5.1 L E PROJET DE B ALISAGES R ELATIONNELS DU R HÔNE
5.1.2 Analyse du projet sous l’angle de la durabilité
Todos os sistemas biológicos, desde os organismos unicelulares até ao próprio Homem, necessitam de nutrientes (alimentos) para o seu crescimento e para o normal funcionamento das células. Os nutrientes são substâncias extracelulares que, entrando na célula (depois de passar através da membrana), podem ser utilizadas por esta, para construir o seu material celular e obter energia. Na Figura 5 está representado o esquema de um microrganismo com os seus diversos organelos.
Quase todas as substâncias e materiais conhecidos podem servir de nutrientes para um microrganismo ou outro. A lista destes materiais inclui desde substâncias normais para o crescimento (proteínas, açúcares e aminas), até aos mais invulgares (borracha, papel, pele, petróleo, monóxido de carbono, ferro e enxofre). Nem todos os organismos são capazes de utilizar todos os nutrientes e nem todos os nutrientes podem ser utilizados por todas as espécies.
As funções principais da membrana celular são a selecção e transporte dos nutrientes à célula, e a eliminação dos produtos residuais procedentes do metabolismo. Alguns compostos entram na célula por difusão, pelo que na maioria dos casos fazem-no por transporte activo. Este transporte consiste na capacidade dos organismos para acumular substâncias dentro da célula, em concentrações bastante elevadas, a partir de um meio externo no qual essas substâncias se encontram em baixa concentração.
De todos os organismos vivos, os microrganismos são os mais versáteis e diversificados nas suas exigências nutricionais. Alguns podem crescer exigindo apenas substâncias inorgânicas, enquanto outros estão mais próximos dos organismos superiores nas suas exigências em compostos orgânicos complexos.
De todos os elementos da Tabela Periódica, entre trinta e cinco e quarenta deles são nutrientes essenciais para as bactérias. Apesar da maioria serem metais, existem seis não metais (C, O, H, N, P e S) e dois metais (K, Mg) que sozinhos constituem 95% do peso seco destes microrganismos. Estes oito elementos são denominados macronutrientes, pois é preciso tê-los no meio de crescimento numa concentração superior a 10-4 M. Todos os outros
elementos denominam-se por micronutrientes ou elementos traço, sendo exigidos em menores quantidades mas funcionalmente também muito importantes. A água representa cerca de 80-90% do peso total das células sendo, por isso, um factor fundamental. Os oito macronutrientes e as suas funções fisiológicas estão reflectidos na Tabela 2:
Tabela 2: Macronutrientes essenciais para os microrganismos
Elemento
químico Funções fisiológicas
Concentração requerida, M
% de peso seco da
célula
Carbono Constituintes orgânicos do material celular. Frequentemente fonte de energia.
>10-2 50
Azoto Constituinte das proteínas, ácidos nucleicos e coenzimas. 10-3 14
Hidrogénio Constituinte do material orgânico celular e da água. - 8
Oxigénio Constituinte do material orgânico celular e da água. - 20
Enxofre Constituinte das proteínas e de certas coenzimas. 10-4 1
Fósforo Constituinte dos ácidos nucleicos, fosfolípidos, nucleótidos e de certas coenzimas.
10-4 a 10-3 3
Potássio É o catião inorgânico mais importante na célula e é o cofactor
10-4 a 10-3 1
Magnésio É o cofactor de muitas enzimas, clorofila (micróbios fotossintéticos) e esta presente na parede celular e nas
membranas.
10-4 a 10-3 0.5
As exigências em carbono, azoto, enxofre e oxigénio não podem ser descritas de uma forma simplista, pois os microrganismos diferem relativamente à forma química específica sob a qual estes elementos podem ser utilizados como nutrientes. O carbono é um dos mais importantes elementos necessários ao crescimento microbiano. Todos os organismos necessitam de carbono, embora os microrganismos sejam extremamente diversificados relativamente ao tipo e número de compostos orgânicos que podem utilizar.
