Baixe Microbiologia - Conceitos Básicos e Bactérias e outras Notas de estudo em PDF para Microbiologia, somente na Docsity!
Microbiologia
Microbiologia é o ramo da biologia que estuda os microrganismos, incluindo eucariontes unicelulares e procariontes, como as bactérias, fungos e vírus. Atualmente, a maioria dos trabalhos em microbiologia é feita com métodos de bioquímica e genética. Também é relacionada com a patologia, já que muitos organismos são patogênicos.
Micróbios possuem características básicas do fundo dos organismos sicrobaticos que os tornam os modelos de organismos ideais. Foi descoberta a origem das bactérias, tendo sido anterior a origem de outros corpos, tais como protozoários, eucariotes e vírus. Dentre os citados, o último a se desenvolver foram os protozoários, por tratar-se de seres com uma complexidade maior:
- São muito pequenos, então eles não consomem muitos recursos
- Alguns possuem ciclos de vida bastante curtos (aprox. 30 minutos para E. coli , desde que esteja na presença das condições óptimas de crescimento)
- Células podem sobreviver facilmente em isolamento das outras células
- Eles podem-se reproduzir por divisão mitótica, permitindo a propagação de clones idênticos em populações
- Eles podem ser congelados por longos períodos de tempo. Mesmo se 90% das células são mortas pelo processo de congelamento, há milhões de células em um mililitro da cultura líquida.
Estes traços permitiram que Joshua e Esther Lederberg pudessem dirigir um elegante experimento em 1951 demonstrando que adaptações evolutivas surgem melhor da preadaptação do que da mutação dirigida. Para isto, eles inventaram a replicação em placa, que permitiu que eles transferissem numerosas colônias de bactérias para locais específicos de uma placa de petri preenchida com Ágar-ágar para regiões análogas em diversas outras placas de petri. Após a replicação de uma placa com E. coli , eles expuseram cada uma das placas a fagos. Eles observaram que colônias resistentes aos fagos estavam presentes em partes análogas de cada placa, possibilitando-os concluir que os traços de resistência aos fagos existiam na colonia original, que nunca havia sido exposta aos fagos, ao invés de surgirem após as bactérias terem sido expostas aos vírus.
A extensiva caracterização dos micróbios tem nos permitido o uso deles como ferramentas em outras linhas da biologia:
- Bactérias (especialmente Escherichia coli) podem ser usadas para reduplicar DNA na forma de um (plasmídeo). Este DNA é frequentemente modificado quimicamente in vitro e então inserido em bactérias para selecionar traços desejados e isolar o produto desejado de derivados da reação. Após o crescimento da bactéria e deste modo a replicação do DNA, o DNA pode ser adicionalmente modificado e inserido em outros organismos.
- Bactérias podem também ser usadas para a produção de grandes quantidades de proteínas usando genes codificados em um plasmídeo.
- Genes bacteriais tem sido inseridos em outros organismos como genes repórteres.
- O sistema de hibridação em levedura combina genes de bactérias com genes de outros organismos já estudados e os insere em uma célula de levedura para estudar interações protéicas em um ambiente celular. E também vista na area da computação.
A MICROBIOLOGIA MODERNA
Atualmente, a microbiologia, como as demais áreas das ciências médicas, segue o caminho do DEVE-SE ESPECIALIZAR O MÁXIMO QUE SE PUDER. Assim, encontramos os bacteriologistas (especializados em bactérias), os virologistas (especializados em vírus), os micologistas (especializados em fungos), os ficologistas (especializados em algas microscópicas) etc.
Muitos microbiologistas estudam a relação entre os micróbios e o homem, os animais e as plantas. Os microbiologistas médicos pesquisam o papel dos microrganismos nas doenças humanas e buscam meios de prevenir e curar tais doenças. Os microbiologistas especializados em odontologia estudam os patógenos encontrados na boca, especialmente seu papel na cárie dentária e outras doenças bucais. Em agricultura, os microbiologistas estudam as doenças das plantas, o papel dos microrganismos na fertilidade do solo, e os prejuízos que os microrganismos causam à produção agrícola. Na indústria, os microbiologistas usam os microrganismos na fabricação de produtos tais como bebidas alcoólicas, antibióticos, ácido cítrico e vitamina C. Os microbiologistas não especializados em um campo particular estudam os fatos básicos dos microrganismos, inclusive suas relações ecológicas, genéticas, Metabólicas, Fisiológicas e Morfológicas.
- Bacilos ; celulas cilindricas, em forma de bastonetes;
- Espirilos ; celulas espiriliadas.
