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Capítulo1. Introdução e importância da Microbiologia
Em todas as questões humanas há um único fator dominante – o tempo. Para avançar ao futuro devemos olhar para trás, no passado_._ (ZIMAN, 1976).
Nossas experiências com microrganismos. (quais microrganimos já tivemos infecções ou presenciamos em outro humano ou em nossos animais)
Conceito de Microbiologia: estudo dos organismos microscópicos, da vida microscópica. O microrganismo é o objeto de estudo (morfologia, reprodução (genética), fisiologia, taxonomia e suas interações com o homem, animais, planta, e outros microrganismos.
Por que estudar microbiologia?
• Saúde dos humanos e animais. Menos de 1% dos microrganismos causam doenças.
• Fotossíntese microbiana.
• Decomposição de matéria orgânica, e resíduos industriais.
• Microbiota autóctone. (1.10^10 células humanas para 1.10 11 microrganismos).
• Produção de alimentos (capacidade bioquímica dos microrganismos).
• Medicamentos (antibióticos).
• Controle biológico.
• Produção de vacinas
• Engenharia genética (interferon, hormônio do crescimento).
• Importância da microbiologia em outras áreas
(Genética, Bioquímica, Ecologia, engenharia metalúrgica etc).
• Importância na medicina veterinária. (Todas as disciplinas).
• Microrganismos como modelos de estudos. (Rapidez, confiabilidade).
• Biologia molecular, genoma humano.
Principais grupos de microrganismos. ( vírus , bactérias, algas, fungos, protozoários ). –20 nm a 5mm.
Histórico da microbiologia
Bíblia- Deuteronômio, 13. Moises – lixo sólido enterrado. Passagens relam sobre a lepra e o isolamento dos doentes. 400 a.C. - Grécia- Médico Hipócrates- (transmissão por roupas e objetos). Historiador Tucídides- pessoas curadas podiam tratar de doentes com peste. Peste bubônica – 542 d.C., Mediterrâneo e todo Europa. Guetos judeus – menor incidência. 1665- Robert Hooke – microscópio Anton van Leewenhoek- visualizou os “animalículos” Meu Deus, que maravilhas existem em uma criatura tão pequena! (Leeuwenhoek).
Conquistas no conhecimento das doenças
A idéia da geração espontânea precisou ser refugada. “ Talvez em alguns locais, vivam pequenos animais que não podem ser vistos a olho nu e que podem entrar pela boca e fossas nasais provocando grande desastres ”. Marcos Varrão, cidadão romano e escritor, 100 a.C. “ podem existir sementes de moléstias ” Lucrécio, 55 a.c.
• Originam de células mães x causas sobrenaturais ou processos putrefativos
(Tyndall - filtros de panos que impediam a passagem de moscas).
- Microrganismos são causa e não conseqüência da fermentação.
- Diversidade Bioquímica e unidade com processos dos seres macroscópicos. (Pasteur- frascos em boca de cisne para suco de uva- produção de vinho).
Teoria microbiana da doença- teoria germinal Doença – falta ou perturbação da saúde. Pode ter o microrganismo como agente primário, secundário, agente oportunista (da microbiota normal).
Pasteur, por volta de 1860, estudando uma doença em bicho da seda, provou que um protozoário causava a doença e sugeriu a seleção de larvas resistentes. Em 1840, Jacob Henle apresentou a teoria microbiana de doença.
Robet Koch (1876) Estudou o sangue de cordeiros mortos com carbúnculo-visualizou bactérias (bastonetes).
Separou a bactéria de outros microrganismo, inoculou em camundongos. Camundongos desenvolveram o carbúnculo. Bactérias visualizadas, provenientes dos camundongos eram semelhantes às inoculadas.
1880- Postulados de Koch
1. Microrganismos suspeitos devem sempre ser encontrados associados à doença.
2. Deve ser isolado em cultura ou cultivo puros.
3. Quando inoculado em cobaias susceptíveis, originam a mesma doença.
4. O mesmo microrganismo deve ser recuperado dos animais que adoeceram.
*Há doenças causadas por mais de um microrganismo (diarréias, mastite, pneumonias). *Um microrganismo pode causar mais de uma doença e em hospedeiros diferentes ( E. coli ) *Nem sempre o microrganismo origina a doença: – ( inter-relações). Ambiente- Hospedeiro Microrganismo *Microrganismo pode não estar presente e causar a doença (Botulismo, Micotoxicoses).
Microrganismos e alimentos Fontes de nutrientes para os microrganismos Agentes de deterioração Agentes patogênicos Oportunidades de contaminação
Cereais Fungos
- Rhizopus nigricans0 0 1 F 0 0 1 F (pães).
