Prof (a) Dra Luciana D. Carvalho

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1 Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Biológicas Departamento de Parasitologia, Microbiologia e Imunologia. Disciplina: MICROBIOLOGIA GERAL E APLICADA A ENFERMAGEM Prof (a) Dra Luciana D. Carvalho

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4 Bibliografia TRABULSI, L.R. Microbiologia, 5ª Ed., Atheneu, MURRAY, PATRICK R.; PFALLER, MICHAEL A.; ROSENTHAL, KEN S. Microbiologia Médica. 5 ed. Ed. Elsevier, TORTORA, G.J.; FUNKE, B.R. & CASE, C.L. Microbiologia, 6ª edição, Editora Artmed, Porto Alegre, SANTOS, ROMANOS & WIGG. Introdução à virologia humana, Ed.Guanabara-Koogan, JAWETZ, E.; MELNICK, J.L. & ADELBERG, E. Microbiologia Médica. 22ª Ed. McGraw-Hill Interamericana do Brasil, 2001.

5 Morfologia Bacteriana Luciana Debortoli de Carvalho

6 Bactérias BACTÉRIAS - células procariontes, constituindo os menores seres vivos e os mais simples estruturalmente, embora complexos e diversificados do ponto de vista bioquímico e metabólico - ADAPTAÇÃO Morfologia Bacteriana: As células bacterianas são caracterizadas morfologicamente pelo seu tamanho, forma e arranjo. Tamanho: 0,3 /0,8 m até 10/25 m. As espécies de interesse médico variam entre 0,5 a 1,0 m por 2 a 5 m.

7 Morfologia dos Procariotos Forma da célula: cocos bacilos vibriões espirilos Espiroquetas Formas de transição Arranjos Cocos agrupamentos de indivíduos após a divisão seguem um padrão uniforme auxiliam na identificação do gênero bacteriano Vibrião

8 Forma e arranjo: - Cocos (formas esféricas): grupo homogêneo em relação a tamanho, sendo células menores (0,8 a 1,0 m). Diplococos: cocos agrupados aos pares. Ex.: Neisseria (meningococo) Tétrades: agrupamentos de quatro cocos Sarcinas: agrupamento de oito cocos em forma cúbica. Ex.: Sarcina Estreptococos: cocos agrupados em cadeias. Ex.: Streptococcus Estafilococos: cocos em grupos irregulares, lembrando cachos de uvas. Ex.: Staphylococcus

9 Bacilos ou bastonetes: cilíndricos, forma de bastão, podendo ser longos ou delgados, pequenos e grossos, extremidade reta, afilada, convexa ou arredondada. Diplobacilos: bastonetes agrupados aos pares. Estreptobacilos: bastonetes agrupados em cadeias. Paliçada: bastonetes agrupados lado a lado como palitos de fósforos.

10 Formas helicoidais ou espiraladas: células de forma espiral. Espirilos: possuem corpo rígido e se movem às custas de flagelos externos, dando uma ou mais voltas espirais em torno do próprio eixo. Espiroquetas: são flexíveis e locomovem-se provavelmente às custas de contrações do citoplasma, podendo dar várias voltas completas em torno do próprio eixo. Ex.: Gênero Treponema

11 Além desses três tipos morfológicos, existem algumas formas de transição. Quando os bacilos são muito curtos, podem se assemelhar aos cocos, sendo então chamados de cocobacilos (Ex: Brucella melitensis). Quando as formas espiraladas são muito curtas, assumindo a forma de vírgula, eles são chamados de vibrião (Ex: V. cholerae). Formas de transição Vibrião Bacilos muito curtos: cocobacilos. Ex.: Prevotella Espirilos muito curtos, assumindo formas de vírgula: vibriões. Ex.: Vibrio cholerae

12 CITOLOGIA DA CÉLULA BACTERIANA

13 Características básicas dos procariontes: CITOLOGIA BACTERIANA Ausência de compartimentos dentro da célula - metabólitos dispersos no citoplasma; Ausência de núcleo verdadeiro - cromossomo bacteriano disperso no citoplasma A observação interna das estruturas celulares dá-nos uma idéia de como a bactéria funciona no ambiente. A figura a seguir representa as diversas estruturas bacterianas:

14 CITOLOGIA BACTERIANA Pili / Nogueira & Silva Filho (2010)

15 Fímbrias Estruturas Externas dos Procariotos Estruturas filamentosas mais curtas e delicadas que os flagelos, semelhantes a pêlos, que se originam da membrana plasmática, e são usados para fixação, e não para motilidade. São constituídas por uma proteína denominada pilina. Estão relacionadas com a aderência às superfícies mucosas (fímbrias comuns) => colonização. Pili F => relacionado com a transferência de material genético durante a conjugação bacteriana (fímbrias ou pili sexual codificadas pelo plasmídeo F).

