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Seria possível que alguns dos grandes desafios da humanidade possam ser resolvidos com microrganismos? Esta é uma das questões centrais da microbiologia ambiental, que visa soluções mais sustentáveis para nosso planeta!
Quer saber mais sobre como essa área da biologia pode contribuir para um futuro mais sustentável? Continue lendo para entender o que é e quais são algumas das técnicas e processos da microbiologia ambiental.
O que estuda a microbiologia ambiental
A microbiologia ambiental é estudo das comunidades de microrganismos em prol da manutenção da biosfera e da qualidade dos ambientes sobre os quais a vida se desenvolve.
Em outras palavras, os microrganismos são responsáveis por dar suporte à vida na biosfera e seu estudo é essencial para que a sociedade funcione de maneira sustentável. Estes seres são fundamentais para o balanço ecológico e para a decomposição de nutrientes presentes na natureza.
Microrganismos são seres ubíquos, uma vez que formam dois dos três domínios da vida. Eles estão presentes no solo, na água, no ar e mesmo em outros seres vivos. Portanto, entender como e por que a interação deles se dá nestes contextos é uma parte crucial do desenvolvimento da civilização.
Um dos principais temas das microbiologia ambiental é a biorremediação, com a qual cientistas buscam solucionar alguns dos principais desafios encontrados pela humanidade nos dias de hoje, como por exemplo:
- Como lidar com os resíduos que produzimos? Como eles podem ser decompostos mais rapidamente? Como podem ser valorizados?
- Como obter energia elétrica de uma maneira mais sustentável?
- Quais os fatores que propiciam o surgimento de microrganismos nocivos à saúde humana?
- Como tornar os solos mais férteis? E rios e oceanos mais limpos?
Para isso, esta especialidade da microbiologia se dedica ao estudo de temas envolvendo biocatalisadores, biocombustíveis, fertilizantes e a descoberta de produtos naturais e seus usos, bem como o controle biológico do meio ambiente.
O que são microrganismos ambientais?
A terminologia “microrganismos ambientais” é utilizada de maneira genérica na literatura científica, entretanto, seu uso pode ser aplicado aos seres microscópicos que habitam os espaços físicos dos ecossistemas que nos permeiam.
De forma análoga, também podemos nos referir aos microrganismos ambientais como sendo aqueles que, manipulados por cientistas ou não, produzem efeitos benéficos para a qualidade ambiental.
Ao manejar as propriedades biogeoquímicas do planeta, estes microrganismos dão sustento para a vida como um todo, o que inclui seres humanos e seu estilo de vida contemporâneo.
Tradicionalmente, o estudo destes seres era limitado pela capacidade de cultivo das comunidades microbiológicas.
Em outras palavras, os cientistas conseguiam estudar somente aqueles microrganismos reproduzíveis em laboratório.
Atualmente, com o avanço das tecnologias de sequenciamento genético e do estado da arte das ciências ômicas, o potencial de investigação/descobrimento atingiu um novo patamar, permitindo vislumbrar um futuro mais sustentável.
Leia, na sequência, sobre como os microrganismos podem ajudar os seres humanos a evitar catástrofes causadas pelo despejo de xenobióticos na natureza, bem como pela poluição e pela geração de energia de modo não sustentável.
Biorremediação
Dentro do contexto da microbiologia ambiental, a biorremediação é um processo pelo qual microrganismos (e suas comunidades) são empregadas com o objetivo de degradar contaminantes.
Por meio dela, cientistas investigam o microbioma de um determinado sítio de contaminação, a fim de compreender seu metabolismo, genética e fisiologia.
Com essas informações, é possível enriquecer o local contaminado com, por exemplo, nutrientes que estimulam o aumento da taxa de degradação dos poluentes por parte dos microrganismos (bioestimulação).
Outras tecnologias de biorremediação são:
- Bioventilação;
- Bioaumentação;
- Rizofiltração.
Uma outra linha de trabalho na biorremediação, ainda, dedica-se a diminuir poluentes presentes em um determinado ambiente por meio da inserção de microrganismos não nativos daquele local. Isso, entretanto, é realizado com maiores cuidados, uma vez que modificar a microbiota de um sítio poluído pode trazer consequências negativas.