- Micotoxinas (ergotina, aflatoxina, tricotecenos) Bactérias 0 0 1 F0 0 1 F– Bacillus sp. (esporulados).
Frutas e legumes Leveduras ( Saccharoyces sp.) acidez – bactérias ( Lactobacillus sp.) Bactérias comensais Pseudomonas flurescens, patógenas Salmonella sp. e Shigella sp.. Tomates, legumes- Fusarium sp. (moscas).
Carnes (intestinos, couro, pele, fezes)—70 patógenos distintos. Inspeção médico veterinária dos animais X presença de microrganismos? Carnes refrigeradas- Fungos Rhizopus sp., Mucor sp.,
CAPITULO 2. Classificação e evolução de microrganismos
4 bilhões de anos, Organismos simples, considerados ancestrais (Procariontes). 1 bilhão de anos- paleontologia- organismos eucariontes
Teoria endossimbiótica - organelas eucarióticas se originariam de organismos procariontes em uma relação simbiótica (endossimbiótica).
1. Organismo primitivo sem parede celular - desenvolve núcleo rudimentar (cromossomo envolto com
membrana)- ser eucariótico primitivo semelhante a uma ameba e com capacidade fagocitária.
2. Fagocitose de organismos procariontes resistentes (bactérias).
3. Novo ser adquire capacidades da célula englobada.
Evidências
Mitocôndrias e cloroplastos – tamanhos semelhantes das cel. procariontes. Possuem DNA próprio em forma circular. Ribossomos 70S semelhantes aos bacterianos. Síntese de proteínas semelhante a bactérias. Reprodução própria por divisão binária. Mitocôndrias possuem duas membranas com as bactérias Gram negativas. Cloroplastos semelhantes a cianobactérias (possuem clorofila). Flagelos e cílios. Associação simbiótica com bactérias móveis (espiroquetas).
Microtúbulos
Espiroquetas endógenas.
Um dos menores genomas de eucariontes, S. cerevisiae 24 Mb é 3 X maior que os maiores genomas procariontes 8 a 9 Mb. (endosimbiose)
Necessidade de muita energia
- O mecanismo de produção energético procariótico não é eficiente o bastante para permitir um aumento significativo no conteúdo de DNA (VELLAI, T.; TAKÁES, K.; VIDA, G. 1998). J. Mol. Evol.
Taxonomia: A ciência da classificação
Fundamentada no grupamento de organismos semelhantes (categoria ou taxon )
- Critérios para identificação.
- Estudos evolucionários. Princípio básico - membros de um nível superior compartilham menos características que aqueles em grupos de níveis inferiores.
Nomes comuns causam muita confusão. Carlos Lineu- botânico sueco (XVIII). – nomenclatura binominal. ( Gênero espécie ) (Gênero espécie). Dois reinos- Plantae, Animália Hierarquias- Reino- Divisão (Ramo)- Sub-ramo-Classe-Ordem-Família-Gênero-Espécie- Subespécie (cepa). Cepa (variações dentro da mesma espécie). E. coli K12: E. coli 0157:H7.
1866- Criação de um terceiro reino – Protista (microrganismos). 1969- Sistema de classificação em Cinco Reinos. (Monera - Protista - Fungi- Plantae-Animalia).
1977- seqüência dos ribonucleotídeadeos do rRNA dos microrganismos (Três domínios) Arqueobactérias (ARCHAEA) , Eubactérias (BACTERIA) e Eucariotos (EUKARYA) -
Vírus - classificados por suas características químicas e físicas (RNA, DNA), (simetria de proteínas der revestimento- capsídio), (Envelopados ou desnudos). Comitê internacional de taxomomia de vírus – Mais de 3000 vírus em 71 famílias – 21 (infectam vetebrados). Cada família possui seus gêneros Retroviridae – Lentivirus – Human immunodeficiency virus (HIV). Viróides- simples fragmento de RNA.. Prions- partículas infecciosas de natureza protéica.
Chaves taxonômicas- Chaves dicotômicas 1 a Bactérias Gram positivas - vá para 2 1 b Bacérias não Gram positivas – vá para 3
2 a Forma esférica – Cocos Gram positivos 2 b Não esféricas - Vá para 4.
Taxonomia numérica (maior número de características (bases fenéticas).
Homologia genética - genoma e proteoma Composição de bases- Porcentagens de Timina-Adenina e Citosina-Guanina. Homo sapiens semelhante ao Bacillus subtilis? Seqüenciamento de DNA e RNA (PCR) DNA ribossomal (Genes das proteínas ribossomais) Problemas em taxonomia Bases filogêticas e evolutivas. Taxonomia precisa ser dinâmica. Referências: BLACK J.G, Microbiologia fundamentos e perspectivas. Capítulos 4, 9 e apêndice B2002)
Capítulo 3.
