O que é a coluna de Winogradsky e para que serve?

A coluna Winogradsky é um aparelho usado para o cultivo de diferentes tipos de microorganismos. Foi criado pelo microbiologista russo Sergey Winogradsky. O crescimento de microorganismos será estratificado ao longo da coluna vertebral.

A estratificação é realizada com base nos requisitos nutricionais e ambientais de cada grupo de organismos. Para isso, diferentes tipos de nutrientes e fontes de energia são fornecidos ao dispositivo.

O que é a coluna de Winogradsky e para que serve? 1

Coluna Winogradsky. Retirado e editado de: UPVD-BioEcoL3-2010 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl. html)], do Wikimedia Commons.

A coluna é um meio de cultura enriquecido, onde microorganismos de diferentes grupos crescerão. Após um período de maturação que pode durar entre várias semanas e vários meses, esses microorganismos serão organizados em microhabitats específicos.

Os microhabitats criados dependerão do material utilizado e das inter-relações entre os organismos que se desenvolvem.

Quem foi Sergey Winogradsky?

Sergey Winogradsky (1856-1953), o criador da coluna que leva seu nome, era um microbiologista russo nascido em Kiev, a atual capital da Ucrânia. Além de um microbiologista, ele também era especialista em ecologia e estudos de solo.

Seu trabalho com microrganismos dependentes de enxofre e processos biogeoquímicos de nitrogênio deu-lhe grande popularidade. Ele descreveu vários novos microorganismos, incluindo os gêneros Nitrosomone e Nitrobacter . Ele também foi o descobridor da quimiossíntese.

Entre os inúmeros prêmios recebidos por esse microbiologista, estão sendo nomeados membros honorários da Sociedade de Ciências Naturais de Moscou.

Ele também foi membro da Academia Francesa de Ciências. Ele recebeu em 1935 a Medalha Leeuwenhoek, reconhecimento concedido pela Academia Real Holandesa de Artes e Ciências. Foi convidado pelo próprio Louis Pasteur para ser chefe de microbiologia no Instituto Pasteur.

O que é a coluna Winogradsky?

Este dispositivo nada mais é do que um cilindro de vidro ou plástico contendo materiais diferentes. O cilindro é preenchido com um terço de sua capacidade com lama ou lama rica em matéria orgânica.

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Posteriormente, são adicionados celulose e qualquer outra matéria orgânica, que servirá como fonte de carbono orgânico. O sulfato de cálcio é adicionado como fonte de enxofre e o carbonato de cálcio é adicionado para manter o equilíbrio do pH. A coluna terminou de encher com água de um rio, lago, poço, etc.

O dispositivo deve amadurecer ou incubar sob luz solar ou luz artificial por um período de algumas semanas a alguns meses. Após esse período, a coluna estabiliza e são estabelecidos microhabitats bem definidos. Em cada microhabitat, microorganismos específicos serão desenvolvidos de acordo com seus requisitos particulares.

O que acontece na coluna?

Os primeiros microorganismos a colonizar a coluna começarão a usar os elementos da coluna e liberarão gases e outras substâncias que inibirão ou favorecerão o desenvolvimento de outras espécies.

Com o passar do tempo, a atividade de microrganismos e processos abióticos produzirá gradientes químicos e ambientais ao longo da coluna vertebral. Graças a isso, vários nichos de crescimento microbiano serão gerados.

Permitindo que esta coluna amadureça ou incube sob luz solar ou luz artificial por semanas ou meses, formam-se gradientes de oxigênio e sulfeto.

Isso permite o desenvolvimento de um ecossistema microbiano estruturado com uma grande variedade de microhabitats. Dessa forma, na coluna são produzidos todos os processos que permitem a manutenção dos ciclos de nutrientes.

A área superior da coluna, em contato com o ar, será a mais rica em oxigênio, que se difundirá lentamente para baixo.

Paralelamente, os produtos gerados na parte inferior da coluna, produto da degradação de celulose e sulfeto de hidrogênio, se espalharão verticalmente para cima.

