As plantas pegam virose?

     Essa é uma pergunta que muitos certamente não conseguem responder. Sim, as plantas, como muitos outros seres vivos, podem pegar uma virose e ficar doentes. A forma de transmissão pode ser muito parecida com a virose humana: alguns vírus são transmitidos por insetos, outros por contato e até via sementes. Os principais insetos transmissores são os pulgões, as moscas-brancas, as cigarrinhas e os tripes (grupo de espécies de insetos muito pequenos que são pragas de várias plantas). As plantas doentes podem apresentar sintomas diversos, desde infecção sem sintomas até sintomas severos causando a morte da planta. Vejam fotos de duas doenças em tomateiros. A primeira é causada pelo vírus da murcha com mancha do tomateiro (espécie Tomato spotted wilt virus) - doença conhecida como "Vira-cabeça do tomateiro" e a segunda pelo vírus do enrugamento severo do tomateiro (espécie Tomato severe rugose virus) - doença "Mosaico dourado do tomateiro". Essas são as duas doenças mais temidas pelos tomaticultores no Brasil e provocam perdas muito sérias para a nossa agricultura. Os sintomas de virose podem ser vistos em vários órgãos da planta: folhas, caules, flores ou frutos. Em geral, as plantas infectadas por vírus apresentam folhas com alteração de cor, deformação e paralisação de crescimento. 
 

Vira-cabeça do tomateiro

Mosaico dourado do tomateiro

A seguir, respostas às questões mais frequentes em relação às viroses vegetais:
1) Há problema em comer uma folha ou fruto de uma planta com virose?
Não! Não há qualquer risco de um ser humano se infectar com um vírus de planta.
 
2) Uma planta pode se curar de uma infecção, assim como nós? As plantas têm vários mecanismos de defesa e é possível que uma nova brotação saia sadia e cresça de uma planta infectada. Entretanto, esses casos não são muito comuns.
 
3) O que devo fazer com uma planta infectada com um vírus. A melhor opção seria a eliminação desta planta para evitar que outras sadias que estão em volta se infectem.
 
4) O que devo fazer para não ter problemas com viroses nas minhas plantas? São várias as medidas e a maioria tem caráter preventivo: use sementes de boa qualidade, produza as mudas protegidas de insetos, plante em área sem a ocorrência de doenças, escolha a época com menor número de insetos transmissores presentes, controle os insetos transmissores, use material com resistência às viroses que ocorrem na região, elimine as plantas doentes, não transporte plantas de uma região para outra e destrua os restos culturais logo após a colheita.
 
5) As viroses são sérias? Muito sérias. Há culturas em que as viroses causam prejuízos gigantescos, exemplos no feijoeiro, laranjeira, tomateiro, meloeiro, batateira, pimenteira, aboboreira, videira e muitas outras culturas.
 
6) Há muitas doenças causadas por vírus no Brasil? Sim, o Brasil é um país tropical e exportador de produtos agrícolas. A produção de plantas é intensiva e isso faz com que os patógenos se multipliquem e se dispersem com grande facilidade e velocidade durante todos os meses do ano. 

     As viroses representam uma séria ameaça ao Brasil. Com o objetivo de minimizar os problemas causados pelos vírus na agricultura, há pelo menos 60 virologistas dedicados ao estudo dos vírus que infectam plantas no Brasil. Esses virologistas atuam em empresas de pesquisa e entidades de ensino superior e trabalham na identificação dos vírus que causam as doenças, caracterizam as viroses, estudam o processo de infecção dos vírus na planta e a dispersão no meio ambiente e desenvolvem tecnologias para o controle das viroses. O número de virologistas é ainda baixo em vista da diversidade e da importância da agricultura no Brasil. Há uma grande demanda de estudantes interessados em virologia vegetal nas universidades que oferecem cursos de pós-graduação em Fitopatologia. 

por Dra. Alice Kazuko Inoue Nagata

alicenag@gmail.com

Are there virus diseases in plants?
     This is a question that certainly many can not answer. Yes, they can catch virus diseases. The plants can be infected in similar manner as humans: some are transmitted by insects, others by contact, and also by seeds. The main transmitters are aphids, whiteflies, leafhoppers, and thrips (minute insects, pest of many crops). Diseased plants show a diverse range of symptoms, from symptomless infection to severe symptoms and death. See the two attached pictures of tomato plants. The first plant is infected by a virus known as Tomato spotted wilt virus, and the second by Tomato severe rugose virus. These are the most threatening viruses to the Brazilian tomato growers and they cause serious losses to our agriculture. The virus symptoms are seen in different organs: leaves, stems, flowers or fruits. In general, the infected plants show leaves with color alteration, deformation and stunting.
 

Tomato spotted wilt virus

Tomato severe rugose virus

The answers to the most frequent questions regarding the plant viruses are shown below: 
1) Is there any problem in eating a leaf or fruit from a virus infected plant? No! There are no risks to the humans to be infected by a plant virus. 

2) A diseased plant may be cured from an infection, as seen in humans? The plants use many defense mechanisms and it is possible that a new healthy growth emerges from an infected plant. However, these cases are rare. 

3)What should I do with an infected plant? The best option is the elimination of this plant to avoid disseminating the virus to other healthy plants.
 
4) What can I do to avoid problems with viruses in my plants? Many measures can be applied and most of them are preventive: use high quality seeds, produce the transplants free from insects, plant in areas where the diseases do not occur, choose the period with the lower transmitter insects present in the area, control the transmitter insects, use virus resistant materials, discard diseased plants, do not transport plants from one region to others, and destruct the plants immediately after harvesting.
 
5) The virus diseases are serious? Very serious. Some crops are specially problematic with huge losses, such as dry beans, orange trees, tomato, melon, potato, pepper, squash, vine trees, and many others.
 