Estrutura e organização celular de microrganismos
Virus; O marco fundamental na história da virologia corresponde ao momento em que foi descoberto por Stanley (1940) que o vírus do mosaico do tabaco podia ser cristalizado (assim como os sais inorgânicos e proteínas moleculares) e que os cristais inanimados, podiam produzir doença em plantas sadias. A controvérsia, de serem os vírus organismos vivos ou não, foi então novamente reanimada. Essa descoberta teve um grande impacto no campo das ciências biológicas em geral, da ciência médica, e dentro do próprio campo da bioquímica, onde os conhecimentos que se acumulam, sobre a estrutura viral, deram origem a uma nova área do conhecimento, a biologia molecular. Existem diferenças fundamentais entre os vírus e as células vivas, que foram enumeradas por Stainer e colaboradores (1969) que são: a) apresentam propriedades muito diferentes da unidade estrutural de um ser vivo, a célula; b) Enquanto o genoma celular é constituído por DNA e RNA, no genoma viral só se encontra um dos dois ácidos nucléicos; c) apresentam como constituintes orgânicos apenas ácido nucléico e proteína; d) podem conter uma ou algumas enzimas, porém seu complemento enzimático é insuficiente para reproduzir outro vírus, ou seja, o vírus não possui portanto, ao contrário da célula, sistema enzimático próprio; e) é sempre replicado exclusivamente a partir de seu material genético por uma célula;
Membrana Celular - envolta por parede Funções:
Espaço periplasmático (periplasma)
Parede celular ( cell wall ) Peptídeo glicano – N-acetilglicosamina Ácido N-acetilmurâmico Tetrapeptídeos
Gram + ácido teicóico
Gram – LPS Álcool-ácido –resistentes
Endósporos Flagelos Quimiotaxia
Glicocálice Cápsula Camada limosa
BACTÉRIAS
Apresentam grande variedade de formas e tamanhos de acordo com o grupo a que pertencem. As formas mais comuns são os bacilos (formas alongadas), cocos (formas aproximadamente esféricas), vibriões (bacilos curvados) e espirilos e espiroquetas (formas espiraladas).
Existem grupos de bactérias que formam longos filamentos de células unidas entre si, como acontece com espécies de cianobactérias e grupos que exibem morfologia ainda mais complexa. Variações morfológicas ocorrem dentro de cada grupo bacteriano.
A morfologia é uma característica genética e as bacterianas são geralmente monomórficas, ou seja, mantêm sempre a mesma forma. Mutações genéticas e condições de cultivo podem alterar a morfologia original de forma definitiva ou transitória, respectivamente. Algumas poucas bactérias são pleomórficas como as micoplasmas, apresentando grande variação de forma.
As bactérias podem ocorrer como células isoladas ou agrupadas em pares, tétrades, cadeias, grumos e outras tantas formas de agrupamentos como massas embutidas no interior de uma cápsula. Os diversos arranjos das células bacterianas são conseqüências da fisiologia celular. Algumas bactérias dividem-se de tal forma a formarem blocos, cadeias ou agregados.
O tamanho das células bacterianas varia grandemente. A grande maioria tem dimensões que variam entre 1 e 5 μm. As menores bactérias conhecidas são as micoplasmas com 0,1 a 0,2 μm de diâmetro e o bacilo Francisella tularensis cujas dimensões variam de 0,2 a 0, 7 μm de comprimento por 0,2 μm de diâmetro, tamanhos próximos aos vírions da família Poxviridae. Dentre as maiores bactérias conhecidas estão o Bacillus anthracis com células variando de 3,0 a 10 μm de comprimento por 1,3 μm de diâmetro, a Metabacterium polyspora cujas células atingem de 10 a 60 μm de comprimento e as bactérias do gênero Epulopiscium que atingem 600 μm de comprimento por 100 μm de diâmetro.
O primeiro passo no estudo da morfologia de células bacterianas é o emprego de corantes apropriados que permitem a visualização tanto de células inteiras quanto diferentes estruturas bacterianas tais como cápsulas, flagelos e esporos ao microscópio óptico. Uma das técnicas mais empregadas para a visualização de células inteiras e sua morfologia é a coloração de Gram.
Os procariotos são os menores organismos e os mais simples estruturalmente. Em termos evolutivos, eles são também os mais antigos organismos da Terra (foram encontrados fósseis de cerca de 3, bilhões de anos). E, consistem de duas linhagens distintas: Bacteria (ou eubactéria) e Archea.