16 Estruturas Externas dos Procariotos Cápsula e Camada Limosa (Glicocálix) * composição: glicoproteínas e/ou polissacarídeos * função: - adesão - proteção contra dessecamento e fagocitose

17 Estruturas Externas dos Procariotos Flagelos * apêndices longos (10-20 m) e finos (20 nm) * helicoidais * distribuídos em número variável * Composição de proteína: flagelina * Estrutura: - corpo basal (motor) - gancho - filamento Função: locomoção Monotríquio (polar) Lofotríquio Anfitríquio (polar) Peritríquio

18 Parede Celular Estruturas Internas dos Procariotos Estrutura rígida que recobre a membrana citoplasmática e dá forma às células, além de proteção, mantendo a pressão osmótica intrabacteriana e prevenindo expansão e eventual rompimento da célula. Composição: peptidioglicano (mucopeptídeo ou mureína) estrutura rígida da parede: N-acetilglicosamina (NAG) ácido N-acetilmurâmico (NAM) tetrapeptídeo (4 aminoácidos)

19 Parede Celular Devido as propriedades da parede celular, as bactérias podem ser divididas em dois grandes grupos: GRAM POSITIVAS e GRAM NEGATIVAS, de acordo com a sua resposta à coloração de GRAM. Gram positivas: 90% da parede formados de peptideoglicano (até 20 camadas) nm Gram negativas: 10 % de peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm

20 PAREDE DAS GRAM POSITIVAS Possuem maior quantidade de peptidioglicano, o que torna a parede dessas bactérias mais espessa e rígida. Composta por peptidioglicano e ácidos teicóicos (cadeias de polifosfato com resíduos de ribitol e glicerol) ou ácidos lipoteicócicos. Ácidos teicóicos Peptideoglicano Membrana citoplasmática Citoplasma Os ácidos teicóicos/lipoteicóicos estão ligados ao peptidioglicano APENAS nas bactérias Gram positivas, nunca nas Gram negativas.

21 PAREDE DAS GRAM NEGATIVAS Mais complexa - a quantidade de peptidioglicano é menor, e possui uma membrana externa envolvendo a fina camada de peptidioglicano, que se situa no espaço periplasmático. MEMBRANA EXTERNA: Serve como barreira seletiva que controla a passagem de algumas substâncias. Estrutura: bicamada assimétrica, contendo fosfolipídios, semelhante à MP. Internamente => camada de fosfolipídeos e lipoproteína, que está ancorada ao peptidioglicano. Externamente => camada impermeável de lipopolissacarídeo (LPS) molécula anfipática.

22 A membrana externa das bactérias Gram negativas contém porinas, que formam canais por onde penetram diversas substâncias. Lipopolissacarideo Membrana externa Espaço periplasmático lipoproteínas e Peptideoglicano Espaço periplasmático Membrana citoplasmática Citoplasma Maior rigidez à parede celular Seus componentes são tóxicos quando injetados em animais Participa do processo de nutrição formando canais de passagem

23 LPS 3 segmentos ligados covalentemente: lipídio A, cerne do polissacarídeo e antígenos O. A porção lipídica do LPS é também chamada de ENDOTOXINA. O LPS pode ser tóxico, causando febre, diarréia, destruição de hemácias e um choque potencialmente fatal.

24 A Coloração de Gram

25 Membrana Citoplasmática Estruturas Internas dos Procariotos Aproximadamente 10 nm e separa a parede celular do citoplasma. É constituída de fosfolipídeos e proteínas. Desempenha importante papel na permeabilidade seletiva da célula funciona como barreira osmótica. Difere da membrana citoplasmática dos eucariotos por: - não apresentar esteróis em sua composição; - ser sede de numerosas enzimas do metabolismo respiratório; - controlar a divisão bacteriana através do mesossomo.