Arranjo Muitas bactérias podem ainda ser classificadas quanto ao arranjo que apresentam a disposição entre si. Cocos agrupados aos pares recebem o nome de diplococos. Quando o agrupamento constitui uma cadeia de cocos estes são denominados estreptococos. Cocos em grupos irregulares, lembrando cachos de uva, recebem a designação de estafilococos. Os bacilos e espirilos se apresentam em geral como células isoladas porem, ocasionalmente, pode-se observar bacilos aos pares ou em cadeias.
Estruturas bacterianas e suas funções
A célula bacteriana apresenta várias estruturas. Algumas das quais estão presentes apenas em determinadas espécies, enquanto outras são essenciais e, portanto, encontradas em todas as bactérias.
A Figura apresenta esquematicamente uma célula bacteriana típica com as principais estruturas externas e internas à membrana plasmática.
Membrana citoplasmática
A membrana plasmática, membrana celular ou plasmalema é a estrutura que delimita todas as células vivas, tanto as procarióticas como as eucarióticas. Ela estabelece a fronteira entre o meio intracelular, o citoplasma, e o ambiente extracelular, que pode ser a matriz dos diversos tecidos.
Estrutura química
Como a maioria das membranas biológicas, a membrana das bactérias é composta de proteínas (60%) imersas em uma bicamada fofolipídica (40%). As proporções dos componentes são variáveis, dependendo da espécie bacteriana e das condições de cultivo. Os ácidos Graxos dos lipídios são responsáveis pela condição hidrofóbica da porção interna da membrana enquanto a parte hidrofílica dos mesmos fica exposta ao meio externo aquoso.
Além das interações como Mg2+^ e Ca^ 2+^ são responsáveis pela manutenção da integridade da membrana. A membrana dos procariotos difere quimicamente da membrana das células eucarióticas, principalmente pela ausência de esteróis.
Funções:
- Transporte de solutos
- Produção de energia por transporte de elétrons e fosforilação oxida�va
- Biossíntese
- Duplicação do DNA
Mesossomo
A membrana citoplasmática pode apresentar invaginações múltiplas que formam estruturas especializadas denominadas mesossomos. Existem dois tipos: A) Septal, que desempenha importante papel na divisão celular, pois, após a duplicação do DNA, ao qual se encontra ligado, atua como o fuso no processo de divisão da célula eucariótica, separando os dois cromossomos e conduzindo-os para os pólos da célula. Além disso, participa também da formação das paredes transversais
- Formas L – Células sem parede originadas de bactérias Gram posi�vas ou Gram nega�vas selecionadas pelo uso de agentes que destroem a parede (lisozima ou penicilina). Uma vez isoladas, podem ser estáveis (permanecem sem parede na ausência do agente) ou instáveis (quando voltam a sinte�zar a parede).
Flagelos
O flagelo bacteriano confere movimento à célula e é formado de uma estrutura basal, um gancho e um longo filamento externo à membrana (Figura 7). O filamento é composto de um único tipo de proteína chamado de flagelina.
O comprimento de um flagelo é geralmente maior que o da célula, mas seu diâmetro é uma pequena fração do diâmetro celular. Nem todas as bactérias possuem flagelos. Nas eubactérias, pode-se generalizar, afirmando que muitas espécies de bacilos apresentam flagelos, mas raramente eles ocorrem nos cocos.
A localização e o número de flagelos são usados na classificação de certos grupos taxonômicos. Os flagelos são muito finos e apenas com o aumento do seu diâmetro por meio de colorações especiais pode ser visualizado em microscópio óptico.
Os flagelos movimentam-se em velocidades muito elevadas, causando deslocamento das bactérias ao longo de distâncias muito superiores ao seu comprimento. A velocidade calculada de deslocamento da célula Spirilum serpens é de 500 mm/s. Algumas bactérias movimentam-se por meios diferentes da atividade flagelar: Mixobacterales deslizam sobre a superfície de um sólido com movimentos sinuosos. A velocidade desta bactéria é de apenas alguns micrômetros por segundo.
O movimento que algumas bactérias realizam, estimuladas por fatores físicos ou químicos, é chamado taxia. Quando o agente estimulante é a luz, trata-se de fototaxia; quando o agente é químico, quimiotaxia.