As bactérias podem dividir-se em quatro categorias principais, segundo a fonte de carbono e a forma através da qual cumprem as suas necessidades energéticas. Desta divisão se resume a Tabela 3:
Tabela 3: As quatro categorias principais segundo a fonte de carbono e fonte de energia
Categorias nutricionais de organismos numa classificação que combina a natureza das fontes de carbono e energia
Categorias nutricionais Fonte de
carbono
Fonte de
energia Organismos (exemplos)
Fotoautotrófico CO2 Luz Algas, bactérias
fotossintéticas Fotoheterotrófico Composto
orgânico
Luz Bactérias fotossintéticas arquebactérias halófilas
Quimiolitoautotrófico CO2 Inorgânica Eubactérias nitrificantes e oxidantes do
enxofre Quimiolitoheterotrófico Composto
orgânico
Inorgânica Algumas arquebactérias metanogénicas
Quimiorganoautotrófico CO2 Orgânica Eubactérias metilotróficas autotróficas
Quimiorganoheterotrófico Composto orgânico
Orgânica Fungos, protozoários, a maior parte das eubactérias
As bactérias autotróficas têm dificuldade em crescer apenas sobre materiais inorgânicos, utilizando dióxido de carbono como fonte de carbono e a luz do sol (fotossintéticas) como fonte de energia ou a oxidação de compostos inorgânicos (quimiosintéticas).
As bactérias autotróficas obrigatórias utilizam apenas carbono inorgânico e o seu crescimento inibe-se geralmente na presença de compostos orgânicos. Por outro lado, as autotróficas mixotróficas podem utilizar tanto as fontes orgânicas como inorgânicas de carbono. Todos os organismos autotróficos incorporam CO2 no seu material celular.
Entre os microrganismos quimiosintéticos, os Thiobacillus são importantes ao considerarmos que as bactérias estão envolvidas nos ambientes mineiros. Em particular o
organismo Thiobacillus ferrooxidans que é capaz de oxidar sulfuretos e ácido sulfúrico. É também o principal causador da produção de águas ácidas nas minas e em resíduos mineiros.
As bactérias heterotróficas necessitam de compostos orgânicos complexos como fonte principal de carbono, apesar algumas delas usarem CO2 em pequenas quantidades. A fonte de
energia pode ser fotossintética ou quimiosintética. Os heterotróficos quimosintéticos constituem a grande maioria de bactérias tratadas habitualmente na Microbiologia geral ou aplicada.
Uma cultura é um conjunto de microrganismos que se fez crescer deliberadamente num determinado meio e à escala de laboratório. O meio de cultivo é, por isso, um substrato ou solução nutriente sobre o qual se cultivaram os microrganismos no laboratório.
A composição química dos meios utilizados para o cultivo das bactérias autotróficas é habitualmente bastante simples. Por exemplo, o chamado meio 9K, de Silverman e Lundgren (ITGE, 1991), é muito utilizado nas experiências em que a bactéria T. ferrooxidans faz parte, a sua composição está descrita na Tabela 4:
Tabela 4: Meio mineral 9K (Silverman e Lundgren, ITGE, 1991)
O conhecimento das exigências nutricionais dos microrganismos permite elaborar meios que promovam o seu crescimento em meios de cultura. Os meios utilizados para o cultivo de outros autotróficos são muito semelhantes ao meio mineral 9K, apesar de, para cada caso, na sua composição, os meios de cultura deverão incluir os nutrientes indispensáveis ao organismo em causa, sob forma assimilável. Estes meios, obtidos a partir de substâncias distintas, são conhecidos como meios sintéticos.
Meio Mineral 9K FeSO4 9.0 g (NH4)2SO4 3.0 g K2HPO4 0.5 g MgSO4.7H2O 0.5 g KCl 0.05 g Ca(NO3)2.4H2O 0.01 g Água destilada 1000 cm3
No caso dos microrganismos heterotróficos, a diversidade das necessidades nutricionais é muito grande, todos os meios conhecidos recolhidos deram origem a um livro com mais de 1000 páginas (Difco Manual, 1984), onde se indica a sua composição. Por outro lado, muitas das substâncias específicas que são requeridas por determinadas bactérias estão abrangidas por outros manuais.
Quantitativamente, os nutrientes deverão estar presentes em concentrações adequadas e não tóxicas, em tais quantidades que a carência de qualquer um deles não impeça a utilização dos demais.
Para além dos nutrientes requeridos às exigências dos microrganismos, o meio de cultura deve ser estéril, isto é, não deve conter quaisquer organismos vivos. Os micróbios, devido às suas reduzidas dimensões, dispersam-se facilmente. Devemos esterilizar o meio de cultura após a sua preparação, para eliminar os microrganismos contaminantes. É também, necessário ter precauções durante o subsequente manuseamento, a fim de evitar posteriores contaminações durante a manipulação das culturas.