Aula 5 - Microbiologia Ambiental

Microbiologia AmbientalProfa. Dra. Daniela Freitas

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Microbiologia da água

Introdução

Introdução

• Os microrganismos podem:

• mudar a composição química da água

• fornecer nutrientes para outros organismos aquáticos

► CICLOS DA MATÉRIA

• representar um grande risco para a saúde humana e animal

► PATÓGENOS

Ciclo hidrológico

•Água atmosférica: nuvens, chuva, neve, geadas

•Água de superfície: lagos, riachos, rios, oceanos

•Água subterrânea: lençol freático, poros do solo

- habitat para muitos microrganismos

Águas naturais

• No meio aquático os nutrientes estão diluídos

- baixa diversidade de microrganismos

• Com a presença de matéria orgânica ocorre:

- aumento da atividade microbiana

- inúmeros exemplos

• Uma gota d’água parece simples mas é bastante complexa:

- diferentes substâncias químicas

- diferentes tipos de microrganismos

Introdução

• Os microrganismos podem:

• mudar a composição química da água

• fornecer nutrientes para outros organismos

• representar um grande risco para a saúde

Introdução

Tipo de microrganismo presente depende:

• Condições físicas e químicas

• Temperatura

• superfície:

» varia de 0 ºC nos pólos a 40 ºC nos trópicos

• sob a superfície:

» 90 % do ambiente marinho estão a 5 ºC

– PSICRÓFILOS

• mas, nas fendas oceânicas:

– TERMÓFILOS

» Pyrodictium occultum (ótimo 105ºC, Itália)

Pyrodictium occultum

•Nas baixas e médias latitudes ocorre uma variação brusca da

temperatura

- Termoclina: Importância na distribuição dos microrganismos

- A termoclina possui grande importância na distribuição dos

organismos aquáticos funcionando como uma barreira para estes, uma

vez que as mudanças de temperatura da água acarretam em alterações

na densidade, viscosidade, pressão, solubilidade e oxigênio, que por sua

vez podem influenciar na flutuabilidade, locomoção e respiração dos

organismos.

O ambiente aquático

• Pressão hidrostática

– pressão no fundo de uma coluna d’água:

• 1 atm/10 m - no fundo dos oceanos é enorme:

– danos às células

– BAROFÍLICOS, encontrados a 2500 m de profundidade (possuem

vesículas de gás)

– em profundidades acima de 4000 m, ocorrem os BAROFÍLICOS

EXTREMOS

Efeito da pressão

• funcionamento das enzimas

• – estratégias especiais de dobramento

• transporte de membrana

• – ácidos graxos insaturados nos lipídeos

• – proteínas especiais de transporte

• OmpH (outer membrane protein H) em barofílicos

• gram-negativos só é formada quando a bactéria cresce sob alta

pressão


• Luz

– a vida na água depende, direta ou indiretamente, dos produtos da

fotossíntese

• algas e cianobactérias são os principais microrganismos

fotossintetizantes encontrados nos ambientes aquáticos

- estão limitados às regiões superficiais


• Salinidade da água

– água doce: 0 %

– água do mar: 2,75 % de NaCl + outros sais = 3,3 - 3,7 %

► HALOFÍLICOS

– lagos salgados (ex.: Salt Lake, EUA): 32 %

► HALOFÍLICOS EXTREMOS


• Turbidez

– material suspenso:

• partículas minerais: erosão das rochas, solo

• microrganismos suspensos

• matéria orgânica: tecidos vegetais e animais

- superfície de adesão dos microrganismos

- fonte de nutrientes

TURBIDEZ x LUZ


• pH

– A maioria dos microrganismos aquáticos cresce melhor próximo à

neutralidade: 6,5 - 8,5

– pH dos oceanos: 7,5 - 8,5

– organismos marinhos: 7,2 - 7,6

– lagos e rios: variação ampla

• Archaea de lagos do sul da África: 11,5

• Archaea de geisers: 1,0


• Nutrientes

• orgânicos e inorgânicos– nitratos e fosfatos:

» Algas eutrofização O2 crescimento de outros organismos

• carga de nutrientes:

– águas próximas à praia: variável (esgotos)

– águas de mar aberto: estável e baixa

» baixo fitoplâncton (baixo N e Fe)

» baixa atividade heterotrófica» atividade fotossintetizante: cianobactérias


• Nutrientes

• efluentes industriais: presença de antimicrobianos

» alguns microrganismos convertem tais substâncias em formas menos nocivas: Pseudomonas spp.:

mercúrio metil mercúrio (volátil)


Microbiologia da Água Potável

• Rios, riachos, lagos

– sujeitos a freqüente poluição:

