Entenda como microrganismos se tornaram fontes de tecnologia

Os microrganismos fazem parte do nosso dia a dia e possuem diversas aplicações na saúde, na alimentação, no meio ambiente e na agricultura

Você sabe o que são microrganismos? Onde vivem? E o que eles fazem? Como o próprio nome diz, eles são seres vivos bastante pequenos. E, na maioria das vezes, só podem ser vistos individualmente com o auxílio de equipamentos, como o microscópio.

De modo geral, ao usar o termo “microrganismos” estamos nos referindo a bactérias, fungos e vírus. E o que sabemos é que, muitos deles causam doenças infecciosas e contaminações.

Mas, ao contrário do que muitos pensam, os microrganismos proporcionam inúmeros benefícios à humanidade. E saiba ainda, que a quantidade de microrganismos benéficos é bem maior do que a quantidade daqueles que são prejudiciais.

Quer conhecer mais sobre esse assunto? Continue conosco! Vamos mergulhar no mundo de seres que fazem parte da nossa vida diária e nem notamos.

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Os microrganismos estão por toda parte

Pode parecer estranho, mas o nosso corpo apresenta aproximadamente a mesma quantidade de bactérias do que de células em sua composição. Mas não se assuste, isso só é possível porque, obviamente, cada bactéria é muito menor do que uma célula humana. Esses microrganismos podem chegar a atingir 200g do peso corpóreo de um ser humano de aproximadamente 70kg.

E não podemos esquecer que esses microrganismos também estão presentes em nossos ambientes domésticos, lugares públicos, alimentos, utensílios que manuseamos diariamente, como celulares e outros. Por isso, devemos estar sempre atentos à higienização adequada desses objetos para evitar contaminações e as consequências que elas podem nos trazer.

E tem mais! Saiba que existe muita vida logo abaixo de nossos pés. Em apenas 1g de solo é possível encontrar mais de 100 milhões de bactérias e 1 milhão de fungos. Dá pra imaginar?

Encontram-se bactérias vivendo no gelo polar, nas profundezas do oceano ou até mesmo em ambientes muito quentes. Em outras palavras, toleram condições incompatíveis com a nossa vida, como temperaturas superiores a 100 °C ou ambientes com baixa disponibilidade de nutrientes. Os fungos também estão presentes nos mais variados locais da Terra, embora não sejam capazes de tolerar condições tão extremas de temperatura como as bactérias.

Os microrganismos e os produtos de sua atividade sempre fizeram parte da história da humanidade. Mas somente no século XVII, graças à descoberta do microscópio, foi possível descobrir de fato sua existência. No entanto, a microbiologia como ciência só ocorreu no século XIX a partir dos estudos de Louis Pasteur.

As principais classes de microrganismos

Para facilitar o entendimento sobre esses organismos, podemos destacar, as principais características, de forma individual sobre os três grandes grupos: bactérias, fungos e vírus.

As bactérias são organismos compostos por uma única célula, cujo código genético ou material genético (o DNA) não se encontra em um núcleo definido. Ou seja, o material genético fica disperso nessa célula, na região que chamamos de citoplasma. A velocidade do crescimento das bactérias é fortemente afetada pelas condições ambientais. Além disso, são os organismos que mais rápido podem se multiplicar, mas também aqueles com a menor taxa de reprodução conhecidas. Por exemplo, uma bactéria em condições ótimas de crescimento pode se dividir, originando duas células, em um período de aproximadamente 20 minutos. Porém, também existem bactérias que sobrevivem por dezenas de anos sem nunca se multiplicarem. 

Assim como as bactérias, os fungos podem se reproduzir rapidamente. Com relação à sua estrutura, os fungos se diferenciam das bactérias essencialmente em dois aspectos. Primeiro, eles possuem um núcleo delimitado por uma membrana, no qual se encontra seu material genético. Além disso, eles podem ser unicelulares (leveduras) ou compostos por mais de uma célula, como os fungos filamentosos (aqueles que produzem hifas).

Já os vírus são desprovidos de células. Além disso, enquanto fungos e bactérias somente apresentam DNA, os vírus são os únicos organismos que podem guardar sua informação genética no RNA. A atividade biológica dos vírus se restringe aos momentos em que eles invadem células de outros organismos, as chamadas “hospedeiras”. Assim, os vírus são essencialmente patogênicos, pois necessitam de outros organismos vivos para se multiplicarem. E o tempo em que resistem ao ambiente (quando saem da célula hospedeira) é bastante variável, dependendo do tipo de vírus e das condições ambientais.

