CARACTERIZAÇÃO DAS BACTÉRIAS CAUSADORAS DE DOENÇAS HUMANAS

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1 2.1 Introdução 2.2 Morfologia bacteriana 2.3 Estrutura Bacteriana Estrutura Externa Estrutura Interna CARACTERIZAÇÃO DAS BACTÉRIAS CAUSADORAS DE DOENÇAS HUMANAS Área Citoplasmática Área nuclear Esporos 2.4 Tipos de bactérias de acordo com suas exigências nutritivas 2.5 Cultivo das Bactérias 2.6 Reprodução e Crescimento Reprodução Crescimento 2.7. Principais Bactérias causadoras de doenças humanas Flora bacteriana normal 2.8 Mecanismos de transmissão 2.9 Respostas imunológicas contra infecção 2.10 Conclusão Referências 2 Ana Paula Morais Fernandes Susana Segura Muñoz Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas Licenciatura em Ciências USP/ Univesp

2 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 19 Objetivos da Aula: Caracterizar as principais bactérias causadoras de doenças humanas, abordando aspectos básicos como morfologia, estruturas celulares, nutrição, crescimento, modo de transmissão e respostas imunológicas contra infecção. 2.1 Introdução Como você viu na aula anterior, as melhorias sanitárias e ambientais, o desenvolvimento de novas tecnologias, como as vacinas e os antibióticos, a ampliação do acesso aos serviços de saúde e as medidas de controle fizeram com que a mortalidade por doenças infecciosas se modificasse bastante. Entretanto, as doenças infecciosas ainda se constituem em um dos principais problemas de saúde pública no mundo. Doenças antigas ressurgem com outras características e doenças novas se disseminam com uma velocidade impensável há algumas décadas. Para melhor entender as doenças infecciosas humanas, causadas por bactérias, devemos estudar alguns aspectos básicos das bactérias. Este texto aborda algumas dessas características fundamentais das bactérias, tais como morfologia, estruturas externa e interna, necessidades nutritiva e física para o seu crescimento e reprodução, e, finalmente, uma descrição das principais bactérias de interesse médico, abordando a flora bacteriana normal, tipos de infecção, mecanismos de transmissão e as respostas imunológicas contra infecção. Figura 2.1: Representação artística da diversidade bacteriana incluindo o tamanho, forma e configuração dos organismos. Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

3 20 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo Morfologia bacteriana Aspectos microscópicos, incluindo o tamanho, forma e configuração dos organismos são as formas iniciais de diferenciação bacteriana. Dessa maneira, as características principais das células bacterianas estão relacionadas com suas dimensões, forma, estrutura e arranjo. Esses elementos constituem a morfologia da célula (Figura 2.2). Embora existam milhares de espécies bacterianas diferentes, os organismos isolados apresentam uma das três formas gerais: elipsoidal ou esférica cilíndrica ou em bastonete espiralada 1. As células bacterianas esféricas ou elipsoidais são chamadas de cocos e podem apresentar denominações diferentes de acordo com o seu arranjo, vistos na Figura 2.2. Diplococos: cocos agrupados aos pares, Ex.: Neisseria meningitidis, também conhecido como meningococo, que causa a meningite meningocócica. Tétrades: agrupamentos de quatro cocos. Sarcina: agrupamentos de oito cocos em forma cúbica. Estreptococos: cocos agrupados em cadeias, Ex.: Streptococcus pneumoniae, também conhecido como pneumococo, que causa a pneumonia. Estafilococos: cocos em grupos irregulares, lembrando cachos de uva, Ex.: Staphylococcus aureus, que pode causar impetigo, furúnculo e até endocardite. 2. As células bacterianas cilíndricas ou em bastonetes, também chamadas de bacilos, comumente se apresentam isoladas, e ocasionalmente ocorrem aos pares ou em cadeias (Figura 2.1). Diplobacilo: bastonetes agrupados aos pares. Estreptobacilos: bastonetes agrupados em cadeias. Paliçada: bastonetes alinhados lado a lado como palitos de fósforo, Ex.: Corynebacterium diphtheriae, bacilo da difteria. Tricomas: similares a cadeias de bastonetes, mas com uma área de contato muito maior entre as células adjacentes. 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