Zoneamento da coluna Winogradsky

Zona anaeróbica

A geração e difusão de metabólitos microbianos, devido aos vários gradientes químicos, causa uma distribuição de grupos de organismos de acordo com suas necessidades.

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Essa distribuição é semelhante à estabelecida na natureza. Dessa forma, a coluna de Winogradsky simula a distribuição microbiana vertical encontrada em lagos, lagoas, entre outros.

A parte inferior da coluna é completamente livre de oxigênio e, em vez disso, é rica em sulfeto de hidrogênio. Nesta área, bactérias anaeróbicas como o Clostridium degradam a celulose. Como resultado dessa degradação, ácidos orgânicos, álcoois e hidrogênio são obtidos.

Os metabolitos produzidos por Clostridium servem como substrato para espécies redutoras de sulfato, por exemplo Desulfovibrio . Estes, por sua vez, usam sulfatos ou outras formas de enxofre parcialmente oxidado.

Como produto final, eles liberam sulfeto de hidrogênio e são responsáveis ​​pelas altas concentrações desse gás na base da coluna.

A presença de bactérias redutoras de sulfato na coluna é mostrada como áreas escuras em sua base. Acima da banda basal existem duas faixas de profundidade rasa, com espécies que usam sulfeto de hidrogênio produzido na banda inferior. Essas duas bandas são dominadas por bactérias fotossintéticas anaeróbicas.

A mais básica dessas bandas contém a bactéria enxofre verde ( Cloróbio ). A próxima banda é dominada por bactérias de enxofre roxas do gênero Cromatium . Perto dessas bandas, aparecem bactérias que reduzem o ferro, como Gallionella, Bacillus ou Pseudomonas .

O que é a coluna de Winogradsky e para que serve? 2

Bactérias verdes de enxofre (Chlorobiaceae) no fundo de uma coluna de Winogradsky. Fotografia por: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Tirada e editada em: https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Green_d_winogradsky.jpg.

Zona aeróbica

Um pouco mais alto na coluna, o oxigênio começa a aparecer, mas em concentrações muito baixas. Essa área é chamada de microaerofílica.

Aqui, bactérias como Rhodospirillum e Rhodopseudomonas aproveitam o pouco oxigênio disponível. O sulfeto de hidrogênio inibe o desenvolvimento dessas bactérias microaerofílicas.

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A zona aeróbica é dividida em duas camadas:

  • O mais basal deles, representado pela interface lama-água.
  • A zona mais externa é composta pela coluna de água.

Na interface água-lama, bactérias de gêneros como Beggiatoa e Thiothrix se desenvolvem . Essas bactérias podem oxidar o sulfeto das camadas inferiores.

Enquanto isso, a coluna de água é colonizada por uma grande variedade de organismos, incluindo cianobactérias, fungos e diatomáceas.

Usos

A coluna de -Winogradsky tem vários usos, entre os mais frequentes são:

-Investigação da diversidade metabólica microbiana.

-Estudo de sucessões ecológicas.

Enriquecimento ou isolamento de novas bactérias.

Testes de biorremediação.

-Geração de bio-hidrogênio.

-Estudar as influências de fatores ambientais na estrutura e dinâmica da comunidade microbiana e bacteriófagos associados.

Referências

  1. DC Anderson, RV Hairston (1999). A coluna Winogradsky e biofilmes: modelos para o ensino da ciclagem e sucessão de nutrientes em um ecossistema. O professor de biologia americano.
  2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Distribuição temporal e espacial da comunidade microbiana das colunas Winogradsky. MAIS UM.
  3. JP López (2008). Coluna de Winogradsky. Um exemplo de microbiologia básica em um laboratório de ensino médio. Revista Eureka sobre Ensino e Disseminação de Ciências.
  4. Sergei Winogradsky. Na Wikipedia Recuperado de en.wikipedia.org.
  5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Corante têxtil tratado fotoeletricamente e monitorado por colunas Winogradsky. Ciência da Engenharia Ambiental.
  6. Coluna Winogradsky. Na Wikipedia Recuperado de en.wikipedia.org.

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