26 3.2. Estruturas Internas dos Procariotos Inclusões Citoplasmáticas Reserva de energia e de blocos estruturais: * poli- -hidroxibutirato, amido e outros * polifosfatos (grânulos metacromáticos) * enxofre * magnetita (Fe 3 O 4 ) (bactérias magnéticas usam para orientação) Magnetobulus multicellularis (UFRJ)

27 Estruturas Internas dos Procariotos Área citoplasmática Ribossomos: ligados a uma molécula de mrna, são chamados de poliribossomos. Presentes em grande número nas células bacterianas. São menores ribossomos 70S Tipo de rrna em procariotos Número aproximado de nucleotídeos 16s s 5s s 23s s Localização da subunidade

28 Área nuclear Nucleóide: cromossomo bacteriano, constituído por uma única molécula dupla fita circular de DNA não delimitado por membrana nuclear e sem a presença de histonas. Contém as informações necessárias à sobrevivência da célula e é capaz de replicação. Plasmídeos: elementos extracromossomais, moléculas menores de DNA, também dupla fita, circulares, cujos genes não codificam características essenciais, mas podem conferir vantagens seletivas para as bactérias que os possuem (ex.: genes de resistência a antibióticos, metais tóxicos, produção de toxinas, etc). São capazes de auto-duplicação independente do cromossomo bacteriano, e podem existir várias cópias dentro da célula.

29 FISIOLOGIA BACTERIANA Os microrganismos necessitam de um ambiente propício com todos os constituintes físicos e químicos necessários para seu crescimento. As substâncias ou elementos retirados do ambiente são utilizadas como blocos para a construção da célula. NUTRIENTES Os nutrientes podem ser de vários tipos, dispostos em três categorias, de acordo com a sua concentração e importância na célula bacteriana: macronutrientes, micronutrientes e fatores de crescimento.

30 MACRONUTRIENTES Macronutrientes Carbono (Compostos orgânicos, CO 2 ) Oxigênio (O 2, H 2 O, comp. orgânicos) gramas Funções Nitrogênio (NH 4, NO 3, N 2, comp. org.) Hidrogênio (H 2, H 2 O, comp. Orgânicos) Constituintes de carboidratos, lipídeos, proteínas e ácidos nucléicos Fósforo (PO 4 ) Enxofre (SO 4, HS, S, comp. enxofre) Potássio (K + ) Cálcio (Ca 2+ ) mg Atividade enzimática Resistência ao calor do endosporo Magnésio (Mg 2+ ) Cofator de enzimas, complexos com ATP, estabiliza ribossomos e membranas Ferro (Fe 2+ /Fe 3+ ) Constituição de citocromos, cofator de enzimas, cofator de proteínas transportadores de elétrons

31 MICRONUTRIENTES

32 FATORES DE CRESCIMENTO São compostos que alguns tipos celulares necessitam em quantidades muito pequenas. Embora a maioria dos microrganismos seja capaz de sintetizá-los, alguns microrganismos necessitam que eles sejam adicionados ao meio de cultura. Estes compostos entram na composição das células ou de precursores dos constituintes celulares. Aminoácidos Purinas e pirimidinas Colesterol Heme Vitaminas

33 Vitaminas requeridas pelos microrganismos e suas funções

34 FONTES DE CARBONO E ENERGIA PARA O CRESCIMENTO BACTERIANO As bactérias, de acordo com a fonte de carbono e de energia que utilizam, podem ser classificadas em diferentes tipos nutricionais: CARBONO ENERGIA HETEROTRÓFICOS AUTOTRÓFICOS FOTOTRÓFICOS QUIMIOTRÓFICOS Microrganismos que utilizam carbono orgânico Microrganismos que utilizam carbono inorgânico (CO 2 ) Microrganismos que utilizam energia radiante (luz) Microrganismos que utilizam energia química (compostos químicos)

35 Principais tipos nutricionais dos microrganismos

36 Os microrganismos exibem os mais diversos mecanismos nutricionais. A nutrição ocorre predominantemente pela absorção, através da oxidação de substâncias com alto valor energético, preferencialmente os açúcares. PROCESSO DE NUTRIÇÃO EM PROCARIOTOS 1) Nutrição em Gram positivos => Estas bactérias sintetizam uma série de exoenzimas, as quais são liberadas no meio, clivando os nutrientes, que são captados por proteínas transportadoras. 2) Nutrição em Gram negativos => Devido à presença de uma membrana externa de caráter hidrofóbico (LPS), as bactérias Gram negativas apresentam um grande número de porinas associadas à camada lipopolissacarídica, e que permitem a passagem de moléculas hidrofílicas, de baixa massa molecular. => No espaço periplasmático dessas células, são encontrados proteases, fosfatases, lipases, nucleases e enzimas de degradacão de carboidratos.