4 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 21 Note! Quando os bacilos são muito curtos e podem se assemelhar aos cocos são chamados de cocobacilos. 3. As bactérias espiraladas (singular = spirillum; plural = spirilla) ocorrem, predominantemente, como células isoladas. As células individuais de espécies diferentes podem apresentar diferenças no comprimento, número e amplitude das espirais e também na rigidez das paredes (Figura 2.2). Tais células se dividem em: Espirilos: possuem corpo rígido e movem-se por meio de flagelos externos, dando uma ou mais voltas espirais em torno do próprio eixo. Espiroquetas: são flexíveis e locomovem-se devido a contrações do citoplasma, podendo dar várias voltas completas em torno do próprio eixo. Ex.: Treponema pallidum, agente causador da sífilis. Figura 2.2: Arranjos característicos dos cocos, bacilos e outras formas. Note! Quando as formas espiraladas são muito curtas, assumindo a forma de vírgula, são chamadas de vibrião, Ex.: Vibrio cholerae. Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

5 22 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo Estrutura Bacteriana Estrutura Externa A célula bacteriana apresenta diversas estruturas externas: Parede Celular A parede celular bacteriana é uma estrutura rígida, fica abaixo do glicocálice, recobre a membrana citoplasmática e confere forma às bactérias. Ela é constituída por ácido diaminopimérico (DPA), ácido murâmico e ácido teicoico além de aminoácidos, carboidratos e lipídeos. Todos esses compostos estão reunidos para formar substâncias poliméricas complexas que por sua vez estruturam a parede celular. Uma macromolécula complexa denominada peptideoglicana (também chamada de mucopeptídeo ou mureína) forma a estrutura rígida da parede. Além disso, a parede celular protege a célula, mantém a pressão osmótica intracelular, impedindo o rompimento da célula devido à entrada de água, e funciona como suporte de antígenos bacterianos. Devido às diferenças na composição e estrutura da parede celular, e aos diferentes métodos de coloração (Gram e Ziehl Neelsen), podemos classificar as bactérias em Gram-positivas, Gram-negativas, e em Bacilos Álcool Ácido Resistentes (BAAR): Gram-positivas: possuem uma quantidade maior de peptideoglicano em sua parede celular, o que torna a parede dessas bactérias mais espessa e rígida do que a das bactérias Gram-negativas. A parede de bactérias Gram-positivas é composta por proteínas, lipídios, peptideoglicano e ácidos lipoteicoicos. Sua parede constitui o local de ação de alguns antibióticos além de apresentar elementos básicos para identificação sorológica. Em virtude dessa composição rica em peptidioglicanos, durante o processo de coloração, as bactérias Gram-positivas retém o corante cristal violeta, corando-se de ROXO (Figura 2.3). Gram-negativas: a parede celular dessas bactérias é menos espessa e elas são mais complexas do que as Gram-positivas por apresentarem uma membrana externa que cobre a fina camada de peptideoglicano. A membrana externa é o que distingue as bactérias Gram-negativas, servindo como uma barreira seletiva para a entrada e saída de algumas substâncias da célula e podendo ainda causar efeitos tóxicos sérios em pessoas infectadas. A estrutura da membrana externa é composta por fosfolipídios, lipoproteínas e 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