Os procariotos não possuem núcleo organizado nem organelas celulares envoltas por membranas. A maior parte de seu material genético está incorporada em uma única molécula circular de DNA de fita dupla, freqüentemente, fragmentos adicionas de DNA circular, conhecidos como plasmídeos, também estão presentes.
EUBACTÉRIAS ARQUEOBACTÉRIAS
- Maior grupo - Menor grupo
- Inclue todos os procariotos de importância na medicina
- Até agora não se conhece nenhuma espécie de importância na medicina
- Habitam o solo, superfície das águas e tecidos de outros organismos (vivos ou em decomposição). Pequeno número de espécies que habitam ambientes de condições extremas.
- Alta proporção habita ambientes em condições extremas: halófilas (Mar Morto), termoacidófilas (60 a 80ºC, sulfobactérias) e metanogênicas (pântanos, interior do tubo digestivo de insetos (cupins) e herbívoros)
- Algumas espécies são fotossintéticas - Nenhuma espécie fotossintética
- Nenhuma espécie produz metano - Todas as espécies são produtoras de metano por redução do CO 2.
- No citoplasma, além de sais minerais, aminoácidos, pequenas moléculas, proteínas, açúcares ainda são encontradas partículas de ribossomos, grânulos de material de reserva (amido, glicogênio, lipídeos ou fosfatos).
- Exceto os micoplasmas, todos os procariotos têm paredes celulares rígidas. Nas Bacteria, esta parede celular é composta principalmente de peptidioglicanos. As bactérias Gram-negativas, com parede celular que não fixa o corante cristal-violeta. Possuem uma camada externa de lipopolissacarídeos e proteínas, sobre a camada de peptideoglicano, denominada cápsula, encontrada principalmente nas bactérias patogênicas, protegendo-as contra a fagocitose.
- As células procarióticas não apresentam vacúolos, porém podem acumular substâncias de reserva sob a forma de grânulos constituídos de polímeros insolúveis. São comuns polímeros de glicose (amido e glicogênio), ácido -hidroxibutírico e fosfato.
- As células de procariotos podem ter forma de esfera (coco), de bastão (bacilos) ou de espiral (espirila). Todos os procariotos são unicelulares, mas se a célula não se separa completamente após a divisão celular, as células filhas ficam grudadas em grupos finos, filamentos ou massas sólidas.
- As células bacterianas são pequenas e medidas em micrômetros (μm), 1μm equivale 0,001mm. A menor bactéria tem 0,2 μm ( Chlamydia ), há células de Spirochaeta com 250 μm de comprimento. A maior bactéria conhecida é a Epulopiscium fishelsoni que foi encontrada no Mar Vermelho e na costa da Austrália no intestino de um peixe com mais de 600 μm de comprimento.
- Na maioria das vezes o tamanho médio de uma bactéria é de 1-10 μm.
- Muitos procariotos possuem um flagelo e, portanto, são móveis; a rotação do flagelo movimenta as células através do meio. As bactérias que apresentam um único flagelo são denominadas monotríquias e bactérias com inúmeros flagelos são denominadas peritríquias.
- Procariotos podem ainda possuir fímbrias ou pili. As fímbrias ou pili são estruturas curtas e finas que muitas bactérias gram-negativas apresentam em sua superfície, estão relacionadas com a capacidade de adesão. Há a fímbria sexual, necessária para que bactéria possa transferir material genético no processo denominado conjugação.
- Certas espécies de bactérias tem a capacidade de formar endósporos, altamente resistentes ao calor, dessecação e outros agentes físicos e químicos, capaz de permanecer em estado latente por longos períodos e de germinar dando início a nova célula vegetativa. Isso permitem que a célula sobreviva em condições desfavoráveis.
- Muitos procariotos se reproduzem assesuadamente por simples divisão, também denominada fissão binária, onde uma célula, divide-se ao meio, dando origem a duas células-filhas iguais.
As paredes celulares das bactérias Gram-positivas são espessas, formadas por cerca de vinte camadas de peptidoglicano (20 a 40 nm de espessura) que responde por 50% ou mais do peso seco da célula (Figura 1). Apesar disso, essas paredes permitem a difusão de muitas moléculas.
Embebidas na matriz de peptidoglicano dessas bactérias encontram-se pequenas quantidades de ácidos teicóicos. Ácido teicóico é um termo funcional para uma ampla variedade de diferentes polímeros contendo açúcares, fosfato e glicerol. Existem duas classes de ácidos teicóicos: o ácido lipoteicóico, embebido no peptidoglicano e ligado à membrana plasmática e o ácido teicóico associado somente ao peptidoglicano.