Microrganismos podem fazer o bem e o mal

Os microrganismos impactam de diversas maneiras a agricultura, a alimentação, a energia, o meio ambiente e a saúde. Eles ocupam papel de destaque, tanto para o bem como para o mal. Assim como humanos e demais animais, as plantas também podem ficar doentes, em decorrência do ataque de bactérias, fungos e vírus.

As doenças provocadas pelos microrganismos podem afetar as plantas durante os mais diversos estágios de seu crescimento. É possível que sementes recém-germinadas, quando infectadas, sejam incapazes de crescer e se desenvolver.

Também é comum que plantas adultas apresentem sintomas e sinais que mostram a infecção por microrganismos patogênicos, como manchas, enrolamento das folhas, amarelecimento, entre outros. Quando os microrganismos atingem as plantas nesta fase da vida, as doenças podem prejudicar ou impedir a produção de grãos, frutos, tubérculos e outras partes comestíveis. Isso ocasiona inúmeros prejuízos, como aumento de preço e riscos de desabastecimento de alimentos e outros produtos agrícolas.

Mesmo após a colheita, os microrganismos podem causar prejuízos à cadeia de alimentos. As chamadas “doenças pós-colheita” são aquelas que acometem os produtos já colhidos, enquanto estes ainda estão em fase de armazenamento, transporte ou distribuição. Inclusive, são um dos principais fatores relacionados ao desperdício de alimentos.

Microrganismos para a saúde do solo e das plantas

Reconhecidamente, os microrganismos também atuam de forma benéfica no campo. Por serem parte integrante de um ecossistema, esses organismos são essenciais a muitos processos biológicos que são vitais à produção agrícola.

Nesse sentido, os microrganismos podem estar exercendo suas funções benéficas basicamente em dois locais: no solo ou nas plantas.

O solo é uma das partes mais críticas ao desenvolvimento das plantas, não sendo simplesmente uma fonte inerte de nutrição. Microrganismos do solo fazem parte de importantes ciclos de elementos, como o do nitrogênio. Além disso, microrganismos presentes no solo podem promover melhor nutrição das plantas, expandindo seu desenvolvimento radicular e potencializando a absorção de nutrientes.

Afinal, basta ter em mente que plantas são seres imóveis e que necessitam estar em algum tipo de substrato. Neste substrato, com o passar dos milênios, necessariamente, a planta teve que conviver com a presença constante de microrganismos. Assim, houve uma adaptação entre plantas e alguns microrganismos que passaram a habitar um mesmo ambiente de forma “amigável”.

O benefício mais óbvio de microrganismos do solo é o processo de ciclagem de nutrientes. Nesse processo, a matéria orgânica é convertida em material que pode ser novamente absorvido pelas raízes das plantas.

Hoje, já existem até produtos microbianos comerciais que melhoram o desempenho das culturas no campo, são os inoculantes. Eles funcionam por meio de associação de microrganismos às raízes das plantas em um processo conhecido como fixação biológica do nitrogênio (FBN). Na FBN, esses microrganismos capturam o N2 da atmosfera tornando-o disponível para as plantas.

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Com isso, o uso de fertilizantes químicos pode ser reduzido pela prática de fertilização artificial dos solos. Assim, se reduz custos de produção e impactos ambientais, uma vez que o nitrogênio é absorvido do próprio ecossistema.

Microrganismos no controle biológico de pragas e doenças

Microrganismos são capazes de proteger as plantas contra o ataque de outros microrganismos que causam doenças ou insetos que provocam danos às culturas. Isso pode ocorrer por uma ação direta inibindo tais agentes ou por uma ação indireta, ao estimular as defesas naturais da planta.

Não é por acaso que por meio da ciência e tecnologia se inviste em microrganismos na área de defensivos biológicos, ou biodefensivos. Uma classe de produtos que vem promovendo uma nova revolução reconhecida por promover a “agricultura verde”.

A aplicação de produtos que possuem como ativos biológicos bactérias, fungos e vírus podem atuar como supressores de pragas e doenças. Isso diminui perdas e danos, o que potencialmente aumenta a produção agrícola.