6 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 23 lipopolissacarídeos (LPS). Os lipopolissacarídeos estão localizados exclusivamente na camada externa da membrana, enquanto os fosfolipídeos estão presentes quase completamente na camada interna. Os LPSs são compostos por três segmentos ligados covalentemente: 1. Lipídeo A, firmemente embebido na membrana; 2. Cerne do polisssacarídeo, localizado na superfície da membrana; e 3. Antígenos O, que são polissacarídeos que se estendem como pili a partir da superfície da membrana em direção ao meio circundante (Figura 2.3). A porção lipídica do LPS é também conhecida como endotoxina e pode atuar como um veneno, causando febre, diarreia, a destruição das células vermelhas do sangue e o choque séptico, potencialmente fatal. Por ser fina a camada de peptideoglicano, essas bactérias não retêm o corante Cristal Violeta, sendo coradas pelo corante de contraste e adquirindo uma coloração VERMELHO-ROSA (Figura 2.3). Bacilos Álcool Ácido Resistentes (BAAR): Certas bactérias, entre as quais as micobactérias, pertencentes ao gênero Micobacterium sp., por terem uma parede mais complexa com uma grande quantidade de lipídios, não são facilmente coradas pelos métodos tradicionais, como o de Gram. O método utilizado é o Ziehl Neelsen, segundo o qual, quando tratadas pelo corante fucsina fenicada a quente, as bactérias resistem ao descoramento por uma solução de álcool-ácido e, por esse motivo, são chamadas de BAAR. As outras bactérias não resistem ao descoramento e tomam a coloração do azul de metileno, usado como contraste (Figura 2.3). Figura 2.3: Parede celular de bactérias Gram-negativas, Gram-positivas e micobactérias (BAAR). Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

7 24 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 Flagelos São estruturas propulsoras semelhantes a cordas e responsáveis pela locomoção, constituídas por subunidades proteicas denominadas flagelina, formando longos filamentos delgados e ondulados de 3-12 µm, que partem do corpo da bactéria e se estendem externamente. As bactérias recebem denominações especiais de acordo com a distribuição dos flagelos (Figura 2.4): Atríquias - sem flagelo; Monotríquias - um flagelo em uma das extremidades; Anfitríquias - um flagelo em cada extremidade; Lofotríquias - tufo de flagelos em uma ou ambas as extremidades; Peritríquias - cercadas de flagelos. Figura 2.4: Representação esquemática das diferentes distribuições de flagelos. Pili ou fímbrias Também podem ser chamadas de pelo, são organelas filamentosas mais curtas e delicadas que os flagelos, constituídas por subunidades de proteínas chamadas pilina e presentes em muitas bactérias (especialmente as Gram-negativas). São encontradas tanto nas espécies móveis como nas imóveis, não tendo, portanto, função na mobilidade celular. Sua função parece estar relacionada com a troca de material genético durante a conjugação bacteriana (fímbria sexual), e também com a aderência às superfícies mucosas. As fímbrias podem ser removidas sem comprometimento da viabilidade celular e se regeneram rapidamente (Figura 2.5). Figura 2.5: Principais estruturas externa e interna da célula bacteriana. Cápsula ou glicocálice Muitas bactérias apresentam, externamente à parede celular, uma camada viscosa denominada cápsula, que constitui uma forma de proteção da bactéria contra as condições externas desfavoráveis. Geralmente, as cápsulas são de natureza polissacarídea (homopolissacarídeas 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

8 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo composta por um único tipo de açúcar ou heteropolissacarídeas - composta por diferentes açúcares), embora também possam ser constituídas por polipeptídeos. A cápsula está relacionada com a virulência da bactéria, pois confere resistência à fagocitose, de modo que, em uma mesma espécie, as amostras capsuladas são mais virulentas que as não capsuladas (Figura 2.5). Membrana Citoplasmática A membrana citoplasmática tem espessura de aproximadamente 10 nm e separa a parede celular do citoplasma (Figura 2.5). É constituída principalmente de lipídeos e proteínas, desempenha importante papel na permeabilidade seletiva da célula (funciona como uma barreira osmótica). Ela difere da membrana citoplasmática das células eucarióticas por: não apresentar esteroides em sua composição; apresentar numerosas enzimas do metabolismo respiratório; controlar a divisão bacteriana através dos mesossomos. Mesossomos Os mesossomos são invaginações da membrana citoplasmática, que podem ser simples dobras ou estruturas tubulares ou vesiculares. Eles podem colocar-se próximos à membrana citoplasmática ou afundar-se no citoplasma. Os mesossomos profundos e centrais parecem estar ligados ao material nuclear da célula, estando envolvidos na replicação de DNA e na divisão celular. Os mesossomos periféricos penetram muito pouco no citoplasma, não são restritos à localização central da bactéria e não estão associados com o material nuclear. Parecem estar envolvidos na secreção de certas enzimas, tais como as penicilinases, que destroem a penicilina (Figura 2.6) Estrutura Interna Assim como as estruturas externas vistas acima, a célula bacteriana também apresenta diversas estruturas internas (Figura 2.6): Área Citoplasmática Citoplasma: o citoplasma é composto por 80% de água, ácidos nucleicos, proteínas, carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos, compostos de baixo peso molecular e partículas com várias funções, sendo o local onde ocorrem muitas reações químicas. Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