Pili ou fímbrias
Muitas bactérias Gram negativas são dotadas de apêndices filamentosos protéicos que não são flagelos, tais apêndices chamaram fímbrias, são menores, mais curtos e mais numerosos que os flagelos e não formam ondas regulares. As fímbrias podem ser vistas apenas sob microscopia eletrônica. Não desempenham nenhum papel relativo a mobilidade, pois são encontradas tanto em espécies móveis como em espécies imóveis. Há, contudo, várias funções associadas com diferentes tipos de fímbrias. Um tipo, conhecido como fímbria F, serve como porta de entrada de material genético durante a conjugação bacteriana. Outros tipos funcionam como sítios receptores de bacteriófagos e como estruturas de aderência às células de mamíferos e as outras superfícies. Esta propriedade de aderência a superfícies atribuída às fímbrias pode ser importante para as bactérias em seu ambiente ecológico natural, pois permite sua fixação de tecidos dos quais derivam seus nutrientes.
Nucleóide
O nucleóide procariótico ou DNA bacteriano, quando devidamente corado, pode ser visualizado com o auxílio do microscópio óptico. Micrografias eletrônica revelam a ausência de uma membrana nuclear e de um aparelho miótico. A região nuclear é preenchida por fímbrias de DNA dupla hélice na forma de uma única molécula de aproximadamente 1mm de comprimento (desdobrada) e peso molecular de 2 a 3 x 10^9 D. O DNA com carga negativa é neutralizado, pelo menos parcialmente, por poliaminas pequenas e pelo íon magnésio. Entretanto, recentemente foram descobertas proteínas semelhantes às histonas de mamíferos e, provavelmente, elas desempenham um papel semelhante ao das histonas na cromatina eucariótica.
Citoplasma
O citoplasma da célula bacteriana é uma solução aquosa limitada pela membrana plasmática. Imersas no citoplasma existem partículas insolúveis, algumas essenciais (ribossomos e nucleóide) e outras encontradas apenas em alguns grupos de bactérias, nos quais exercem funções especializadas como os grânulos e os vacúolos gasosos.
ligações ricas em energia, tais como ATP (adenosina trifosfato), GTP ( guanosina trifosfato ), acetil-Coa ( acetil-coensima A ) e outros. Pela quebra de ligações altamente energéticas destes compostos, a célula obtém energia para a realização de tarefas que consomem energia, tais como a biossintese de moléculas orgânicas complexas. A síntese de proteínas, lipídeos, carboidratos e ácidos nucléicos realizados a partir da suas respectivas subnidades, ocorrem constantemente na célula bacteriana, sendo esta uma das principais funções metabólicas da célula. Bactérias heterotróficas sintetizam ATP a partir da energia liberada pela oxidação de compostos orgânicos que, transformados em moléculas mais simples, são utilizados como fontes de carbono. Denomina-se respiração aeróbica aos processos de obtenção de energia caracterizados pela utilização do oxigênio como receptor final dos elétrons liberados na oxidação dos compostos que constituem a fonte de energia. Fermentação e o nome dado aos processos de obtenção de energia onde compostos orgânicos funcionam como receptores finais dos elétrons liberados na oxidação de outros compostos orgânicos usados como fonte de energia.
Obtenção de energia
Bactérias pratróficas: possuem metabolismo defeituoso. Ainda que oferecido carbono orgânico não consiga sintetizar todos os compostos. Portanto, só conseguem viver na célula hospedeira. Ex: clasmídeos e requétseas. Respiração aeróbica Respiração anaeróbica Quimiotróficas Fermentação
Não são processos exclusivos!
- Não existem bactérias que só fermentam
- Todas quimiotróficas respiram
- Diferenças entre fermentação e respiração
→ Na respiração: hidrogênios e elétrons transportados por receptores inorgânicos. Se receptor for O2 é aeróbica, se não for é anaeróbica. Não existe bactéria que faz respiração aeróbica e anaeróbica
→Na fermentação: é com receptores orgânicos
· Respiração aeróbica: mais rentável que a aneróbica
· Fermentação: menos rentável dos 3 processos
- composto inicial: piruvato
- Fermentação alcoólica: produto final - álcool etílico; não é tão importante para as bactérias e sim para as leveduras
- Fermentação lática: Streptococos - bactéria de interesse médico
- Fermentação propiônica: produto final - ácido propiônico. Ex: Corinibacterium / Propionibacterium: fazem também respiração anaeróbica
- Fermentação butírica: produto final - ácido butírico, álcool butírico e ácido B-hidroxibutírico: também realizam respiração aneróbica.
- Fermentação butilenoglicólica: Enterobacter / butilenoglicol
- Fermentação acidamista: os produtos finais são o ácido acético, álcool etílico e ácido succínico
Nota:
hidrolases - moléculas grandes se transformam em monômeros.
autolisinas estão normalmente inibidas: a penicilina destrói inibidores das autolisinas, destruindo a parede.