• esgoto doméstico

• agricultura

• dejetos industriais

– Reutilização da água

• processo natural, parte do ciclo hidrológico

• mas, atualmente, há enormes pressões

crescimento populacional

uso industrial

irrigação


– necessidade de uma reciclagem mais rápida e eficiente da água

– necessidade de métodos de purificação

• Poluição

– água pode ser límpida, inodora e sem sabor e mesmo assim ser

não potável devido à presença de contaminações

• Água potável: livre de microrganismos patogênicos e de substâncias

químicas nocivas

• contaminantes:

– químicos

– físicos

– biológicos

FísicosAsbestos Resíduos industriais CâncerArgila suspensa Precipitação Interfere com

tratamentos sanitáriosQuímicos

Metais pesados Indústrias Várias doençasSulfatos Algicidas e minas DiarréiasNitratos Fertilizantes MetemoglobinemiaSódio Amaciantes de água Retenção de fluidos

Doenças do coraçãoPesticidas Agricultura Várias doençasClorofórmio Indústria Câncer

BiológicosBactérias Fezes e urina Febre tifóide

ShigelosesSalmonelosesGastroenteritesTularemiaLeptospirose

Vírus Fezes HepatitePoliomieliteGastroenterites

Protozoários Fezes Disinteria amébicaGiardíaseBalantidíase

Poluentes Possível fonte Efeitos adversos

• Purificação da água

– abastecimento residencial:

• áreas rurais: poços e fontes: filtração no solo• cidades: estações de tratamento:

– sedimentação

– filtração– cloração


• Bactérias

– Salmonella spp.

– Vibrio cholerae» principais problemas associados à falta de cuidados

sanitários

– Shigella spp.– Yersinia enterocolitica: gastroenterite aguda– Escherichia coli: linhagens patogênicas: enterites

– Clostridium perfringens: enterite, gangrena gasosa

– Vibrio parahaemolyticus: gastroenterites– Pseudomonas aeruginosa: infecções nos olhos, ouvidos– Staphylococcus aureus: infecções cutâneas, garganta e intoxicações alimentares– Leptospira: hepatite, conjuntivite e insuficiência renal

Microrganismos patogênicos na água

• Fungos

• aquáticos: saprófitas, parasitas de peixes• oriundos do solo: leveduras• Candida albicans: infecções da pele, mucosas

• fungos dermatófitos

– Geotrichum

Microrganismos patogênicos na água

• Protozoários

– ciliados

• Giardia lamblia: esporos resistentes ao cloro

– amebas

• Entamoeba hystolytica (amebíase-doença intestinal)

• Vírus

– Hepatites A e B

– Gastroenterite infecciosa não bacteriana

– Poliomielite

– Rotavirus

– Reovirus

– Adenovirus

• Protozoários

– Vermes

• Schistosoma mansoni

• Ascaris lumbricoides

• Verme chinês do fígado

– amebas

• Entamoeba hystolytica (amebíase-doença intestinal)

O monitoramento de todos os microrganismos patogênicos é difícil e anti-econômico: meios e metodologias diferentes,

dificuldade de analisar os resultados

Microrganismos indicadores de qualidade da água

• que é um microrganismo indicador?

• qual é o indicador ideal?

Indicador ideal de qualidade sanitária

• Ocorrência e desaparecimento concomitante com patogênicos

• Densidade populacional diretamente relacionada com o grau de

contaminação

• Maior sobrevida que a dos patogênicos

• Ausência em água potável

Indicador ideal de qualidade sanitária

• Fácil detecção e recuperação laboratorial

• Não prejudicial à pessoas e animais

• Manipulação segura

Avaliação do IQA (Índice de Qualidade de Água)

• Para o ano de 2008 foram analisados 2.018 pontos de monitoramento

em 15 Unidades da Federação que possuíam informações disponíveis

para o cálculo do Índice de Qualidade das Águas e do Índice de Estado

Trófico.

• A análise da qualidade das águas superficiais do País foi feita a partir

das informações fornecidas pelas seguintes entidades que possuem

redes de monitoramento: CETESB (SP), COGERH (CE), CPRH (PE),

EMPARN (RN), FEPAM (RS), IAP (PR), IDEMA (RN), IEMA (ES),

IGAM (MG), IGARN (RN), IMA (AL), IMASUL (MS), INEA (RJ), INGÁ

(BA), SANEATINS (TO), SEMA (MT), SRH (PE), SUDEMA (PB) e

SUDERHSA (PR).

Avaliação do IQA (Índice de Qualidade de Água)

• Considerando os valores médios do Índice de Qualidade das Águas

(IQA) em 2008, observa-se uma condição ótima em 10 % dos pontos

de monitoramento, boa em 70%, regular em 12%, ruim em 6 %, e

péssima em 2 % (Figura).