9 26 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 Ribossomos: estão presentes em grande número nas células bacterianas, conferindo ao citoplasma aparência granular quando observado ao microscópio eletrônico. O conjunto de diversos ribossomos, que durante a síntese proteica está ligado a uma molécula de RNAm, recebe o nome de polissomo. Grânulos de reserva: embora as células bacterianas não apresentem vacúolos, elas podem acumular substâncias sob a forma de grânulos de reserva, constituídos de polímeros insolúveis. São comuns polímeros de glicose, fosfato inorgânico e lipídeos Área nuclear Nucleoide: as bactérias apresentam um cromossomo circular constituído por uma única molécula de DNA não delimitado por membrana nuclear. O cromossomo bacteriano contém todas as informações necessárias à sobrevivência da célula e é capaz de autoduplicação. Plasmídeo: algumas bactérias possuem moléculas menores de DNA, também circulares, cujos genes não codificam características essenciais, porém muitas vezes conferem vantagens seletivas à bactéria que as possui. Essas moléculas chamadas plasmídeos são capazes de autoduplicação independentemente da replicação do cromossomo, e podem existir em número variável no citoplasma bacteriano. Figura 2.6: Estruturas bacterianas internas Esporos Os esporos que se formam dentro da célula, chamados endosporos, são exclusivos das bactérias (principalmente as pertencentes ao gênero Bacillus e Clostridium). Eles têm parede celular espessa, são altamente resistentes a agentes físicos (dessecação e aquecimento) e químicos adversos (antissépticos) devido à sua Figura 2.7: Estrutura de um espero bacteriano. 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

10 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 27 parede ou capa impermeável composta por ácido dipicolínico. Os esporos têm pouca atividade metabólica, podendo permanecer latente por longos períodos, representando uma forma de sobrevivência e não de reprodução. 2.4 Tipos de bactérias de acordo com suas exigências nutritivas As bactérias podem ser divididas em grupos com base em suas exigências nutritivas. A principal separação corresponde aos grupos fototróficas (utilizam a energia radiante como fonte de energia) e quimiotróficas (incapazes de utilizar a energia radiante; dependem da oxidação de compostos químicos para a obtenção de energia). Para saber mais... As bactérias também podem ser classificadas da seguinte maneira, de acordo com a fonte de energia utilizada: Entre as fototróficas, existem bactérias que utilizam o CO 2 como principal fonte de carbono: são as fotolitotróficas. Outras exigem um composto orgânico (alcoóis, ácidos graxos, aminoácidos) e são denominadas fotorganotróficas. Entre as quimiotróficas, as bactérias que utilizam o CO 2 como fonte de carbono e oxidam compostos inorgânicos (p.ex., nitritos) ou elementos químicos (p.ex., enxofre) para obtenção da fonte de energia, são chamadas quimiolitotróficas. As que utilizam compostos orgânicos para obter energia são chamadas quimiorganotróficas. E, ainda, as bactérias fotolitotróficas e quimiolitotróficas são conhecidas comumente, como autotróficas, ao passo que as espécies fotorganotróficas e quimiorganotróficas são 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 indica que ele tem uma grande capacidade de síntese. As bactérias heterotróficas foram estudadas mais profundamente porque neste grupo se encontram todas as bactérias patogênicas para o homem. As bactérias heterotróficas variam, consideravelmente, quanto aos nutrientes específicos exigidos para o crescimento. As heterotróficas podem ser: Consumidoras, alimentando-se de outros organismos vivos; Saprófitas, que se alimentam de matéria orgânica morta; Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