6) Are there many plant virus diseases in Brazil? Yes, Brazil is a country with a tropical climate and exports agriculture products. The plant production is intensive, and it results in easy and fast pathogen propagation and spreads throughout the year.
 
     The virus diseases represent one of the most serious threat to Brazil. With the aim to minimize the agricultural losses caused by viruses, at least 60 virologists are dedicated to study the viruses in Brazil. These virologists work in research and education institutes, and they focus on virus identification and characterization, study the process of virus infection and spread in the environment, and develop technologies for disease control. The number of virologists is still low due to the high diversity and the importance of the agriculture for the country. There is a big demand on students interested in plant virology by the universities that offer post-graduation courses in Plant Pathology.

by Dr. Alice Kazuko Inoue Nagata

alicenag@gmail.com

Os micro-organismos endofíticos e suas interações com as plantas

Os micro-organismos que habitam o interior das plantas são chamados de micro-organismos endofíticos. Eles podem ser encontrados em tecidos e órgãos vegetais como raízes, folhas, frutos e sementes. A comunidade endofítica é constituída principalmente por fungos e bactérias que, ao contrário dos micro-organismos patogênicos, não causam prejuízos aos seus hospedeiros. Para termos uma noção do tamanho desta comunidade, conhecemos hoje cerca de seis mil e quinhentos fungos endofíticos isolados de árvores e de herbáceas, porém acredita-se que este número seja muito maior, e ainda estamos longe de descobrir todas as espécies bacterianas e fúngicas associadas às plantas. Considerando que existam aproximadamente 300.000 espécies de plantas superiores, e que uma planta individual é colonizada por vários endófitos, a oportunidade de se descobrir novos e interessantes micro-organismos é muito grande.

Os efeitos dos micro-organismos endofíticos nas plantas são variados. Atualmente, a atenção tem sido voltada ao estudo de endofíticos que podem atuar no controle biológico de doenças vegetais e também aos que tem a capacidade de promover o crescimento vegetal. Além disso, esses micro-organismos constituem um grupo ainda pouco estudado de organismos produtores de metabólitos secundários com possível aplicação biotecnológica.

Por ocuparem um nicho ecológico semelhante àqueles ocupados por patógenos, os micro-organismos endofíticos apresentam grande potencial para o controle biológico. Muitos apresentam produção de toxinas e compostos secundários que protegem a planta hospedeira do ataque de fungos e bactérias fitopatogênicas, insetos e até mesmo de outros animais herbívoros. Os principais compostos produzidos por estes micro-organismos são os antifúngicos, antibióticos, alcalóides e as neurotoxinas, tóxicos principalmente a insetos. Além disso, existem diversos fungos entomopatogênicos, ou seja, que conseguem colonizar insetos através de seu tegumento (ou “pele” dos insetos) por onde vai crescendo, ramificando-se internamente, prejudicando os processos fisiológicos dos insetos, que acabam morrendo.

Por ser um agente natural, o controle biológico surge como uma alternativa ao uso de agroquímicos como os pesticidas que, embora eficientes, apresentam riscos tanto aos trabalhadores que fazem sua aplicação no campo, como também aos consumidores desses produtos. Em geral, quando um micro-organismo é capaz de causar danos ou influenciar na ação de um determinado patógeno, ele se apresenta como um agente específico, ou seja, ele realiza esta reação apenas contra uma determinada espécie ou gênero. Essa característica de especificidade é extremamente importante pois, além de não contaminar o meio ambiente, esses micro-organismos, de maneira geral, não apresentam a mesma capacidade de ação contra outros animais.

Existem muitas espécies de endofíticos utilizados no controle biológico, como é o caso de Pseudomonas sp., Metarhizium anisopliae, Zoophthora radicans, Bacillus thuringiensis, dentre outras. Consequentemente, existem diferentes formas de aplicação destes micro-organismos, alguns são aplicados nas sementes, outros nas folhas, outros após a colheita, variando conforme o patógeno que se pretende combater.

A estratégia de aplicação de micro-organismos que beneficiem o crescimento de plantas também é bastante promissora. Este tipo de ação visa à substituição parcial ou total de fertilizantes e defensivos químicos, os quais estão cada vez mais escassos e caros, além de causarem vários problemas à saúde humana e ao meio ambiente.

A promoção do crescimento vegetal por micro-organismos endofíticos pode ser o resultado de diversos mecanismos como: indução de resistência sistêmica da planta contra fitopatógenos, fornecimento de substâncias reguladoras do crescimento dos micro-organismos para as plantas (como o ácido-indol-acético (AIA) e aminoácidos). Alguns endófitos também são capazes de aumentar a disponibilidade de nutrientes através de processos como a fixação biológica de nitrogênio, solubilização de fosfato mineral e produção de sequestradores de ferro do solo, como os sideróforos.

Os efeitos no crescimento das plantas são variados, podendo influenciar no crescimento das raízes, da parte aérea, no aumento do peso da matéria seca, na área foliar, na velocidade de germinação das sementes até mesmo na produtividade final.

Pseudomonas, Bacillus, Burkholderia e Streptomyces estão entre os principais gêneros bacterianos empregados na agricultura visando a promoção de crescimento das mais diversas culturas vegetais.

Tendo em vista a capacidade que os micro-organismos possuem de produzir compostos benéficos ao crescimento e desenvolvimento de plantas, seus metabólitos estão sendo cada vez mais estudados para tentar atender à crescente necessidade por novas drogas, agentes quimioterápicos e agroindustriais que sejam, ao mesmo tempo, mais efetivos, menos tóxicos e que apresentem menor impacto ambiental.

O termo utilizado para busca de fontes biológicas com características que podem ter valor para o desenvolvimento comercial é “bioprospecção”, ou seja, a bioprospecção representa o processo que busca no meio ambiente organismos, enzimas ou compostos que possam dar origem a produtos de interesse, como medicamentos, inseticidas e defensivos agrícolas. Desta forma, o desenvolvimento de novos produtos ou processos na área da biotecnologia, tendo como base a bioprospecção, só é possível graças à biodiversidade microbiana existente, pois a mesma nos fornece inúmeras possibilidades de desenvolvimento às novas aplicações biotecnológicas.

