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Por Marinella Silva Laport

Professora do Instituto de Microbiologia, Departamento de Microbiologia Médica, Laboratório de Bacteriologia Molecular e Marinha

Os oceanos cobrem mais do que 70% da superfície da Terra e são considerados uma grande reserva de recursos naturais. Entretanto, a extensa biodiversidade marinha, especialmente dos microrganismos, é ainda é muito pouco conhecida. Tem-se estimado que a diversidade biológica em ecossistemas marinhos seja maior do que nas florestas tropicais.

Os invertebrados marinhos, como as esponjas (Filo Porifera), representam um importante alvo para o estudo de interações simbióticas.  As esponjas são organismos bentônicos sésseis e filtradores, de morfologia e fisiologia simples e estão entre os mais antigos animais multicelulares (Metazoa). São extremamente eficientes na obtenção de alimentos a partir da água circundante. Elas habitam uma grande variedade de sistemas marinhos e de água doce (um pouco mais restrito) e são encontradas em todas as regiões tropicais, temperadas e polares. Atualmente, há cerca de 8.686 espécies de esponjas válidas em todo mundo, destas, 515 espécies tem sido identificadas no Brasil. Mas ainda há muito para ser descrito.

As esponjas marinhas tem sido o foco de interesse de muitos estudos, devido a dois fatores principais (e muitas vezes inter-relacionados): (i) elas formam associações com uma grande variedade de microrganismos e (ii) são uma rica fonte de metabólitos secundários biologicamente ativos.

A relação simbiôntica entre o invertebrado marinho e a sua microbiota, dificulta a cultura dessas bactérias na ausência do hospedeiro. De fato, estima-se que apenas 1% dos microrganismos seja cultivável, no contexto de ecossistemas naturais. Entretanto, a cultura bacteriana revela-se essencial para a pesquisa de novos compostos bioativos já que as bactérias produzem, de modo rápido, grande quantidade de biomassa e, consequentemente, de metabólitos secundários biologicamente ativos, sem necessitar coletar ou cultivar a esponja. Além disso, a cultura pura de bactérias isoladas se faz essencial para os estudos de entendimento sobre sua interação ecológica. A falta de culturas puras para a maioria dos microrganismos associados aos invertebrados contribuiu para uma escassez de conhecimentos sobre suas características fisiológicas.

O nosso grupo tem se dedicado ao estudo das associações entre esponjas e bactérias, principalmente na pesquisa de novas substâncias antimicrobianas contra microrganismos de importância médica. Recentemente, identificamos o sulfato de halistanol como uma das substâncias com excelente ação antibacteriana isolada da esponja Petromica citrina. Este foi o primeiro estudo do tema nesta espécie e que é encontrada, até o momento, apenas no litoral brasileiro.

Como muitas vezes as bactérias associadas as esponjas produzem metabólitos bioativos para a sua sobrevivência no hospedeiro, assim como, muitos hospedeiros são dependentes desta microbiota, desde 2006, o nosso grupo isolou e caracterizou cerca de 2.500 estirpes bacterianas de esponjas do litoral brasileiro e francês. Cerca de 15% destas apresentam alguma atividade antimicrobiana contra bactérias de importância médica.

Além da produção de antimicrobianos, também caracterizamos bactérias isoladas de esponjas produtoras de outros compostos com potencial biotecnológico, como o caso de biosurfactantes, enzimas, moléculas sinalizadoras de quorum sensing e relacionadas com a formação de biofilmes marinhos.

Muito pouco é conhecido sobre a comunicação, ou sinalização química, entre invertebrados marinhos e os microrganismos associados. Provavelmente, muitos dos metabólitos secundários produzidos pelas esponjas, por exemplo, poderiam facilitar a seleção a favor ou contra determinados tipos de microrganismos. Bactérias capazes de produzir moléculas sinalizadoras de quorum sensing (AHLs) já foram isoladas de esponjas marinhas, assim como outras moléculas sinalizadoras putativas, como as dicetopiperazinas (DKPs). Assim, substâncias pertencentes à classe das dicetopiperazinas foram isoladas de estirpes de Pseudomonas spp.associadas a esponja Haliclona vansoesti coletada no Rio de Janeiro. Provavelmente, estas substâncias, que também apresentam excelente atividade antibacteriana, estejam relacionadas com a sinalização química no hologenoma desta esponja.