11 28 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 Simbiontes, que mantêm uma relação estreita com um organismo de espécie diferente. As simbiontes podem ser comensais, que nem ajudam nem prejudicam seu hospedeiro, ou podem ser parasitas, que causam dano ao hospedeiro (caso das bactérias patogênicas). Além da classificação nos níveis tróficos, as bactérias heterótrofas também podem ser classificadas de acordo com as relações que estabelecem com outros organismos: Simbiontes, que mantêm uma relação estreita e obrigatória com um outro organismo, sendo benéfica para ambos. Sem a existência dessa relação, nem a bactéria simbionte nem o outro organismo envolvido podem sobreviver em determinado ambiente. Comensais, que se beneficiam ao se associar com um hospedeiro, sem prejudicá-lo nem favorece-lo. Esta relação ecológica é facultativa para ambos organismos envolvidos. Parasitas, que se beneficiam ao se associar com um hospedeiro, consumindo parte de seus recursos e causando-lhe prejuízo. Esta relação ecológica é obrigatória para o parasita, ou seja, sem o hospedeiro o parasita não consegue sobreviver e se reproduzir. As bactérias causadoras de doenças são parasitas. Figura 2.8: Exemplos de diferentes grupos de bacterias fototróficas e quimiotróficas. 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

12 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo Cultivo das Bactérias O cultivo dos microrganismos depende das exigências nutritivas e das condições físicas requeridas para o crescimento bacteriano. Para o cultivo rotineiro de microrganismos heterotróficos, utilizam-se certas matérias-primas complexas, tais como as peptonas, os extratos de carne e de levedura, resultando um meio que promove o desenvolvimento de grande variedade de bactérias. 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, respectivamente, e relativamente simples, indicados para a cultura de microrganismos heterotróficos comuns como, por exemplo, as bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. Nem todos os microrganismos se desenvolvem bem nesses 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 como, por exemplo, o Legionella sp. Os meios de cultura, de acordo com a sua aplicação ou função, podem ser classificados em: Meios Enriquecidos: a adição de sangue, soro ou extratos de tecidos animais ou vegetais ao caldo ou ágar proporciona nutrientes acessórios, de modo que o meio possa permitir o crescimento de heterotróficos fastidiosos. Meios Seletivos: a adição de certas substâncias químicas específicas ao ágar 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 ao meio pode resultar num tipo de crescimento ou modificação, 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 estabelecer a distinção entre bactérias hemolíticas e não hemolíticas, de acordo com o seu desenvolvimento. Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

13 30 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 Condições físicas necessárias ao crescimento bacteriano Assim como as bactérias variam com relação às exigências nutritivas, também demonstram respostas diversas às condições físicas do ambiente: Temperatura O crescimento bacteriano pode ter seu ritmo e quantidade determinados pela temperatura, uma vez que esta influencia as reações químicas do processo de crescimento. Cada espécie de bactéria cresce em temperaturas situadas em faixas específicas e são classificadas nos seguintes grupos: Bactérias psicrófilas: são capazes de crescer a 0 C ou menos, embora seu ótimo seja entre 15 C ou 20 C; Bactérias mesófilas: crescem melhor numa faixa de 25 ºC a 40 C; Bactérias termófilas: crescem melhor a temperaturas de 45 ºC a 60 C. Exigências atmosféricas Os principais gases que afetam o crescimento bacteriano são o oxigênio (O 2 ) e o dióxido de carbono (CO 2 ). Como as bactérias apresentam grande variedade de resposta ao oxigênio, elas são divididas em: Bactérias aeróbias: crescem na presença de oxigênio livre; Bactérias anaeróbias: crescem na ausência de oxigênio livre; Bactérias anaeróbias facultativas: crescem tanto na presença como na ausência do oxigênio livre; Bactérias microaerófilas: crescem na presença de quantidades pequenas de oxigênio livre. Acidez e alcalinidade (ph) Para a maioria das bactérias, o ph ótimo de crescimento localiza-se entre 6,5 e 7,5. Embora poucos microrganismos possam desenvolver-se nos limites extremos de ph, as variações mínimas e máximas, para a maior parte das espécies, estão entre ph 4 e ph 9. 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