Os ácidos teicóicos conferem carga negativa à superfície exterior da célula podendo ajudar no transporte de íons positivos para dentro e fora da célula. Essas substâncias em conjunto com proteínas presentes na superfície da parede celular são responsáveis pela determinação antigênica das bactérias Gram- positivas por diferirem entre distintas espécies e linhagens, servindo para a classificação sorológica e identificação dessas bactérias.
Fragmentos de peptidoglicano e ácido lipoteicóico liberados durante infecções por bactérias Gram- positivas são responsáveis por manifestações clínicas tais como inflamação, febre, leucocitose, hipotensão, depressão, perda de apetite, insônia e artrite, reações estas causados por mediadores liberados pelas células do hospedeiro em resposta à exposição às células bacterianas e seus componentes.
Bactérias Gram-negativas
As paredes celulares das bactérias Gram-negativas são finas, formadas por uma a três camadas de peptidoglicano (2 a 15 nm de espessura) que responde por cerca de 10% ou mais do peso seco da célula (Figura 2). Em E. coli , em torno de 75% do peptidoglicano consiste de uma única camada e cerca de 25% consiste de três camadas. Cada camada tem cerca de 2,5 nm de espessura.
Nas bactérias Gram-negativas, a parede celular situa-se dentro do espaço periplásmico. Tanto bactérias Gram-positivas como Gram-negativas podem, por mutação genética, perder a capacidade de sintetizar o peptidoglicano. Tais bactérias são denominadas formas-L.
As figuras 1 e 2 são micrografias eletrônicas de transmissão da bactéria Gram-positiva Micrococcus sp e da bactéria Gram-negativa Neisseria gonorrhoeae , respectivamente, mostrando seções finas de ambas as bactérias. Na figura 1 nota-se a espessa parede celular (cw) envolvendo a membrana plasmática (cm) e na figura 2 observa-se a fina parede celular abaixo da cápsula. Em ambas as figuras observam-se os nucleóides (n).
Membrana externa
As bactérias Gram-negativas apresentam uma membrana externa que envolve a parede celular. Esta membrana tem uma estrutura incomum para membranas celulares por apresentar uma camada fosfolipídica – voltada para a parede celular – e uma camada superposta constituída de um lipopolissacarídio ou LPS. A porção lipídica do LPS está voltada para o interior da membrana externa. A porção polissacarídica consiste em um polissacarídio principal (constituído de açúcares de 6, 7 e 8 carbonos) e um polissacarídeo “O" (constituído de açúcares de seis carbonos) que se projeta da superfície da célula.
Os açúcares nas cadeias polissacarídicas do LPS variam entre diferentes organismos e entre linhagens de uma mesma espécie de bactéria. O polissacarídeo “O” do LPS é um importante determinante antigênico, agrupando as bactérias Gram-negativas em diferentes sorogrupos "O". O polissacarídeo “O”, também denominado “antígeno O” ou antígeno somático, tem sido importante fator de determinação antigênica de linhagens patogênicas de E. coli.
A porção lipídica – o lipídio A – apresenta um arcabouço diferente daquele dos fosfolipídios da membrana plasmática e o tipo de ácido graxo difere entre diferentes linhagens bacterianas. O LPS parece contribuir com a consistência da membrana externa.
O LPS é tóxico e é denominado endotoxina. Fragmentos de LPS liberados durante infecções por bactérias Gram-negativas são responsáveis por manifestações clínicas análogas às causadas por fragmentos da parede celular de bactérias Gram-positivas.
A membrana externa não contém as proteínas de transporte encontradas na membrana plasmática. Contudo, está repleta de amplos canais protéicos denominados porinas. A membrana externa contém receptores protéicos para nutrientes importantes como vitaminas, fosfatos e ferro.
A membrana externa provê uma barreira natural que protege a bactéria Gram-negativa contra agentes tais como detergentes, desinfetantes, corantes, determinados antibióticos e toxinas, está envolvida com a absorção de nutrientes e excreção de produtos secundários do metabolismo.
Nas membranas externas de várias espécies de bactérias existem as "proteínas de membrana externa" que estão envolvidas com os processos de infecção bacteriana e podem ser consideradas como fatores de virulência.