As bactérias marinhas formadoras de biofilme e/ou produtoras de biosusfactantes também podem atuar como bioindicadoras em processos  de biorremediação em ambientes contaminados com óleo e metais pesados. Em um estudo com 100 estirpes isoladas de esponjas marinhas do litoral do Rio de Janeiro, observamos que 71% destas foram capazes de produzir biofilme. Além disso, o perfil de resistência às formas orgânicas e inorgânicas do mercúrio (Hg) também foi verificado. Vinte e uma estirpes demonstraram ser resistentes ao Hg, dentre as quais, 15 foram classificadas como altamente resistentes, em virtude do seu crescimento na presença de 100 mM de HgCl2. Quinze das 21 estirpes resistentes foram capazes de reduzir Hg2+ a Hg0 e apresentaram o gene merA em seus genomas. Quatro das 6 estirpes restantes demonstraram produzir biossurfactantes, sugerindo a tolerância ao Hg pelo sequestro desse metal. Onze estirpes cresceram em presença de metilmercúrio (MeHg), duas em meio contendo 2,5 µM de MeHg, quatro com 10 µM, e cinco com 20 µM.

Enfim, ainda há uma grande lacuna a ser preenchida nas pesquisas no que dizem respeito a exploração sustentável das potenciais aplicações biotecnológicas das esponjas marinhas e de sua microbiota associada (Figura 1).

novidades micro esponja marinha 2

Figura 1: Exemplos de potenciais aplicações biotecnológicas de bactérias associadas a esponjas marinhas: (a) Desenvolvimento de novas substâncias antimicrobianas para o tratamento de infecções bacterianas; (b) Produção de enzimas, como por exemplo a urease. Esta é uma importante característica ecológica de alguns endosimbiontes de esponjas que contribuem para o ciclo do nitrogênio, graças a capacidade de produzir a urease que converte uréia em amônia; (c) Indicadores biológicos e biorremediação: as bactérias associadas as esponjas são bioindicadoras ideais, especialmente no monitoramento da poluição marinha causada por metais pesados, onde muitas apresentam elevados perfis de resistência ao mercúrio, chumbo e/ou cádmio. E ainda, como consequência deste fenótipo de resistência, estas bactérias podem ser usadas nos processos de biorremediação graças a sua capacidade em converter os metais pesados em elementos atóxicos, como por exemplo, redução de Hg+2 em Hg0; (d) Muitas bactérias marinhas produzem biofilmes e estes tem sido utilizados em processos de remediação de águas residuais; (e) Produção de biosurfactantes, onde estes compostos tem apresentado excelentes resultados em experimentos de recuperação de águas contaminas por óleos e/ou metais pesados.

Referências:

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Taylor, M.W.; Radax, R.; Steger, D.; Wagner, M. Sponge-associated microorganisms: evolution, ecology, and biotechnological potential. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 71(2), 295-347, 2007

Van Soest, R.W.M; Boury-Esnault, N.; Hooper, J.N.A.; Rützler, K.; de Voogd, N.J.; Alvarez de Glasby, B., Hajdu, E., Pisera, A.B., Manconi, R., Schoenberg, C., Janussen, D., Tabachnick, K.R., Klautau, M., Picton, B., Kelly, M., Vacelet, J., Dohrmann, M., Díaz, M.-C., Cárdenas, P. World Porifera database. Accessed at http://www.marinespecies.org/porifera on 2015-10-28.

Por  Felipe  Soares

Matéria escrita para a disciplina “Tópicos de Divulgação Cientifica” do programa de pós-graduação em Ciências (microbiologia) do Instituto de Microbiologia Paulo de Góes

Países em desenvolvimento, como o Brasil, muitas vezes são palco de doenças relacionadas à carência de infraestrutura e de um sistema de saúde eficaz. Essas enfermidades são conhecidas como doenças negligenciadas. Tais doenças apresentam em comum o fato de serem causadas por parasitos, que são organismos que sobrevivem em hospedeiros, retirando deles meios para sua sobrevivência. Apesar de responsáveis por 12% da quantidade global de doenças, a atenção voltada a essas doenças por parte da indústria farmacêutica com a produção de fármacos voltados ao tratamento destas totalizam 0,01%. No Brasil, a situação é delicada, pois concentra a maioria dos casos de algumas dessas doenças negligenciadas.