Essas são apenas algumas das aplicações que os micro-organismos que vivem associados às plantas podem ter. Podemos notar que seus benefícios, sejam eles diretos ou indiretos, incluem não somente o reino vegetal, mas também todos nós.

Por Bruna Batista

bruna.biotec@hotmail.com

Jaqueline Almeida

jackalmeidajau@hotmail.com

Endophytic microorganisms and their interactions with plants

The microorganisms that inhabit the interior of plants are called endophytic microorganisms. They can be found in tissues or plant organs such as roots, leaves, fruits and seeds. The endophytic community is constituted mainly by fungi and bacteria, and differently of pathogenic microorganisms, they do not cause damage to their hosts. To get a sense of the size of this community, six thousand five hundred endophytic fungi were isolated from trees and grasses, but it is believed that this number is much higher and we are still far from discovering all bacterial and fungal species associated with plants. Considering that there are approximately 300,000 species of higher plants and that an individual plant is colonized by various endophytes, the opportunity to discover new and interesting microorganisms is very wide.

The effects of these endophytic microorganisms in plants are diverse. Currently, studies have been focused on endophytic that can act in biological control of plant diseases and those who have the ability to promote plant growth. These microorganisms are a poorly studied group with great potential to produce secondary metabolites with biotechnological applications.

Endophytic microorganisms occupy a similar ecological niche to pathogens and for it they have great potential for biological control. Many of them produce toxin and secondary compounds that protect the host plant from several pathogenic fungal and bacteria, insects and even against other herbivorous animals. The main compounds produced by these microorganisms are antifungal agents, antibiotics, alkaloids and neurotoxins, particularly toxic to insects. In addition, there are several entomopathogenic fungi, they can colonize insects through their integument (or "skin" of the insects) where they are able to grow, branch out internally, damaging physiological processes of insects, which eventually will die.

Biological control is considered an alternative to the use of agricultural chemicals such as pesticides that, although effective, pose risks both to workers who make their application in the field and to consumers of these products. In general, when a microorganism is able to cause harm or influence the action of a particular pathogen, it is classified as a specific agent, meaning, it performs this reaction only against a particular species or genus. This specificity characteristic is extremely important because, they do not contaminate the environment and these microorganisms, in general, do not have the same capacity for action against other animals.

There are many species of endophytic used in biological control, such as Pseudomonas sp., Metarhizium anisopliae, Zoophthora radicans, Bacillus thuringiensis, and others. Consequently, there are different ways of applying these microorganisms, some are applied in the seeds, others in the leaves, others after harvesting, varying with the pathogen that is intended to combat.

The microorganism application strategy which benefit plant growth is also very promising. This kind of action aimed at partial or total replacement of chemical fertilizers and pesticides, which are increasingly scarce and expensive, and cause several problems to human health and to the environment.

The plant growth promotion by endophytes can be the result of several mechanisms such as induction of systemic plant resistance against plant pathogens, providing growth regulatory substances to the plants (such as indole acetic acid (AIA) and amino acids). Some endophytes are also able to increase the availability of nutrients through processes such as biological nitrogen fixation, mineral phosphate solubilization and production of captors of iron from the soil, such as siderophores.

The effects on plant growth are diverse and can influence the roots and shoot growth, increase weight of dry matter, leaf area, the speed of seed germination and even the final yield. Pseudomonas, Bacillus, Burkholderia and Streptomyces are among the main bacterial genera employed in agriculture aimed at growth promoting of various crops.

In view of the ability of microorganisms to produce beneficial compounds to plants growth and development, their metabolites are being increasingly studied to try to meet the growing need for new drugs, chemotherapeutic and agro industrial agents that are, at the same time, more effective, less toxic, and have less environmental impact.

The term used to search from biological sources with features that can have commercial development value is "bioprospection", i.e., bioprospection is the process that seeks to organisms in the environment, enzymes or compounds that may give rise to products of interest, as medicines, insecticides and pesticides. Thus, the development of new products or processes in biotechnology area, based on bioprospection, is only possible thanks to the existing microbial biodiversity that provides us with countless possibilities of new biotechnological applications development.

These are just some applications of microorganisms that live associated with plants. We can note that its benefits, whether direct or indirect, include not only the vegetable kingdom, but also all of us.

By Bruna Batista

bruna.biotec@hotmail.com

Jaqueline Almeida

jackalmeidajau@hotmail.com

Eu, ecossistema

Quando perguntamos às pessoas a relação entre os micro-organismos e o corpo humano, o senso comum é de que esses pequenos seres vivos só nos causam doenças e outros problemas. Mas a ciência nos explica que isso não é verdade! Fungos, bactérias e vírus podem ser a causa de enfermidades, mas o nosso corpo é colonizado por milhões de outros micro-organismos que nos trazem muitos benefícios. Todos nós somos um vasto ecossistema com uma diversidade biológica muito grande. No texto de hoje do especial temático, vamos entender quem são esses micro-organismos, como nós os adquirimos e quais os benefícios que eles nos trazem; além disso, abordaremos como a ciência os estuda. Pronto para entender mais sobre o microbioma do seu corpo?