37 FORMAS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA I Fermentação: processo no qual os compostos orgânicos são parcialmente degradados Lática: Alcoólica: Aceto-butírica: Acética: Propiônica: ácido lático etanol ácido butírico e acetona ácido acético (vinagre) ácido propiônico => Libera energia de açúcares (2 ATP) ou moléculas orgânicas; => Não requer oxigênio (mas pode ocorrer na presença deste); => Não requer o uso do ciclo de Krebs ou cadeia de transporte de elétrons; => Utiliza uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons

38 II - Respiração a) RESPIRAÇÃO AERÓBICA: processo onde os compostos orgânicos são completamente degradados, e o O 2 é o aceptor final dos elétrons.

39 b) RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA: processo no qual os compostos orgânicos são completamente degradados, e uma molécula diferente do O 2 é o aceptor final dos elétrons (SO 4, CO 3, NO 3, fumarato, etc) A quantidade de ATP gerada na respiração anaeróbica varia de acordo com o microrganismo e a via. Devido a somente uma parte do ciclo de Krebs funcionar sob condições anaeróbias, o rendimento de ATP nunca é tão alto quanto o da respiração aeróbica.

40 REQUERIMENTOS FÍSICOS E AMBIENTAIS PARA O CRESCIMENTO MICROBIANO Quando falamos em crescimento microbiano no referimos ao número e não ao tamanho das células. Os microrganismos em crescimento estão, na verdade, aumentando o seu número e se acumulando em colônias COLÔNIAS => grupos de células => visualização sem utilização de microscópio. CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA O CRESCIMENTO MICROBIANO Químicos Água Macronutreintes Micronutrientes Fatores de crescimento Físico-químicos (ambientais) Temperatura ph Pressão Osmótica O 2

41 Temperatura Cada tipo de bactéria apresenta uma temperatura ótima de crescimento. Acima do limite, ocorre desnaturação protéica e conseqüente morte celular. Temperaturas inferiores levam a uma desaceleração das atividades metabólicas.

42 ph A maioria das bactérias cresce melhor dentro de variações pequenas de ph, sempre perto da neutralidade, entre ph 6,5 e 7,5.

43 Pressão Osmótica A capacidade dos microrganismos se adaptar a pressões osmóticas chama-se OSMOADAPTAÇÃO. Os microrganismos são frequentemente encontrados em ambientes onde a concentração do soluto é igual o seu citoplasma (meio isotônico).

44 Halotolerantes: toleram altas concentrações de sais-10% NaCl Halofílicos: requerem altos níveis de NaCl (Vibrio cholerae).

45 Oxigênio O oxigênio pode ser inócuo, indispensável ou letal para as bactérias, o que permite classificá-las em: OXIBIÔNTICAS ANOXIBIÔNTICAS Aeróbios Aeróbios obrigatórios Microaerófilos Anaeróbios obrigatórios Extremamente sensíveis Aerotolerantes Anaeróbios facultativos

46 REPRODUÇÃO BACTERIANA As bactérias se multiplicam por DIVISÃO BINÁRIA SIMPLES, um processo devido à formação de septos na região do mesossomo, que se dirigem da superfície para o interior da célula, dividindo a bactéria em duas células filhas. A fissão é precedida pela duplicação do DNA, que se processa de modo semiconservativo, e cada célula filha recebe uma cópia do cromossomo da célula-mãe. O período da divisão celular depende do tempo de geração de cada bactéria Tempo de geração: tempo necessário para um célula se dividir em duas

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48 CURVA DE CRESCIMENTO BACTERIANO Quando uma bactéria é semeada em um meio apropriado, nas condições apropriadas, o seu crescimento segue uma curva definida e característica: A Fase LAG: pouca divisão celular, os microrganismos estão se adaptando ao meio em que estão crescendo. As células aumentam de volume, mas não se dividem. B Fase exponencial (log): crescimento exponencial, divisões celulares sucessivas, grande atividade metabólica. C Fase estacionária: decréscimo na taxa de divisão celular, onde a velocidade de crescimento = velocidade de morte D Fase de declínio ou morte: condições impróprias para o crescimento, meio deficiente em nutrientes e rico em toxinas, onde as células mortas excedem o número de células vivas