Enzimas bacterianas
Na maior parte das vezes, o estudo da morfologia, arranjo e a interpretação das propriedades de coloração são insuficientes para a identificação do agente bacteriano. Recorre-se então à cultura, para se conseguir um elevado número de microorganismos, para estudar as características culturais da bactéria como a capacidade de crescer em meio selectivo e o aspecto das colônias. Através da cultura em meios sólidos, pode-se também quantificar a presença bacteriana no material analisado (importante para diferenciar infecção de colonização em determinadas situações), obter colônias para a realização de testes de identificação, bem como obter inóculo para suspensão (em solução salina)para a realização de antibiograma.
Meio de Cultura
Assim, para a realização de uma cultura bacteriana, precisamos de um inóculo e de um meio de cultura. O meio de cultura é uma substância líquida ou gelificada, simples ou complexa, que permite a nutrição, o crescimento e a multiplicação dos microorganismos.
Com efeito, o meio de cultura deve oferecer condições o mais próximas possível das condições naturais. As suas características fundamentais são:
- Composição: normalmente contêm 80% de água, 0.9% de cloreto de sódio e o restante depende do microorganismo em questão (embora tenha que existir uma fonte de energia e carbono - habitualmente um açúcar).
- Isotonia: a concentração de cloreto de sódio deve ser idêntica à fisiológica. As bactérias envolvidas nas patologias humanas geralmente não são halofílicas, apesar de o Staphylococcus aureus poder suportar elevadas concentrações salinas.
- pH: entre 6.8 e 7.8, ou seja, próximo da neutralidade. Mas de lembrar que outras bactérias podem ter outros pH óptimos, diferentes da neutralidade (ex. Helicobacter e Lactobacillus que são acidófilas. Já o Vibrio cholerae , agente causador da cólera, apresenta um crescimento ótimo em pH entre 8 e 9,5).
- Potencial redox: depende do seu tipo de respiração. Podem ser anaeróbias estrictas (não possuem enzimas para degradar o peróxido de hidrogénio), anaeróbias moderadas, anaeróbias facultativas e aeróbias estrictas.
- Esterilidade: a esterilização do meio de cultura é efectuada após a sua preparação, para assim eliminar os microorganismos contaminantes. Conseguido geralmente por esterilização na autoclave.
- Acondicionamento: tentando, a todo o custo, evitar a contaminação (recipientes rolhados ou placas de Petri).
- Temperatura: a incubação deve ser feita à temperatura corporal.
Os meios de cultura podem ser classificados segundo o seu estado físico, pela sua composição e a sua utilização.
No que respeita ao seu estado físico, os meio podem ser líquidos, também designados por caldos, e a sua turvação é o indicador de crescimento bacteriano. Os meios gelificados (geloses) permitem o crescimento das células formando colónias. As geloses são obtidas a partir de um meio líquido ao qual é adicionado uma substância gelificante: inicialmente era a gelatina, mas como esta era usada pelos microorganismos, passou a ser usado o ágar-ágar (1.5%), que apenas promove a gelificação do meio. O ágar-ágar pode ainda ser usado em concentrações inferiores (0.5/0.7), em meios semi-gelificados (são utilizados para verificar a mobilidade das bactérias).
Em relação à composição do meio, podem ser classificados como naturais, cuja composição é complexa e mal definida (ex. caldo de carne), sintéticos (substâncias químicas perfeitamente conhecida - normalmente é um pó ao qual se adiciona água) e semi-sintéticos aos quais se adiciona uma substância natural (ex. gelose de sangue).
Finalmente, em relação à sua prática laboratorial, podemos considerar os meios de base, que contêm os nutrientes mínimos essenciais ao crescimento e multiplicação bacterianas, os meios enriquecidos, meios aos quais foram adicionados produtos biológicos (ex. sangue) e meios selectivos, quando há uma alteração de um ou mais factores físico-químicos ou se adicionam substâncias com uma acção antibacteriana, que vão actuar como selectora de algumas bactérias
Isolamento bacteriano
como fonte de energia) e quimiotróficos (organismo sim capazes de utilizar a energia radiante; dependem da oxidação de compostos químicos para a obtenção de energia). Fototróficos Existem bactérias que utilizam o CO2 como principal fonte de carbono; são as fotolitotróficas. Outras exigem um composto orgânico (alcoóis, ácidos graxos, aminoácidos) e são ditas fotorganotróficas.