Figura: Percentual das classes de IQA dos pontos de amostragem no ano de 2008. Fontes: CETESB (SP), COGERH (CE), CPRH (PE), EMPARN (RN), FEPAM (RS), IAP (PR), IDEMA (RN), IEMA (ES), IGAM (MG), IGARN (RN), IMA (AL), IMASUL (MS), INEA (RJ), INGÁ (BA), SANEATINS (TO), SEMA (MT), SRH (PE), SUDEMA (PB) e SUDERHSA (PR).

Figura: Percentual das classes de IET dos pontos de amostragem em corpos d’água

lóticos no ano de 2008. Fontes: CETESB (SP), COGERH (CE), CPRH (PE), EMPARN (RN),

FEPAM (RS), IAP (PR), IDEMA (RN), IEMA (ES), IGAM (MG), IGARN (RN), IMA (AL),

IMASUL (MS), INEA (RJ), INGÁ (BA), SANEATINS (TO), SEMA (MT), SRH (PE), SUDEMA

(PB) e SUDERHSA (PR).

Figura: Percentual das classes de IET dos pontos de amostragem em corpos d’água lênticos no ano de 2008. Fonte: CETESB (SP), COGERH (CE), CPRH (PE), EMPARN (RN), FEPAM (RS), IAP (PR), IDEMA (RN), IEMA (ES), IGAM (MG), IGARN (RN), IMA (AL), IMASUL (MS), INEA (RJ), INGÁ (BA), SANEATINS (TO), SEMA (MT), SRH (PE), SUDEMA (PB) e SUDERHSA (PR).

Escherichia coli e outros coliformes

• bacilos curtos, Gram -, fermentam a lactose com produção de ácido e

gás, dentro de 48 h a 35ºC

– lac+

• Escherichia coli: coliforme fecal

• Klebsiella pneumoniae: coliforme fecal

• Enterobacter aerogenes, Citrobacter, Klebsiella: (fezes, vegetais

e solo): coliforme ambiental

► a fermentação da lactose é a chave do teste

• Presença de coliformes totais não indica necessariamente

contaminação fecal ou ocorrência de enteropatógenos.

• Metodologia:

• teste presuntivo

• teste confirmativo• teste completo

Análise bacteriológica da água

10 ml por tubo

0,1 ml por tubo

1 ml por tubo

incubação a 35ºC/24-48 h:formação de gás: NMP

Amostra deágua

Técnica dos tubos múltiplos para determinação do Número Mais Provável de coliformes - Teste Presuntivo

Teste presuntivo: caldo lauril triptose (caldo lactosado)

Teste confirmativo: caldo lactosado bile-verde brilhante

Tubos com gás do testeanterior

Tubos com caldo lactosadobile verde brilhante

Incubação a 35 ºC/24-48 h

Tubos com gás Caldo lactosadodo teste confirmativo incubação a 44,5 ºC

Coliformes fecais

Coliformes fecais fermentam a lactose a 44,5 ºC

Coliformes não fecais fermentam a lactose somente até 37 ºC

Teste da membranafiltrante

Colônias típicas: brilho metálico

Colônias típicas: azuis

Método substrato cromogênico/fluorogênico

Baseia-se na utilização de substratos análogos à lactose

(glicopiranosídeos)

Específicos para Escherichia coli.

• Exemplos: ONPG (Orto Nitrofenil galactopiranosídeo)

MUG (Metil-Umbeliferone Galactopiranosídeo)

Ferramenta poderosa para identificação de Escherichia coli (teste

confirmativo)

Luz UV

Teste para separar Escherichia coli de outros coliformes

Escherichia coli Enterobacter aerogenes

Classificação das águas interiores do território nacional

Classe Características microbiológicas DBO DO Utilizaçãocolif. totais colif. fecais mg/L mg/L

1 < 1 < 1 ----- ------ Potável

2 ≤ 5.000 ≤ 1.000 ≤ 5 > 5 RecreaçãoIrrigação (frutas,hortaliças)

3 ≤ 20.000 ≤4.000 ≤ 10 > 4 PescaConsumo animal

4 > 20.000 > 4.000 > 10 >0,5 NavegaçãoIndústriaIrrigação (grandesculturas)

Tratamento da água

• Pré-tratamento

– água livre de folhagem e outras sujidades maiores é direcionada

para armazenagem em tanques

• Coagulação - floculação - sedimentação

– adição de sais de alumínio ou ferro

– remove 50-95% dos microrganismos ou vírus

– remove até 90% dos parasitas

– depende do pH, temperatura e qual. química

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