A doença de Chagas, considerada uma doença negligenciada, é causada pelo protozoário parasita Trypanosoma cruzi. É comum alguns pacientes chagásicos desenvolverem problemas cardíacos e no esôfago. A principal forma de transmissão é feita por insetos triatomíneos, conhecidos como barbeiros, que se alimentam de sangue humano ou de outros animais. Durante sua alimentação, este inseto libera dejetos fecais contendo vários parasitos, que podem atravessar a pele através da lesão da picada ou de outras lesões. A principal forma de contenção da doença é feita a partir do controle do inseto transmissor. No ano de 2006, o Brasil ganhou a certificação internacional de erradicação da transmissão da doença de Chagas pelo barbeiro da espécie Triatoma infestans, considerado o principal transmissor no país. Apesar do êxito, outras espécies de barbeiros continuam transmitindo a doença. Além disso, outras maneiras de contágio que não envolve diretamente o vetor são responsáveis pelo surgimento de novos casos nos últimos dez anos, como por exemplo, o contágio por transfusão sanguínea, transplante de órgãos, via neonatal ou oral.

A transmissão oral, ao longo dos últimos quinze anos, foi responsável pelo aparecimento de diversos surtos da doença de Chagas no Brasil. Ela é resultado da ingestão de alimentos contaminados com material fecal dos barbeiros contendo os parasitos, ou menos ocasionalmente, pelo contato oral com secreções da glândula de cheiro de gambás (Figura 1), que concentram um número considerável de parasitos infecciosos. Outras possíveis situações são a contaminação dos utensílios usados na preparação de alimentos, que se armazenados de forma incorreta, podem ficar expostos aos próprios barbeiros ou a baratas e moscas que entraram em contato previamente com fezes de barbeiros contaminados. O consumo de sangue de mamíferos por algumas tribos indígenas da Amazônia também pode ser um alvo de contaminação.

ciclo doenca chagas

Figura 1: Representação esquemática da transmissão oral que envolve a ingestão de alimentos contendo fezes de barbeiros infectados.

Fonte: Guia para vigilância, prevenção, controle e manejo clínico da doença de chagas aguda transmitida por alimentos. PAHO, 2009.

No ano de 2006, a forma de contaminação por via oral foi classificada como potencial risco para a Saúde Pública no Brasil. Neste mesmo ano, houve a confirmação de 115 casos da doença de Chagas nas regiões Norte e Nordeste, sendo 94 casos por via oral. A maioria dos casos foi por ingestão de açaí contaminado, um alimento essencial na dieta da população da Região Norte (Figura 2). 

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Figura 2: Açaí, principal causa das infecções orais no norte do Brasil.

Fonte: http://querosaude.com.br/beneficios-acai-voce-sabe-quais-sao/

Registraram-se, também neste período, surtos pela ingestão de Bacaba e de cana-de-açúcar. No ano seguinte, a situação foi semelhante, como mostra o quadro a seguir. 

doenca de chagas

Apesar da maioria dos casos recentes, notificados no país, serem de responsabilidade do consumo do suco de açaí fresco, outros vegetais, como a cana-de açúcar, podem ser processados juntamente a barbeiros contaminados. Em 2005 foi relatado um surto de doença de Chagas no estado de Santa Catarina, relacionado ao consumo de caldo de cana. Além dos vegetais, carne crua, sangue de mamíferos e leite cru podem apresentar riscos de contaminação. Infelizmente, nos dias de hoje a situação não melhorou. Regularmente acontecem surtos em locais isolados, sempre apontando o açaí como principal veículo de contaminação. Em 2014 houve surtos no norte do Tocantins e no começo de 2015, em algumas cidades do Amazonas.