14 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo Reprodução e Crescimento O termo crescimento, tal como é comumente aplicado às bactérias e a outros microrganismos, refere-se, usualmente, às alterações ocorridas na cultura das células e não às alterações de um organismo isolado Reprodução As bactérias geralmente se reproduzem assexuadamente por fissão binária transversa, quando ocorre a replicação do cromossomo bacteriano e a célula desenvolve uma parede celular transversa, dividindo-se então em duas novas células. Após a replicação do cromossomo, a parede transversa forma uma invaginação da membrana plasmática e da parede celular. A fissão binária não é o único método reprodutivo entre as bactérias. As espécies do gênero Streptomyces produzem muitos esporos reprodutivos por organismo, cada esporo dando origem a um novo indivíduo. Bactérias do gênero Nocardia produzem extenso crescimento filamentoso, seguido pela fragmentação dos filamentos em pequenas células bacilares ou cocoides. Espécies do gênero Hyphomicrobium podem reproduzir-se por brotamento: desenvolve-se um broto a partir da célula-mãe e, depois de um período de aumento de tamanho, o broto se separa da célula original, formando um novo indivíduo. Embora não ocorra uma reprodução sexuada complexa, algumas vezes, as bactérias realizam troca de material genético. Tal recombinação genética pode ocorrer por transformação, conjugação ou transdução. Na transformação, a célula bacteriana pega fragmentos de DNA perdidos por outra bactéria que se rompeu. Esse mecanismo tem sido usado experimentalmente para mostrar que os genes podem ser transferidos de uma bactéria para outra. Na conjugação, duas células bacterianas geneticamente diferentes trocam DNA diretamente. Para que uma linhagem bacteriana seja doadora, ela deve conter um plasmídeo conjugativo (DNA extracromossômico), que foi chamado de fator F (também chamado de plasmídeo F). A célula F+, durante o contato com um célula F, transfere para esta última uma cópia do plasmídeo F, tornando-a F+. Após a descoberta do fator F, outros plasmídeos conjugativos Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

15 32 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 foram descritos, como os plasmídeos ou fatores R. Esses plasmídeos têm esse nome genérico por conterem marcadores de resistência a drogas antibacterianas. Na transdução, genes bacterianos são carregados de uma bactéria para outra, dentro de um bacteriófago (vírus bacteriano). Quando o bacteriófago entra numa célula bacteriana, o DNA do vírus mistura-se com uma parte do DNA bacteriano, de modo que o vírus agora carrega esta parte do DNA. Se o vírus infecta uma segunda bactéria, o DNA da primeira bactéria pode misturar-se com o DNA da segunda bactéria. Esta nova informação genética é então replicada a cada nova divisão (Figura 2.9) Crescimento Figura 2.9: Recombinação genética na transformação, conjugação ou transdução. Como já foi mencionado, o processo de reprodução entre as bactérias é a fissão binária: uma célula se divide formando duas células. Assim, partindo de uma única bactéria, o aumento populacional se faz em progressão geométrica. O tempo necessário para que uma célula se divida - ou para que a população duplique - é conhecido como tempo de geração, que não é o mesmo para todas as bactérias. Para algumas, como a Escherichia coli, pode ser de 15 a 20 minutos, para outras pode ser de muitas horas. O tempo de geração está na forte dependência dos nutrientes existentes no meio e das condições físicas do ambiente. 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