Porinas
Porinas são proteínas constituídas por subunidades que se agrupam para formar poros na membrana externa criando pequenos canais que permitem a difusão de moléculas de baixo peso molecular como nutrientes, por exemplo. As porinas podem transportar moléculas de modo seletivo ou não-seletivo, mas não podem fazê-lo contra um gradiente de concentração. Uma vez que grandes moléculas não se difundem através desses canais, o peptidoglicano das bactérias Gram-negativas está relativamente protegido da ação da lisozima. As porinas restringem o acesso de muitos agentes antimicrobianos ao citoplasma das bactérias Gram-negativas, que de modo geral, são mais resistentes a drogas que as Gram-positivas. Espaço periplásmico
Nas bactérias Gram-negativas, o complexo peptidoglicano-membrana externa cria um compartimento denominado espaço periplásmico ou periplasma. O periplasma é uma camada coloidal que contém grande quantidade de enzimas hidrolíticas e outras que direcionam nutrientes essenciais para as proteínas de transporte da membrana plasmática, evitando que se difundam de volta para o meio externo. O espaço periplásmico contém enzimas inativadoras de antibióticos, quimiorreceptores (sensores que auxiliam a célula a detectar mudanças no ambiente) e oligossacarídios que parecem auxiliar a bactéria a resistir à osmolaridade do meio. No espaço periplásmico de muitas bactérias Gram-negativas, entre a parede celular e a camada fosfolipídica da membrana externa existem lipoproteínas que auxiliariam na ancoragem da membrana externa à parede celular. A extremidade protéica liga-se ao peptidoglicano enquanto que a porção lipídica associa-se aos lipídios da membrana externa. Em bactérias Gram-positivas não há espaço periplásmico óbvio
Camadas S
Camadas S são membranas constituídas por subunidades idênticas de proteínas ou glicoproteínas que formam um arranjo cristalino e poroso que recobre a superfície dos procariotos. A espessura das camadas S varia entre 5 a 15 nm. Essas estruturas foram identificadas em centenas de diferentes espécies bacterianas pertencentes aos maiores grupos filogenéticos e são características comuns à maioria dos Archaea. Os pesos moleculares das subunidades protéicas variam entre 30 e 220 kDa conforme a espécie da bactéria.
A maioria das camadas S conhecidas é composta de única espécie de proteína ou glicoproteína com a propriedade de formar arranjos bidimensionais sobre uma camada subjacente do envelope celular tais como o peptidoglicano em bactérias Gram-positivas, a pseudo-mureína em Archaea, ou a componentes da membrana externa de bactérias Gram-negativas. Em alguns Archaea, (por exemplo, Methanococcus jannaschii ) a camada S é a única estrutura da parede celular e está associada apenas à membrana plasmática.
As camadas S são caracterizadas por uma simetria definida e pela presença de poros idênticos em tamanho e em morfologia, com diâmetros de 8 a 10 nm. Alguns poucos organismos como Clostridium difficile e Bacillus anthracis apresentam camadas S constituídas por dois tipos de subunidades. As bactérias Brevibacillus brevis e Aquaspirillum serpens apresentam duas camadas S superpostas constituídas de dois tipos de subunidades.
As proteínas das camadas S de muitos Archaea e das bactérias Gram-positivas podem possuir cadeias de oligossacarídios covalentemente ligadas, constituídas de 20 a 50 unidades repetitivas idênticas de pentoses, hexoses, heptoses ou outros açúcares. Em bactérias Gram-positivas, esses oligossacarídeos são algo similares ao LPS das membrana externa das bactérias Gram-negativas.
Apesar do considerável conhecimento a respeito da estrutura, organização, bioquímica e genética das camadas S, há relativamente pouca informação a respeito de suas funções específicas. Procariotos possuidores de camadas S têm ampla distribuição na biosfera o sugere que tais estruturas tenham extenso espectro de funções. Em termos funcionais, as camadas S não devem ser vistas como componentes isolados uma vez que comumente são partes de estruturas celulares mais complexas. Os poros das camadas S provavelmente funcionam como “filtros moleculares” precisos, permitindo a difusão de íons e moléculas.
Habitat; todos os locais, parasitas de humanos, animais, vegetais, insetos, nematóides
Importância ; Indústria de bebidas, farmacêutica, alimentícia, pães, digestão no rúmen, biotecnologia (clonagem – plasmídio), decomposição da matéria orgânica,
Fisiologia : Heterotróficos, aeróbios, podem fermentar- crescimento influenciando por temperatura, pH, umidade, oxigênio, radiações.
Esporos fúngicos
Assexuados Endógeno Esporangioconídio
Exógenos Blastoconídio Artroconídio Clamidoconídio Macroconídio Microconídio
Sexuados Endógenos Zigosporos
Ascosporos
Exógeno Basidiosporos
Capitulo 3. GENÉTICA MICROBIANA
DNA e RNA
Replicação (citoplasma bacteriano) Fitas de DNA antiparalelas (complementares). DNA polimerase – forquilhas de replicação (1000nucleotídeos/segundos) direção 5’ para 3’ Transcrição (citoplasma bacteriano) RNA polimerase síntese do mRNA Introns e exons (gene verdadeiro). em eucariotos Transcrição reversa
Tradução RNAr proteínas ribossomais-----30S + 50S = 70S bactérias RNAm—códon (três nucleotídeos) Códon iniciador – codifica metionina, códon de terminação 1 códon para cada um dos 20 aminoácidos. Alguns aminoácidos podem ter mais de um códon (código genético degenerado e ele é universal (para vírus, bactérias, fungos e humanos) RNAt – transporta o aminoácido possuem o anticódon- complementar ao RNAm.