Algumas recomendações precisam ser seguidas por países que apresentam transmissão oral de doença de Chagas, como por exemplo, que a doença seja incluída no grupo das Doenças Transmitidas por Alimentos (DTA) pelos órgãos nacionais encarregados da inocuidade de alimentos nos países endêmicos, e que os mesmos fomentem suas estratégias de prevenção e controle. À comunidade científica compete fomentar investigação básica sobre tema, para o desenvolvimento de conhecimento sobre transmissão oral de T. cruzi, que propicie a sua melhor interpretação epidemiológica e direcionamento das ações de prevenção e controle.

Bibliografia

Assad, L. (2010). Doenças negligenciadas estão nos países pobres e em desenvolvimento.Ciência e Cultura,62(1), 6-8.

Organização Pan Americana da Saúde. (2009). Guia para vigilância, prevenção, controle e manejo clínico da Doença de Chagas aguda transmitida por alimentos.

Cavalcanti, L. P. D. G., Rolim, D. B., Neto, R. D. J. P., Vilar, D. C. L. F., Nogueira, J. O. L., Pompeu, M. M. D. L., & Sousa, A. Q. D. (2009). Microepidemia de doença de Chagas aguda por transmissão oral no Ceará.Cad. saúde colet.,(Rio J.),17(4).

Agência nacional de vigilância sanitária. Informe Técnico - nº 35 de 19 de junho de 2008.

RECOMENDAÇÕES, C. E. (2006). Consulta técnica em epidemiologia, prevenção e manejo da transmissão da doença de Chagas como doença transmitida por alimentos.

Fregonesi, B. M., Yokosawa, C. E., Okada, I. A., Massafera, G., Costa, T. M. B., & Prado, S. D. P. T. (2010). Polpa de açaí congelada: características nutricionais, físico-químicas, microscópicas e avaliação da rotulagem.Revista do Instituto Adolfo Lutz (Impresso),69(3), 387-395.

http://www1.folha.uol.com.br/folha/dimenstein/noticias/gd240305c.htm

http://conexaoto.com.br/2014/12/18/ingestao-de-alimento-contaminado-pode-ser-causa-de-surto-de-doenca-de-chagas

Matéria escrita para a disciplina “Tópicos de Divulgação Cientifica” do programa de pós-graduação em Ciências (microbiologia) do Instituto de Microbiologia Paulo de Góes

Por Maxwel Monção

As microalgas ou algas unicelulares são microrganismos encontrados em corpos aquáticos em todo o globo terrestre; podem ainda estar presentes em folhas ou caules de vegetais além de poder formar, em simbiose com fungos, os liquens(Figura 1) .São os principais integrantes do fitoplâncton, podendo ser encontrados de forma individualizada ou em colônias capazes de alcançar grandes dimensões. Esse grupo de organismos é considerado fundamental para a manutenção da vida na Terra uma vez que participam, juntos das macrófitas aquáticas, da produção de maior parte do O2 da atmosfera.

microalgas

Figura 1 - Cultivo de microalgas, disponível em http://impressaodigital126.com.br/?p=13528

Segundo Scott Franklin, vice-presidente da divisão de biologia molecular na Solazyme, uma empresa na vanguarda da pesquisa com algas, o longo tempo desses organismos no planeta está diretamente relacionado com sua resistência e capacidade de adaptação, a maioria é capaz de produzir seu próprio alimento utilizando apenas de energia solar.

A simplicidade na estrutura desses organismos permite seu rápido crescimento despertando o interesse por aplicações biotecnológicas. Suas exigências nutricionais não são elevadas e o crescimento é rápido na presença de luz viabilizando sua produção em biorreatores abertos e com água de seu ambiente natural acrescida de antimicrobianos para facilitar o crescimento algal permitindo uma produção economicamente competitiva.

A produção de microalgas fotossintetizantes apresenta como vantagem ecológica à obtenção de créditos de carbono uma vez que nessa rota os organismos fazem fotoconversão de CO2 para a produção de matéria orgânica. Esse saldo de carbono gera grande interesse na pesquisa uma vez que pode ser uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis e fontes não renováveis de energia além do controle do efeito estufa. De acordo com estimativas do Climate Council (Figura 2), 62% dos combustíveis fósseis e 88% do carvão não devem ser extraídos e utilizados na geração de energia para controle das emissões de carbono na atmosfera. Nesse contexto, a produção de biocombustíveis deve ser intensificada de modo a oferecer a quantidade necessária de energia substituindo fontes não renováveis.