A cada 1 célula humana presente em nosso corpo outras 10 são de micro-organismos, ou seja, somos um aglomerado de células humanas, de fungos, bactérias e também vírus; sendo este conjunto todo denominado microbioma humano. A aquisição desses ocorre depois que nascemos. Quando estamos na barriga de nossa mãe somos praticamente estéreis, ou seja, sem microbioma próprio, mas a partir do momento que passamos pelo canal vaginal (no caso do parto normal) ou somos expostos ao ambiente (como na cesárea) começamos a adquirir esses micro-organismos. Estudos mostram que quando um bebê nasce seu microbioma começa a se desenvolver graças à amamentação, ou seja, a colonização do sistema digestório dá-se pelos micro-organismos oriundos da mãe. Bebês que se alimentam do leite materno ficam mais saudáveis e menos propensos a alergias, diarréias e outras enfermidades graças ao microbioma que ele ganha de sua mãe! Ao longo da vida adulta, conforme crescemos e nos desenvolvemos, tanto nossa alimentação quanto as pessoas com que convivemos e local onde moramos, são determinantes na formação e estabelecimento do nosso microbioma.

Mas onde podemos encontrá-los em nosso corpo? Eles estão presentes em toda a superfície que está em contato com o ambiente, como na nossa pele, nariz, ouvido, olhos, sistema genital e gastrointestinal. Em todos esses locais, a quantidade e variedade de micro-organismos muda. A pele, o maior órgão de contato com o meio externo, possui milhares de micro-organismos, sendo que as regiões úmidas como axilas, virilhas e dedos dos pés possuem uma maior quantidade e variedade de espécies do que regiões oleosas. Nos olhos, especialmente no tecido conjuntivo que forra a parte externa do olho e a parte interior das pálpebras, a quantidade de micro-organismos é pequena. Isso ocorre porque as lágrimas, que mantêm esse tecido úmido, contêm substâncias bactericidas que dificultam o crescimento dos mesmos.

Dos sistemas do corpo, o sistema gastrointestinal é o que possui a maior diversidade de micro-organismos, por causa do seu grande tamanho (o que gera uma longa superfície onde eles podem se aderirem) e da grande disponibilidade de nutrientes. Ao longo desse sistema o microbioma também varia. No estômago, por exemplo, a presença do suco gástrico que auxilia na digestão, dificulta o crescimento de vários micro-organismos. Já a porção final do intestino, o cólon, é a parte com maior número de micro-organismos. É importante lembrar que essa variação na composição do microbioma nas diversas partes do corpo ocorre devido a diversos fatores como a temperatura, pH, umidade, oxigenação, nutrientes e imunidade.

O conjunto dos micro-organismos que habitam nosso corpo é denominados de microbioma residente. A maioria deles vivem em harmonia com o nosso organismo, sem causar danos ou doenças, sendo consideradas comunidades microbiana estáveis. Entre os vários benefícios desse microbioma podemos citar seu papel na aquisição de nutrientes, no caso dos micro-organismos do intestino, os quais são capazes de sintetizar aminoácidos essenciais e vitaminas, além de degradar muitos componentes não que não seriam absorvidos pelas células humanas. Além disso, o microbioma auxilia na proteção contra patógenos e atua na modulação do sistema imune.

O termo metagenômica compreende a ciência que estuda o material genético de amostras ambientais para acessar os micro-organismos ali presentes. Primeiramente temos que pensar que todos os micro-organismos possuem DNA. Como, nos dias de hoje, não temos tecnologia e/ou conhecimento suficientes para cultivá-los em laboratório, estudar a comunidade microbiana existente numa amostra utilizando o DNA presente na mesma foi uma saída engenhosa que nos permitiu conhecer melhor os micro-organismos existentes. Os cientistas utilizam a técnica de sequenciamento de DNA para acessar a informação presente em uma amostra de interesse. A partir disto, pode-se predizer desde as espécies presentes até a função desempenhada por elas.

Mas quão estáveis são essas comunidades? As alterações em nossa saúde podem causar o rompimento do equilíbrio entre os micro-organismos e o nosso corpo. A maioria das infecções conhecidas são causadas por organismos oportunistas - aqueles que estão no microbioma normal do corpo humano - e não por patógenos estritos, ou seja, aqueles que obrigatoriamente parasitam o corpo e resultam em doença. Uma simples eliminação do microbioma normal faz com que nos tornemos mais suscetíveis a aquisição de infecções tanto por bactérias e, fungos como protozoários oportunistas. A terapia com antibióticos, por exemplo, pode causar efeitos adversos que permanecem de forma prolongada no microbioma humano, inibindo inclusive os micro-organismos necessários ao funcionamento adequado e portanto abre portas a infecções mais severas. Devemos pensar que as mudanças no microbioma são a causa e não a consequência das modificações fisiológicas dos organismos.

O conhecimento prévio a respeito da composição dessa população microbiana subestimou a população de micro-organismos, pois apenas uma pequeníssima proporção deles pode ser cultivada em condições de laboratório. O projeto Microbioma Humano (“Human Microbiome Project” – HMP) foi criado para estudar detalhadamente esse microbioma e analisar seu papel na saúde e na doença dos seres humanos. Muitos pesquisadores pelo mundo todo se esforçam para decifrar o genoma coletivo do microbioma humano. A metagenômica é o nome dado a uma forma de análise do material genético de micro-organismos a partir de uma amostra direta do ambiente de estudo, ou seja, do nosso corpo. Assim os micro-organismos podem ser detectados sem precisar de cultivo com meios de cultura.

Sabe-se que mais de 50% de todo microbioma humano é desconhecido e ainda, 80% das bactérias identificadas pela técnica de metagenômica não podem ser cultivadas em laboratórios, em outras palavras, sem a metagenômica conheceríamos menos de ¼ do microbioma que compõe as partes do nosso corpo.

O nosso texto especial temático “Eu, ecossistema” traz os principais benefícios do microbioma normal, composto por milhares de micro-organismos benéficos à nossa saúde. Além disso, ressalta também que diferentes e pequeninos seres-vivos compartilham o mesmo espaço com nossas células em cada região do nosso corpo e apresentam um papel crítico na sobrevivência de nós, seres-humanos, ao participarem de atividades necessárias a saúde como digestão, crescimento, proteção contra agentes infecciosos e também na resposta imune. Visto a especificidade dos pequeninos seres, o estado de saúde do hospedeiro é de extrema importância neste momento para o estabelecimento (ou não) de uma infecção.