Polirribossomos – ribossomos presos ao mesmo RNAm
Síntese protéica de bactérias pode consumir 80 a 90% da energia dela.
Regulação do metabolismo
Feedback (retroalimentação) ex. produto treonina liga a enzima de síntese e altera sua conformação.
Indução enzimática—
Enzimas constitutivas- sempre sintetizadas Enzimas indutivas (presença ou ausência do substrato regula a transcrição do gene). Regula o catabolismo do substrato) Operon- conjuntos de genes reguladores— Operon Lac- quando a lactose está presente genes do operon lac- codificam proteínas ativadoras do gene da lactase (enzima indutiva) em E. coli.
Repressão enzimática (regula o anabolismo) Operon Trip (triptofano) quando este aminoácido está presente- os genes codificam proteínas que bloqueia a síntese das enzimas do anabolismo do triptofano.
O material genético de todos os seres vivos é DNA? Todas as bactérias possuem DNA como material genético. Bactérias contém um * único * cromossomo geralmente circular. O cromossomo de E. coli possui ~4.5 x 10 6 pares de bases e portanto ~4300 genes – proteínas.
Uma vez que bactérias se reproduzem assexuadamente, o seu material genético sofre algum tipo de alteração?
1) MUTAÇÕES: Alterações na seqüência de pares de bases de DNA que são hereditárias. Exemplo de alteração não hereditária: metilação do DNA. Hipótese de Kimura: Mutações Maléficas >> Mutações Neutras>> Mutações Benéficas. Todos somos de alguma forma mutantes. Esta é a forma que a seleção natural procede. É como uma loteria. Terminologia e Categorias de Mutações (I) Gene ou Cepa Selvagem: a seqüência de DNA é aquela encontrada inicialmente na natureza. (II) Mutação Errônea: Alteração de um par de bases dando origem a um novo aminoácido. (III) Deleção: Um ou mais pares de bases são removidos. (IV) Inserção: Um ou mais pares de bases são adicionados. (V) Reversão: A seqüência de dois ou mais pares de bases é revertida.
- Por que ocorrem mutações? I) Erros espontâneos na replicação de DNA - Existe uma chance de 1/10 6 de que uma mutação ocorrerá em um gene em cada geração (DNA-polimerase). II) Agentes mutagênicos - certas substâncias químicas e agentes físicos: A) Radiação: Ultravioleta - radiação não ionizante atua diretamente sobre o DNA. É um agente carcinogênico que causa câncer de pele (30-40 anos para uma pele exposta ao sol se tornar cancerosa), principalmente com a diminuição da camada de ozônio- FIQUE LONGE DO SOL!!!
Radiação ionizante- Raios X , raios gama, raios cósmicos, isótopos radioativos. Causam mutações indiretamente através da geração de radicais livres. Ex.: Ponteiros de relógios pintados com radio. B) Agentes químicos: Análogos de bases nitrogenadas que compõe o DNA Substâncias que reagem diretamente ou indiretamente com o DNA. Ex.: Subst. Alcilantes- causam vários tipos de mutações; hidrocarbonetos aromáticos...longa lista C) Agentes Biológicos:
- conjugacao.gifMecanismo de conjugação. Note que apenas uma fita de DNA é transferida.
- A transferencia de Hfr se dá com alta frequencia, mas raramente o cromossomo inteiro é transferido mantendo a célula receptora F-^. Há recombinação homóloga entre Hfr e o cromossomo da bacteria receptora.
- Bacterias que já possuem fator F são pouco receptivas a receber um novo fator F.
- O fator F pode estar presente na célula de diversas formas.
Designação Estado do fator F (plasmídio de conjugação) Propriedades F-^ Não há Receptor de fator F F+^ Fator F livre no citoplasma^ Transfere eficientemente o fator F para a célula receptora F’ Fator F carrega segmentos de DNA cromossômico. Ex.: F’ lac
Transfere o fator F e segmentos cromossômicos com alta eficiência; pode haver recombinação homóloga com regiões do cromossomo Hfr Fator F integrado no cromossomo da bactéria (epissoma)
Transfere regiões cromossomicas com alta eficiência a partir de um ponto fixo (de acordo com a posição do Hfr)
TRANSDUÇÃO
- Definicao: Transferencia de material genetico de uma celula a outra atraves de infeccao viral.