Devido ao grande impacto ambiental causado pelos combustíveis fósseis, o interesse em outras fontes de combustíveis tem se intensificado. O biodiesel é produzido a partir de fontes renováveis, pela transesterificação de triglicerídeos com alcoóis de cadeia curta, produzindo ésteres monoalquílicos de ácidos graxos de cadeia longa. As principais vantagens deste combustível devem-se ao fato do mesmo ser biodegradável, não tóxico e renovável. Além disso, o biodiesel pode ser misturado ao diesel fóssil em qualquer proporção.

Estudos recentes indicam que o biodiesel pode ser obtido a partir de microalgas, devido à facilidade de seu cultivo, quantidade intracelular de lipídios, viabilidade de manipulação genética das vias metabólicas, duplicação da biomassa em um curto período de tempo e possibilidade de controlar estas condições. A composição da biomassa microbiana se dá principalmente por três tipos de macromoléculas orgânicas: proteínas, carboidratos e lipídeos sendo os últimos utilizados como matéria prima na produção de biodiesel. A retirada dos lipídeos para a produção de biodiesel e conversão da biomassa remanescente em biocombustíveis garante um rendimento próximo a 100% que torna as microalgas uma das classes de organismos mais eficientes na produção de combustíveis não fósseis.

Referencias :

C. M. P. PereiraI; C. B. HobussI; J.V. MacielI; L. R. FerreiraI; F. B. Del PinoI; M. F. MeskoI; E. Jacob-LopesII; P. C. Neto. Biodiesel renovável derivado de microalgas: avanços e perspectivas tecnológicas Quim. Nova 10:2013-2018, 2012.

Impessão Digital, available at: http://impressaodigital126.com.br/?p=13528 - acesso em 26 de maio de 2015.

Mataa, T. M., Martinsa, A.A. & Caetano, N.S.: Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Ren. Sust. En. Rev. 14:217-232, 2010.

Portal Solazyme, disponível em: http://solazyme.com/blog/2014/08/12/the-magic-of-microalgae/ - acesso em 26 de maio de 2015.

RENUKA N; SOOD A; PRASANNA R. & AHLUWALIA AS. Influence of seasonal variation in water quality on the microalgal diversity of sewage wastewater. S Afr J Bot: 90, 137–145, 2014.

Spolaore, P., Joannis-Cassan, C., Duran, E., Isambert, A. Commercial applications of microalgae. J. Biosci. Bioeng. 101:87-96, 2006.

what is our carbon

Figura 2

Além da produção de energia, outras aplicações também podem ser conferidas a esses organismos; no contexto ambiental, o uso de microalgas na fase final do tratamento de efluentes se apresenta como uma alternativa de baixo custo e alta eficiência uma vez que esses organismos são capazes de diminuir os níveis de N e P do material tratado além de sua capacidade de metabolizar metais pesados e hormônios que são encontrados no esgoto doméstico. Altos níveis de N e P nos efluentes quando lançados num corpo de água podem induzir a eutrofização[MG1] , processo onde existe uma alta densidade de organismos que geralmente diminui consideravelmente a quantidade de O2 dissolvido levando a mortandade de peixes.

A coloração característica dos flamingos e salmões se deve às suas dietas compostas de microalgas. A capacidade nutritiva desses organismos se dá por alta concentração de material orgânico de valor nutricional, por isso, outra aplicação desses organismos é na indústria alimentícia principalmente na produção de alimentos probióticos, pigmentos naturais, suplementos alimentares e produção de ração para animais. São ainda aplicadas na indústria cosmética na produção de cremes anti-idade e protetores solar. Moléculas de alto valor como ácidos graxos, pigmentos e isótopos bioquímicos.

Microalgas possuem diversas aplicações na biotecnologia sendo, por muitas vezes, uma opção competitiva quando produzida a partir da fotoconversão [MG2] de gás carbônico. Estão presentes na Terra por milhões de anos e apresentam grande resistência além de tolerância maior que grande parte dos organismos. Diversas aplicações podem estar atribuídas a esses organismos e existe um grande potencial a ser explorado para que possamos ter um futuro verde e sustentável.

 
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