Como podemos ver o senso de que os micro-organismos só nos causam coisas ruins pode ser comum mas a ciência têm inúmeros fatos provando o contrário! Agora que você conhece mais seu corpo, não se esqueça dos outros 90% que não são você mas fazem parte de você!

Gostou do texto? Tem dúvidas ou sugestões? Comente abaixo ou nos mande um email. Sua opinião é sempre bem-vinda!

Até a próxima!

Por Nathália de Moraes

nathalia.esalq.bio@gmail.com

e Mariana Lopes

mslopes25@gmail.com

e Sarina Tsui

tsui.sarina@gmail.com

Referências

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Eles estão entre nós. Disponível em http://revistagalileu.globo.com/Galileu/0,6993,ECT987532-1948-2,00.html. Acesso em 09/03/2015

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ScienceDaily. (2012). "Breast milk promotes a different gut flora growth than infant formulas." Duke University Medical Center. Disponível em: www.sciencedaily.com/releases/2012/08/120827094353.htm

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I, ecossystem

When we ask to someone what is the relation between microorganisms and human body, the common sense is to answer that these tiny living beings causes only diseases and other problems. But science explains to us that this is not true! Fungi, bacteria and virus might be the cause some illness, but our body is colonized by millions of microorganisms that bring several benefits to us. We are all an extensive ecosystem with a large biological diversity. Today, in this special issue, we are going to understand who are these microorganisms, how do we acquire them and what are the benefits they bring to us; besides this, we will look how the science study them. Are you ready to know more about your body’s microbiome?

For each human cell on our body there are ten microorganisms cells, in other words, we are a conglomerate of fungi, bacteria and virus, and this is called the “human microbiome”. The acquirement of these microorganisms occurs after we were born. When in our mother’s belly we are almost sterile but from the moment we pass through the birth canal (in a normal birth) or we are exposed to the environment (in a cesarean) we start to acquire these microorganisms. Some researches show that when a baby is born, its microbiome starts to develop thanks to breastfeeding, wherein colonization of the digester system is due to mother’s microorganisms. Throughout adulthood, as we grow and develop, both our feeding habits as well as people which we live and where we live, are crucial to the appearance and establishment of our microbiome.

But where can we find these microorganisms in our body? Well, they are in all the surface that is in contact with the environment as our skin, nose, ear, eyes, genitals and gastrointestinal system. In all these locations, the amount and the variety of these microorganisms change. The skin that is the biggest organ in contact with the environment has thousand of microorganisms, and different humid areas like armpits, genitals and toes have a greater number and variety of species than oily regions. Although in the eyes, especially in the connective tissue that lines the outside of the eye and the inside of the eyelid, the amount of microorganisms is smaller. This is due to the tears that keep this tissue wet and also contain antibacterial substances.

Metagenomics comprises the science that studies the genetic material of environmental samples to access the microorganisms. Foremost, let’s think that every microorganism are composed by genetic material, DNA. Nowadays, we have no technology and / or sufficient knowledge to cultivate all them in laboratory, studies based on the DNA present in the microbial community in a sample was a skillful way, which allowed us to better understand the existing microorganisms. Scientists use DNA's sequencing technique to access this information in a sample of interest. From this, species can be predicted as well as the role played by them.

Considering body systems, the gastrointestinal system has the greatest diversity of microorganisms, due to its large extension (which creates a long surface where they can be adhered to) and great nutrient availability. Along with this system the microbiome also varies. In the stomach, for example, the presence of the gastric juice is a challenge to the growth of many microorganisms. However, the final portion of the gut - the colon - is the part with greater number of microorganisms. It’s important to remember that this variation of the microbiome composition in different body parts is related to several factors such as temperature, pH, humidity/moisture, oxygenation, nutrients and immunity.

All microorganisms that inhabit in our body are called resident microbiome. Most of them live in harmony with our body/organism, without causing damage or diseases, as stable microbial communities. Among the several benefits that are related with the microbiome, we can mention their role in the acquisition of nutrients, in the case of the gut microorganisms, which are able to synthesize essential amino acids and vitamins and degrade many components that will be not be absorbed by human cells without them. Furthermore, the microbiome assists in the protection against pathogens and modulates the immune system.

But how much stable are these communities? Changes in our health can cause balance rupture between the microorganisms and our body. Most of well-known infections are caused by opportunistic organisms - that are in the regular microbiome of the body - and not by microorganisms that are strict pathogens - those that mandatorily parasitize the body and causes diseases. A simple elimination of normal microbiome make us more susceptible to infections by both bacteria and fungi as well as protozoan opportunistic. Antibiotic therapy, for example, can cause adverse effects that remain for a prolonged time into the human microbiome, inhibiting the microorganisms necessary for suitable functioning and therefore opens the door to more severe infections. We must think that the changes in the microbiome are the cause of and not the consequence of organisms’ physiological modifications.  

Prior knowledge about microbial composition underestimated the population of microorganisms, because a very small proportion of them can be grown in laboratory conditions. Human Microbiome Project (HMP) was created to study this microbiome in detail and to analyze its role in human health and disease. Efforts to decipher the collective genome of the human microbiome are taken by researchers around the world. Metagenomic analyze microorganisms’ genetics from a sample of the environment, or in our body. Thus, microorganisms identification and function can be detected without cultivating them in growth medium.

It is well known that over 50% of all human microbiome is still unknown and 80% where detect with uncultured techniques that identified bacteria that cannot grown in laboratory conditions, in other words, without metagenomic less than ¼ of the microbiome that compose our body would not be known.