- Foi descoberta por Joshua Lederberg e Norton Zinder em 1952.
- Dois tipos de transducao: Geral e Especial.
- Transducao Geral : Fago P1 de E. coli. Mecanismo da transdução.
- Aproximadamente 0.3% dos fagos carregam DNA bacterial na hora do empacotamento.
- P1 pode empacotar até 100,000 pares de bases. È possivel então mapear genes contidos neste intervalo um em relação ao outro. O mapeamento de E. coli foi feito com o fago P1.
- A transdução Especial difere da T. Geral em que somente um numero limitado de genes podem ser transferidos, pois a integração do fago ocorre sempre no mesmo local do cromossomo.
- transducaoespecial.gifTransducao Especial
CAPÍTULO 4. Metabolismo microbiano
Metabolismo Catabolismo + anabolismo Depende do genoma microbiano
Autotróficos
(usam o CO2 como precursor para síntese de moléculas orgânicas)
Fotoautotróficos Luz – fotossíntese CO2 + H2O -----------C6H12 + 6O Cianobactérias e algas verdes e sulfurosas verdes = * vegetais Autotróficos
Quimioautotróficos Usam a redução de sulfetos e nitritos – energia Bactérias nitrificantes
Heterotróficos (hidrolisam) moléculas orgânicas sintetizadas por outros microrganismos (vivo ou morto)
Quimio-heterotróficos Maioria dos patógenos – com O
Respiração aeróbia
C6H12O6 + 6O2 – > 6CO2 + 6H2O + energia Quimiosmose- O2 é aceptor de elétrons (H2 do ciclo de krebs.) H+ H+
Força proton motriz na membrana celular bacterina. Membrana celular bacteriana – “bateria”
ADP + energia + Pi –ATP
- O = energia Fotoheterotróficos
Parte da energia obtida da luz mas usam álcool e ac. graxos como fontes de carbono BACTÉRIAS PÚRPURAS E VERDES
Quimio-heterotróficos
Maioria dos patógenos - Sem O2- Fermentação: ac. Pirúvico
- Ácido homolática- só produz ac lático ( Lactobacillus sp., Streptococcus sp., cel. musculares)
- Heterolática (vários produtos e CO2) ( E. coli)
Mecanismo de reparo de DNA e produção de pigmentos
Crescimento Microbiano
Aumento do número de microrganismos Célula mãe cresce dobra de tamanho, citoplasma e DNA divide em duas células filhas
Divisão binária- (bactérias) Não possui período específico para duplicar o DNA DNA cromossomal fica aderido a membrana celular bacteriana
- (^) Formação de um septo na membrana e síntese da parede divisória
- Cadéias, cachos, tétrades Brotamento (leveduras) Na superfície da parede e membrana celular de leveduras – síntese de nova parede e material da célula fílha
CURVA DE CRESCIMENTO
Em um meio líquido e rico em todos os nutrientes necessários FASE LAG Adaptação e síntese Intenso metabolismo Crescimento em tamanho Absorção de nutrientes Grande produção de ATP Pouco aumento do número de microrganismo Duração de pende do microrganismo Meio anterior e atual 2horas ou dias
Fase log - logarítimica Crescimento populacional Velocidade exponencial Escala log (1 aumenta 10X) Grande velocidade de divisão Tempo de geração – geneticamente determinado População dobra em número
E. coli 20 minutos M. bovis 20 horas
Crescimento sincrônico (todos juntos) escada Crescimento não sincrônico (ao acaso) linha ascendente - TG- de 20minutos 1 nasce a cada em 20
FASE Log Quando a festa acaba? <nutrientes, < O2, resíduos < espaço, < ATP Decréscimo gradativo do crescimento populacional
Crescimento logarítmico contínuo Quimiostato Microbiologia industrial Microbiota rumenal
FASE estacionária Velocidade do crescimento populacional é igual à velocidade de morte celular Linha horizontal Meio ainda com nutrientes e com resíduos. O2 – seleção dos anaeróbios
ph – seleção de acidófilos ou alcalófilos
Fase de declínio A festa está cada vez pior, -----Campanha contra a fome já
velocidade de morte celular < logarítmica do número de microrganismo Genética do microrganismo Fase de declínio Involução -- formas incomuns gente estranha) Protoplastos e esferoplastos < Cel vegetativa--- >.de esporos, e endoesporos
Crescimento em colônia 1 Cel. Cresce forma uma colônia (visível) todos descendentes de um só microrganismo.
Todas as fases ocorrem simultaneamente