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Os microrganismos benéficos podem impedir a proliferação dos microrganismos patogênicos de diferentes maneiras, seja pela produção de compostos tóxicos ou competição por nutrientes ou espaço.

Bactérias do gênero Bacillus são conhecidas por produzirem inúmeros compostos antimicrobianos, o que reduz a susceptibilidade que as plantas podem ter a microrganismos patogênicos. Por isso, fazem parte de um grande número de produtos biológicos. Dessa forma, o impacto que os microrganismos têm na biologia das plantas os posiciona como uma ferramenta essencial no manejo de diversas culturas.

Sem microrganismos não existe fermentação

Os microrganismos também são importantes fontes de produtos biotecnológicos, tendo sua utilização há milhares de anos por civilizações humanas. Os fungos são os principais responsáveis pelas fermentações que originam cerveja, vinho e queijos. Sem falar nas tradicionais atividades de fermentação do leite pelas bactérias, originando leites fermentados e iogurtes.

A diversidade metabólica das bactérias (capacidade de realizar reações químicas), é a responsável pela alta capacidade de adaptação ao meio. Por isso, até hoje as bactérias são a maior fonte de inovações bioquímicas que empregamos na biotecnologia.

Microrganismos como ferramentas biotecnológicas

Na biotecnologia, as bactérias são essenciais na técnica da reação em cadeia da polimerase (PCR). Essa técnica se popularizou por conta dos testes de COVID19.

As bactérias também podem servir como ferramentas na produção de plantas transgênicas. É o caso da espécie Agrobacterium tumefaciens, que funciona como vetor em uma etapa conhecida como transformação. Nessa fase, ocorre a inserção do gene de interesse na planta a ser transformada. A transgenia possibilitou que os pesquisadores que trabalham com melhoramento genético vegetal introduzissem genes de uma espécie não compatível sexualmente em uma planta.

Cientistas também descobriram que nas bactérias existe uma região que atua como um sistema de defesa, que é capaz de editar genomas. A partir daí, os pesquisadores compreenderam como utilizar esse mecanismo para quebrar regiões específicas de um DNA. Dessa forma, foi possível desenvolver outra ferramenta biotecnológica capaz de editar o genoma de qualquer organismo vivo, que ficou conhecida como CRISPR. Com isso, essa ferramenta também vem sendo muito utilizada no melhoramento genético de plantas.

Como os demais microrganismos, a biologia dos vírus é fonte de inspiração e recursos importantes para a biotecnologia. Por isso, muitas ferramentas genéticas foram originalmente adaptadas da genética viral.

Curiosamente, há muitas características biológicas em humanos que são o resultado de invasões de vírus em um passado distante. Como o sistema envolvido na formação de nossos anticorpos pelo sistema imunológico e no desenvolvimento da placenta dos mamíferos.

Lixeiros da natureza

Adicionalmente, empregam-se fungos e bactérias na degradação de plásticos e demais componentes químicos. A biodegradação por microrganismos é o meio mais importante de destruir contaminantes do meio ambiente, como moléculas tóxicas presentes na água ou no solo. Esse processo é conhecido como biorremediação.

Por exemplo, a atividade microbiana de rizobactérias pode proteger plantas cultivadas dos efeitos fitotóxicos quando desenvolvidas em solos contaminados por herbicidas.

As tecnologias de biorremediação foram desenvolvidas nas últimas décadas e são cada vez mais utilizadas para mitigar acidentes ambientais e contaminações sistemáticas. Novos estudos apontam uma tendência recente na biorremediação de solos com óleo. É a combinação de agentes microbianos como fungos e bactérias no mesmo processo. Assim, é possível deixar a atividade mais robusto às mudanças ambientais.

Principais fontes:

Jacob, R. The Role of Soil Microorganisms in Plant Mineral Nutrition—Current Knowledge and Future Directions. Frontiers in Plant Science, 2017.

Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biol. 2016 Aug 19;14(8):e1002533. doi: 10.1371/journal.pbio.1002533. PMID: 27541692; PMCID: PMC4991899.

Thomashow, L. S., Kwark, Y. e Weller, D. M. Root-associated microbes in sustainable agriculture: models, metabolites and mechanisms, 2018.

White, J. F. Review: Endophytic microbes and their potential applications in crop management. Pest Management Science, 2019.