This text "I, ecosystem" brings the main benefits of health microbiome, composed by thousands of beneficial microorganisms to us. It also emphasized that different microorganisms share the same space with our cells in different regions and have a critical role in our survival. They are enrolled in important activities such as digestion, growth, protection against infectious agents and also in the immune response. Since the specifity of these organisms, host health status is very important at this time, because its determine the establishment (or not) of an infection.

As can be seen the common sense that microorganisms only cause injuries is quite widespread but science have several facts proving them otherwise! Now that you know a little more about your body, do not forget the ‘other’ 90% that are not you but make part of you!

Like the text? Have questions or suggestions? Comment below or send us an email. Your opinion is always welcome!

See you!

Por Nathália de Moraes

nathalia.esalq.bio@gmail.com

e Mariana Lopes

mslopes25@gmail.com

e Sarina Tsui

tsui.sarina@gmail.com

Referências

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Eles estão entre nós. Disponível em http://revistagalileu.globo.com/Galileu/0,6993,ECT987532-1948-2,00.html. Acesso em 09/03/2015

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Welcome!

Olá!
 
Esse mês o Ciência Informativa preparou um especial sobre o incrível mundo dos micro-organismos! As publicações foram feitas com ajuda de colaboradores e abordam os mais diversos temas na área!
Além disso, estamos lançando nosso blog ‘para o mundo’! Sim, nesse mês especial contamos com textos em inglês para divulgar ainda mais a ciência para todos.

Hello!
We are Informative Science, a blog that aims to talk about science in a very comprehensible way! We are a group of 3 graduates and 2 undergrads from Brazil that every week talk about different topics in science! And we count on the support of American Society from Microbiology (ASM), University of São Paulo (USP)/Luiz de Queiroz College of Agriculture (ESALQ) and University of Campinas (UNICAMP).
This is a special month where we are going to talk about  microorganism world! And all of our essays will be also published in English! So yeah, we are going global :D
You can follow us on Facebook!

O incrível mundo microbiano

    Nesta edição especial do blog, teremos um mês inteiro dedicado a assuntos relacionados à microbiologia e é com imenso prazer que iniciamos esse tópico explicando quem são os micro-organismos e sua atual classificação em relação aos demais seres vivos. A definição clássica micro-organismos era de organismos que só podem ser vistos ao microscópio. Nesta, incluem-se os vírus e organismos uni ou pluricelulares como as bactérias, os protozoários, as algas unicelulares, fungos e os ácaros. Entretanto com o avanço da ciência essa definição tem sido repensada.
 

Micro-organismos

     Por exemplo, você sabia que foi encontrada uma bactéria “gigante”, isso mesmo uma bactéria visível a olho nu que mede aproximadamente 0,2 a 0,7 mm. Essa espécie, Epulopiscium fishelsoni, vive em simbiose (relação de vantagem mútua) com peixe-cirurgião. Esse fato evidencia o quanto ainda há para explorar desse mundo microscópico (ou nem tão microscópico assim!) habitado pelos mais diversos e adaptados organismos do planeta.
 

     Estima-se que atualmente tenham sido descritas mais de 70.000 espécies de bactérias e fungos, os principais e mais bem estudados micro-organismos. Você acha bastante? Na verdade, estudos apontam que isso é menos de 1% das espécies existentes. A grande maioria dos micro-organismos ainda precisa ser descoberta. Isso se deve em partes pela limitação de estratégias de cultivo dos mesmos.
 

     Por apresentarem uma grande diversidade metabólica, os micro-organismos são capazes de viver em todos os ambientes até momento explorados, desde fossas abissais no fundo do oceano até as mais remotas geleiras polares. Isso diretamente reflete o enorme potencial de aplicação dos mesmo e sua atuação para a manutenção da biosfera. Muitos micro-organismos são vitais em ciclo biogeoquímicos, como do nitrogênio e do enxofre. Eles também são excelentes degradadores de matéria orgânica, bem como de compostos xenobióticos (como exemplo herbicidas) e são capazes de produzir os mais diversos compostos como plásticos biodegradáveis. A grande maioria dos antibióticos comerciais é proveniente de bactérias e fungos. Na verdade estima-se que somente 3% dos micro-organismos podem causar doenças. O restante pode ser inócuo ou benéfico ao homem, como exemplo disso temos o fungo Saccharomyces cerevisae responsável pela fermentação de bebidas alcoólicas, (cerveja, vinho, cachaça) e muitos outros.
 

     Atualmente, o grande desafio é a correta classificação e entendimento da biologia desses organismos. O conceito biológico de espécie - organismos são considerados da mesma espécie quando são capazes de cruzarem e deixarem descentes férteis - por exemplo, não se aplica aos micro-organismos. No caso das bacterias, organismos que são procariotos, ou seja, possuem células sem núcleo delimitado por membrana, a multiplicação celular ocorre por fissão binária e grande parte da sua variabilidade genética é fruto da transferência lateral de genes, ou seja, por processos alternativos ao sexo.
 

     O mesmo ocorre com as arquéias, outro grupo classificado como procariotos, recentemente descobertas e que são capazes de viver nas condições mais extremas possíveis: altas temperaturas, alta salinidade e pressão, entre outras. Este grupo é, na verdade, uma mistura de eucariotos e procariotos, onde toda sua maquinaria genética relacionada com a replicação, transcrição e tradução, são parecidas com a das células eucarióticas. Já genes relacionados ao metabolismo celular são parecidos com de bactérias. Uma loucura né? Além disso, para esse grupo de micro-organismo a diversidade genética ocorre por transferência horizontal de genes, ou seja, a variabilidade é fruto de combinações de genes de grupos próximos, não somente por ancestralidade como ocorre com a maioria dos seres vivos. Isso realmente dificulta e torna tão interessante a classificação desses seres vivos.
 