Quimiotróficos: Bactérias que utilizam o CO2 como fonte de carbono e oxidam compostos inorgânicos (p.e., nitritos) ou elementos químicos (p.e.,enxofre) para obtenção da fonte de energia ,são chamadas quimiolitotróficas.As que utilizam compostos orgânicos para obter energia, são chamadas quimiorganotróficas.As bactérias fotolitotróficas e quimiolitotróficas são conhecidas, comumente,como autotróficas , ao passo que as espécies fotorganotróficas e quimiorganotróficassão designadas heterotróficas.
As bactérias heterotróficas apresentam exigências nutritivas mais simples. O fato de um organismo poder crescer e se reproduzir numa mistura de compostos químicos simples indicam que ele possui uma grande capacidade de síntese. As bactérias heterotróficas foram estudadas mais profundamente porque, sob certo aspecto, demonstram um interesse mais imediato. Neste grupo se encontram todas as bactérias patogênicas para o homem, para outros animais e para os vegetais, assim como a maior parte da população microbiana do ambiente humano. As bactérias heterotróficas, embora constituam o principal grupo nutritivo, variam, consideravelmente, quanto aos nutrientes específicos exigidos para o crescimento (tabela 3). As heterotróficas podem ser Consumidoras, alimentando-se de outros organismos vivos; saprófitas , que se alimentam de matéria orgânica morta. Outras podem ser simbiontes, ou seja, mantém uma relação estreita com um organismo de espécie diferente. Estas simbiontes podem ser comensais , que nem ajudam, nem prejudicam seu hospedeiro, ou podem ser parasitas, que causam dano ao hospedeiro (caso das bactérias patogênicas).
Meios Bacteriológicos
Para o cultivo rotineiro de microrganismos heterotróficos, utilizam-se certas matérias-primas complexas, tais como as peptonas, os extratos de carne e de levedura, daí resultando um meio que promove o desenvolvimento de grande variedade de bactérias e de outros microrganismos. Quando se deseja um meio sólido, adiciona-se o ágar como agente solidificante. O caldo e o ágar nutritivos são exemplos de meios líquidos e sólidos, relativamente simples, indicados para a cultura de microrganismos heterotróficos comuns. Alguns microrganismos não se desenvolvem bem nestes meios, pois demonstram exigências de nutrientes específicos, como vitaminas e outras substâncias estimulantes. Tais microrganismos são chamados de heterotróficos fastidiosos, e necessitam de meios especiais para seu cultivo, isolamento e reconhecimento.
Os meios de cultura, de acordo com a sua aplicação ou função, podem ser classificados, entre outros, como: Meios Enriquecidos: a adição de sangue, soro ou extratos de tecidos animais ou vegetais ao caldo ou ágar nutritivos proporciona nutrientes acessórios, de modo que o meio possa permitir o crescimento de heterotróficos fastidiosos. Meios Seletivos: a adição de certas substâncias químicas específicas a o ágar nutritivo previne o crescimento de um grupo de bactérias sem agir sobre outras. O cristal violeta, por exemplo, em uma dada concentração, impede o crescimento de bactérias gram-positivas, sem afetar o desenvolvimento das bactérias gram-negativas. Meios Diferenciais: a incorporação de certos reagentes ou substâncias químicas no meio pode resultar num tipo de crescimento ou modificação, após a inoculação e a incubação, que permite ao observador distinguir os tipos de bactérias. Por exemplo, inoculando-se uma mistura de bactérias num meio de ágar sangue, algumas das bactérias podem hemolisar (destruir) as células vermelhas e outras não. A zona clara ao redor da colônia é a evidência de ter ocorrido a hemólise. Assim, pode-se estabelecera distinção entre bactérias hemolíticas e não-hemolíticas, de acordo com o seu desenvolvimento. Extrato de carne Extrato aquoso de tecido muscular, concentrado sob a forma de pasta Contém as substâncias solúveis dos tecidos animais, incluindo carboidratos, compostos orgânicos de nitrogênio, vitaminas hidrossolúveis e sais Peptona Produto que resulta da digestão de materiais protéicos como carne, caseína e gelatina; a digestão protéica é realizada por meio de ácido sou de enzimas; existem muitas peptonas diferentes (dependendo da proteína usada e do método de digestão) para uso em meios bacteriológicos; as peptonas diferem em suas propriedades de promover o crescimento Principal fonte de nitrogênio orgânico; pode conter algumas vitaminas e, às vezes, carboidrato, dependendo do tipo de material protéico digerido Ágar Carboidrato