Plásticos biodegradáveis
Plásticos derivados do petróleo constituem um importante aspecto do estilo de vida dos seres humanos contemporâneos.
Eles estão presentes em todas as partes de nosso dia-a-dia, tornando-os essenciais em aspectos de nossa vida que incluem o vestuário, a alimentação, o lazer e muitos outros.
Por outro lado, eles também representam um ponto crítico para questões ambientais. Além de gerarem resíduos de decomposição lenta, polímeros sintéticos tendem a fragmentar-se em pequenas partículas, chamadas de microplásticos.
Estes fragmentos poliméricos têm, por definição, menos de 5mm e são encontrados nos oceanos e mesmo na água que consumimos. Seus efeitos de longo prazo para a saúde humana e a vida terrestre, entretanto, ainda são desconhecidos.
O desenvolvimento de polímeros biodegradáveis, portanto, é uma área de interesse da microbiologia ambiental. Isso se dá tanto porque microrganismos são uma parte fundamental da decomposição de resíduos na natureza como também porque podem ser utilizados para produzir bioplásticos.
Em termos práticos, microrganismos como C. necator são capazes de produzir bioplásticos como polihidroxialcanoatos (PHAs), enquanto comunidades complexas já são utilizadas para decompor plásticos derivados da celulose e mesmo aqueles de origem fóssil.
Microbiologia ambiental e Biocombustíveis
Outra aplicação central da microbiologia ambiental se dá no contexto da biotecnologia. Biocombustíveis são combustíveis produzidos a partir de material orgânico, vegetal ou animal, excetuando-se aqueles de origem fóssil.
Embora nem todo biocombustível seja obtido por meio de microrganismos, a maior parte de todo o biocombustível produzido hoje no mundo se dá por processos de fermentação.
Exemplos disso podem ser encontrados no etanol brasileiro, advindo da cana de açúcar, e do etanol norte americano, advindo do milho.
A fermentação é um processo metabólico anaeróbio, no qual microrganismos como bactérias e fungos (principalmente leveduras) utilizam sua maquinaria enzimática para processar um determinado substrato orgânico para sobreviver. Ao final desse processo, há a formação de novos produtos, como em qualquer processo metabólico.
No caso do bioetanol brasileiro, as leveduras do tipo S. cerevisiae são capazes de realizar a fermentação alcoólica quando são manipuladas e cultivadas em meio ao caldo de cana. Em outras palavras, o fungo utiliza suas enzimas para transformar açúcares em etanol.
Além disso, a microbiologia ambiental pode nos fornecer informações sobre outros microrganismos, capazes de produzir biocombustíveis ainda mais eficientes no que diz respeito à emissão de Gases do Efeito Estufa.
Exemplo disso são os combustíveis de algas, também chamados de biocombustíveis de quarta geração. Embora seu emprego em larga escala ainda não seja possível, muitos cientistas dão como certa sua utilização no futuro, uma vez que eles tornam o uso de biocombustíveis algo ainda mais sustentável.
Ciências ômicas na microbiologia ambiental
A metagenômica, a metatranscriptômica e a metaproteômica são ciências focadas em adquirir conjuntos de dados como, por exemplo, o conjunto de genomas presentes em uma amostra de microrganismos.
Muitos dos conhecimentos sobre microbiologia disponíveis até aqui foram obtidos a partir da investigação individual de cada um destes seres.
Na natureza, entretanto, as relações ecológicas geradas por diferentes comunidades de microrganismos são complexas e são elas, afinal, que sustentam a cadeia de decomposição que fornece dinamismo à biosfera.
Dessa forma, a microbiologia ambiental é amplamente beneficiada pelas ciências ômicas e suas tecnologias, uma vez que elas viabilizam o estudo de culturas puras e de amostras ambientais. Além disso, estes estudos tornam disponíveis conjuntos de dados que podem ser utilizados para trazer soluções sustentáveis para problemas imediatos de nosso planeta.
Referências
Singh, A. et al. Environmental Microbiology and Biotechnology. Springer Nature. 2020.
Shah, MP. Environmental Microbiology: emerging technologies. De Gruyter. 2022.