    Ainda pensando em representantes dos micro-organismos, muitos fungos não tem ciclo sexual, ou se multiplicam por meio do ciclo sexual e também assexual. Como classifica-los? Outro problema, muitos fungos por terem os dois tipos de ciclos, possuem dois nomes. Qual o correto? Até hoje os cientistas não entraram em um consenso. Isso sem descrever os vírus, que são considerados seres acelulares, possuem material genético próprio, mas são dependentes de outros seres para se multiplicar.
 

   De fato, os micro-organismos possuem uma grande importância para nós. Na década de 1970 eles foram vitais para o desenvolvimento das tecnologias designadas de Engenharia Genética ou Tecnologia do DNA Recombinante. Estas técnicas utilizam em uma ou outra etapa os micro-organismos ou seus genes, mesmo quando objetiva-se a transformação de plantas ou animais. Nas últimas décadas com a emergência e a solidificação das novas áreas das Ciências como as Ômicas, Biologia de Sistemas e Biologia Sintética, o uso de micro-organismos em estudos genéticos tomou proporções nunca antes imaginadas. Uma bactéria inteiramente desenvolvida em laboratório foi criada. Estamos imitando Deus? Assim, fica evidente que apesar de microscópicos, esses organismos são vitais para o desenvolvimento da vida como entendemos hoje e para o desenvolvimento de novas ferramentas de estudos.

por Maria Carolian Quecine 
mquecine@gmail.com

e Patricia S. Sujii
 sujiips@gmail.com

Referências
Tortora GJ, Funke BR, Case CL. Microbiologia. Artmed, Porto Alegre-RS. 2012. 934 pp. ISBN: 8536326069 9788536326061.
Melo IS, Valadares-Inglis MC, Nass LL, et al. Recursos genéticos & melhoramento: microrganismos. Jaguariúna: Embrapa Meio Ambiente. 2002.
Gerd HG. et al. Preparing synthetic biology for the world. Frontiers in Microbiology, v.4, artigo 5, 2013.
Gibson DG et al. Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Science 329, v. 52, 2010.

The amazing microbial world

      This whole month, we will have a special edition dedicated to subjects related to microbiology. It is with great pleasure that we start this topic explaining who are the micro-organisms and how they are classified in relation to other living beings. The classical definition of micro-organisms was “organisms that only can be seen at the microscope” in which are included viruses, and both unicellular and multicellular organisms such as bacterias, protozoa, unicellular algae, fungi and mites. However, this conception is being rethought with science progress. Did you know that scientist found a giant bacteria? It measures between 0.2 and 0.7 cm and it is possible to see it with the naked eye. This species is called Epulopiscium fishelsoni, and it lives in symbiosis (mutually beneficial relationship) with the surgeonfish. This highlights how much there is to explore in this microscopic (or not so microscopic) world inhabited by the most diverse and well adapted organisms in this planet.
 

Microbes

     We estimate that more than 70,000 species of bacteria and fungi have already been  discovered and described, which are the main and best studied micro-organisms. Do you think it is a lot? In fact, some studies indicate that these are less than 1% of existing species. The  vast majority of micro-organisms have yet to be discovered. This is, in part, due to the limitation of micro-organism growth techniques.
 

     Because of the great metabolic diversity observed in different species, micro-organisms are able to live in all environments explored so far, from abyssal trenches on the ocean floor to the most remote glaciers in the South and North Pole. This shows the enormous potential applications for humans and their roles in the biosphere maintenance. Many micro-organisms are essential in biogeochemical cycles, as in the nitrogen and the sulphur cycles. They are also excellent decomposers of organic material, as well as xenobiotic compounds (such as herbicides), and are able to produce the most diverse compounds, for example biodegradable plastics and most commercial antibiotics that come from bacterias or fungi. As matter of fact, it is estimated that only 3% of micro-organisms can cause diseases and all the others may both be innocuous or beneficial to humans. One example of this is the fungi Saccharomyces cerevisae, which is responsible for fermentation of alcoholic drinks as beer, wine and cachaça (a Brazilian strong drink).
 

     Now, one big challenge is the correct classification and understanding of these organisms biology. The biological species concept (species is a group of organisms potentially capable to breed and generate fertile descendants) does not apply to micro-organisms. Bacterias are prokaryote (organisms without a membrane around the nucleus) that reproduce by binary fission (cell division) and most of their genetic variability is consequence of lateral transfer of genes, which is different from sexual reproduction.
 

     The same is true for the archaeas, an other group classified as procaryotes recently discovered that are able to live in the most extreme conditions: high temperatures, high salinity, high pressure and others. In fact, this group is a mix of eucaryotes and procaryotes, because all genetic machinery responsible for cell replication, transcription and translation are similar to eucaryote cells. On the other hand, genes related to cell metabolism are more similar to bacterias (procaryotes). Crazy, isn’t it? Furthermore, in this group of organisms, the genetic diversity is transferred horizontally, i.e., the variability is a result of gene combinations in closely related groups, not only by ancestry as in most living being. This really complicates and makes the classification of these organisms so interesting.
Another example of micro-organisms is the fungi. Some of them do not have a sexual cycle, others have both sexual and asexual reproductive cycles. How can we classify them? Another problem is the fungi group that, having both cycles, were named twice. Which name should be the right one? So far, scientists could not reach a consensus. There are also viruses, which are considered acellular beings, have their own genetic material, but are dependent of other organisms to multiply.
 

