica com outros organismos maiores. Por exemplo, a simbiose microbiana desempenha um papel crucial no sistema imunológico. Os microrganismos que constituem a flora intestinal no trato gastrointestinal contribuem para a imunidade intestinal, sintetizam vitaminas como ácido fólico e biotina e fermentam carboidratos não digeríveis complexos (fibras). Alguns microrganismos considerados benéficos à saúde são denominados probióticos e estão disponíveis como suplementos alimentares ou aditivos alimentares.
Probióticos
Os probióticos são bactérias benéficas que vivem no intestino e melhoram a saúde geral do organismo, trazendo benefícios como facilitar a digestão e a absorção de nutrientes, e fortalecer o sistema imunológico. Quando a flora intestinal está em desequilíbrio, o que acontece após o uso de antibióticos ou quando não se tem uma alimentação saudável e equilibrada, o intestino acaba sendo povoado por bactérias ruins, que não ajudam o sistema imunológico e deixam o organismo susceptível a várias doenças, também como a problemas intestinais, baixa imunidade, obesidade, periodontite, colesterol, pressão alta, candidíase, vaginose, irritações de pele, estresse, ansiedade e até mesmo câncer.
Doenças
Os microrganismos são os agentes causadores (patógenos) em muitas doenças infecciosas. Os organismos envolvidos incluem bactérias patogênicas, causando doenças como peste, tuberculose e antraz; parasitas protozoários, causando doenças como malária, doença do sono, disenteria e toxoplasmose; e também fungos que causam doenças como micose, candidíase ou histoplasmose. No entanto, outras doenças como gripe, febre amarela ou AIDS são causadas por vírus patogênicos, que geralmente não são classificados como organismos vivos e, portanto, não são microrganismos pela definição estrita. Não são conhecidos exemplos claros de patógenos arqueanos, embora uma relação tenha sido proposta entre a presença de alguns metanógenos arqueanos e a doença periodontal humana. Numerosos patógenos microbianos são capazes de processos reprodutivos que parecem facilitar sua sobrevivência no hospedeiro infectado.
Higiene
A higiene é um conjunto de práticas para evitar infecções ou o vencimento dos alimentos, eliminando microrganismos do ambiente. Como os microrganismos, em particular as bactérias, são encontrados virtualmente em todos os lugares, os microrganismos prejudiciais podem ser reduzidos a níveis aceitáveis em vez de realmente eliminados. Na preparação de alimentos, os microrganismos são reduzidos por métodos de preservação como o cozimento, a limpeza de utensílios ou por baixas temperaturas. Se a esterilidade completa for necessária, como acontece com o equipamento cirúrgico, uma autoclave é usada para matar os microrganismos com calor e pressão.