     Indeed, microorganisms are very important for us. In the 1970s, they were essential to the development of technologies called genetic engineering or recombinant DNA technology. These techniques use micro-organisms or their genes in at least one step, aiming to transform other organisms as plants or animals. In the last decades, after the advent and establishment of new study areas such as the “Omics”, System Biology, and Synthetic Biology, the use of microorganisms in genetic studies reached proportions never thought before. For example, scientists developed a whole bacteria in the laboratory. Are we mimicking God? Thus, it is evident that although microscopic, these organisms are vital to the development of life as we understand it today and for the development of new tools for studies.

by Maria Carolian Quecine 
mquecine@gmail.com

and Patricia S. Sujii
 sujiips@gmail.com

english review by Emily Lachapelle

References
Tortora GJ, Funke BR, Case CL. Microbiologia. Artmed, Porto Alegre-RS. 2012. 934 pp. ISBN: 8536326069 9788536326061.
Melo IS, Valadares-Inglis MC, Nass LL, et al. Recursos genéticos & melhoramento: microrganismos. Jaguariúna: Embrapa Meio Ambiente. 2002.
Gerd HG. et al. Preparing synthetic biology for the world. Frontiers in Microbiology, v.4, artigo 5, 2013.
Gibson DG et al. Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Science 329, v. 52, 2010.

    

Açúcar mascavo: por que é tão diferente?

A busca por uma alimentação saudável vem ganhando cada vez mais espaço na vida do brasileiro. As informações sobre seus benefícios, aliados a hábitos de vida saudáveis, como atividade física regular, motivam cada vez mais pessoas a adotarem esse estilo de vida. A substituição do açúcar refinado por outros tipos de adoçantes, como o açúcar mascavo, é apenas um exemplo que ilustra bem esse novo comportamento dos brasileiros.     

O açúcar mascavo é um tipo de açúcar produzido a partir da cana-de-açúcar e que apresenta padrões (como: cor e odor) muito diferentes dos outros tipos que conhecemos, como o refinado (Figura 1). Mas, de onde será que vem essa diferença?

Figura 1. Comparação entre açúcar mascavo (esquerda) e refinado (direita). Fonte. naturallisima.blogspot.com (esquerda) e www.imagens.usp.br (direita). Acessado em 21/05/2015

             A explicação vem do modo com que o açúcar mascavo é produzido (Figura 2). A primeira diferença é o fato deste açúcar ser produzido em pequenas agroindústrias, sobretudo de origem familiar, o que o caracteriza como um produto artesanal.

            Após a colheita da cana-de-açúcar são realizados um conjunto de operações, chamadas operações preliminares, que objetivam a adequação da cana para a industrialização, para que não haja perda de açúcar. Essas operações consistem na limpeza da cana, no desfibramento e na homogeneização dessas fibras.  Estas não devem ser demoradas, uma vez que a cana cortada fica  exposta ao ambiente, o que pode ser um veículo para a contaminação por micro-organismos (principalmente pelas famosas bactérias).

Assim, feitas essas etapas preliminares, podemos começar a entender o processo de produção do açúcar. O primeiro passo é a extração do caldo de cana, através da moagem.

            O caldo que acabamos de extrair é submetido a tratamento para correção da acidez, buscando deixá-lo mais próximo de 7. Em geral, o pH do caldo de cana é em torno de 5, ou seja, é um líquido ácido. Você deve estar se perguntando o porquê de fazer isso. Se aquecermos o caldo com o seu pH natural, os ácidos presentes no mesmo podem “quebrar” o açúcar da cana - a sacarose - em 2 moléculas de açúcares menores (glicose e frutose), processo que leva o nome de inversão da sacarose. Já que estamos falando em reações químicas, vou apresentar-lhes o nome oficial dessa “quebra” de moléculas através de ácido, ela é denominada hidrólise ácida e quanto maior a temperatura da solução que contém o ácido, mais rapidamente acontecerá a “quebra” de substância, no nosso exemplo, a sacarose.

A etapa de tratamento do caldo é o segundo ponto que difere o açúcar mascavo do refinado. O refinado exige que caldo seja mais agressivamente tratado utilizando, para isso, substâncias químicas com o poder clarificante, como o sulfito. O objetivo principal deste uso é que todas as substâncias pigmentada presentes no caldo de cana sejam removidas. Como consequência ocorre a cor branca. Além disso, este tipo exige tratamentos adicionais para purificação da sacarose, o que faz com que este atinja grau mínimo de pureza de 99,8%.

Após a realização do tratamento do caldo, o mesmo é submetido à etapa de cozimento, que consiste em, literalmente, cozer o caldo de cana até a formação de uma espécie de mel (se pararmos aqui, temos o melado). Durante o cozimento, realiza-se uma nova limpeza, para remover as espumas formadas durante o aquecimento do caldo, de modo a assegurar um produto mais claro. Essas espumas são compostas por ceras, gomas, amido, substâncias pécticas e pigmentos do caldo. Em seguida, esse melado torna-se uma “massa de açúcar”, onde já começam a despontar núcleos de açúcar.

O cozimento continua até que se atinja 82 ºBrix, que  é  uma medida de importância no processo industrial. Trata-se de uma escala de concentração de açúcares em massa. Então, transferimos a massa para a resfriadeira, onde será batida (com a ajuda de pás) até que seja resfriada. Após batida, ela é moída (de modo a homogeneizá-la) e peneirada, formando o açúcar mascavo que conhecemos. Em sequência, o açúcar é ensacado e embalado, devendo ser adequadamente estocado até a sua comercialização, normalmente no mercado varejista, através de sites ou lojas de produtos artesanais e naturais.

Figura 2. Fluxograma com as principais etapas de produção de açúcar mascavo. Fonte. Elaborado pela autora de acordo com Natalino (2006) e Pintro (2013?).

Por: Anna Flavia de Souza Silva

annafssilva@gmail.com

Referências Bibliográficas

NATALINO, R. Caracterização de açúcar mascavo aplicando análise das componentes principais a dados espectrofotométricos. Tese (Mestrado) do Programa de Pós Graduação em Agroquímica. 52p. Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, 2006.

PINTRO, P.T.M. Descrição do processo de produção açúcar mascavo, melado e rapadura. Publicação eletrônica do Departamento de Agronomia da Universidade Estadual de Maringá (UEM). Disponível em: http://www.dag.uem.br/professores/p_t_m_pintro/material/3b/acucar.pdf. Acesso em 25/03/2015