16 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 33 Figura 2.10: Processo da bipartição bacteriana. 2.7 Principais Bactérias causadoras de doenças humanas Nem todas as bactérias causam doenças. Os microrganismos estão em todos os lugares: no solo, na água doce e na água do mar e no ar. Diariamente, comemos, bebemos e respiramos esses microrganismos. Entretanto, raramente os microrganismos invadem, se multiplicam e produzem infecção em seres humanos. E mesmo quando eles o fazem, a infecção é algumas vezes tão discreta que não produz sintomas. Na realidade, uma quantidade relativamente pequena de microrganismos é capaz de causar doença. Um indivíduo saudável convive harmoniosamente com a flora microbiana normal, que se estabelece (coloniza) em determinados locais do corpo. Muitos deles vivem normalmente na pele, na boca, nas vias respiratórias, no intestino e nos órgãos genitais. A flora microbiana normal que geralmente ocupa um local é denominada flora residente. Ao invés de causar doença, a flora residente geralmente protege o corpo contra os microrganismos causadores de doença, chamados patogênicos. Quando alterada, a flora residente rapidamente se recupera. Os microrganismos que colonizam o hospedeiro durante algumas horas ou semanas, mas não de forma permanente, são denominados flora temporária. Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

17 34 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo Flora bacteriana normal A flora normal pode defender o hospedeiro contra possíveis patógenos por vários meios, através da competição pelos nutrientes disponíveis ou da formação de produtos metabólicos. Esse fenômeno, em que as bactérias previnem o crescimento excessivo de microrganismos nocivos, é chamado de antagonismo microbiano. O antagonismo microbiano pode ser verificado em várias partes do corpo, como na pele, na boca, no intestino e nos genitais. O uso prolongado de certos antibióticos pode eliminar muitos microrganismos intestinais normais e permitir o desenvolvimento de outros resistentes a antibióticos. Isso, por sua vez, pode provocar distúrbios gastrointestinais, como diarreia e constipação. Quando a flora residente é perturbada, microrganismos transitórios podem colonizar, proliferar e dar origem às doenças. Função da flora residente: 1. Constituir um mecanismo de defesa, ocupando um nicho ecológico, dificultando a implantação e multiplicação de bactérias patogênicas (antagonismo bacteriano ou interferência bacteriana) nas mucosas e pele. 2. Função nutricional: os membros da flora do trato intestinal sintetizam vitaminas B e K e auxiliam na absorção de nutrientes. Entretanto, as bactérias da flora residente podem causar doenças quando estiverem fora de sua posição anatômica normal. A Escherichia coli é um importante componente da nossa microbiota intestinal; no entanto, fora do intestino, pode causar importantes e graves infecções, principalmente nas vias urinárias. 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

18 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 35 Saiba mais! Locais sem flora normal (estéreis): corrente circulatória; sistema nervoso central; sistema respiratório inferior (bronquíolos e alvéolos); bexiga; rim; fígado; baço. Locais com flora normal e suas bactérias: Pele: Staphylococcus epidermidis; Nariz: Staphylococcus aureus; Boca: Streptococcus pyogenes, Neisseria meningitidis; Faringe: Corynebacterium diphtheriae; Laringe: Haemophilus influenzae; Garganta: Streptococcus viridans; Vagina: Lactobacillus, E coli, Gardnerella vaginalis, Streptococcus; Cólon: E coli, Pseudomonas aeruginosa, Clostridium sp. Quando as bactérias da flora normal invadem os locais no organismo estéreis, isto é, em que não exista a flora normal, elas podem se tornar patogênicas e causar doenças; é o que chamamos de infecção endógena. O termo infecção significa a colonização de um organismo hospedeiro por um agente infeccioso como, por exemplo, a bactéria. Assim, infecção é a simples colonização; quando esta agride o organismo é caracterizada como doença infecciosa. Atenção! Infecção é a penetração, multiplicação e/ou desenvolvimento de um agente infeccioso em determinado hospedeiro. Doença infecciosa são as consequências das lesões causadas pelo microrganismo e pela resposta imunológica do hospedeiro, manifestada por sintomas e sinais, e por alterações fisiológicas, bioquímicas e histopatológicas. As doenças infecciosas e parasitárias podem ser causadas pelos seguintes mecanismos: 1. Invasão e destruição dos tecidos por ação mecânica, por reação inflamatória ou por ação de substâncias líticas (como lisinas); Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

19 36 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 2. Ação de toxinas específicas, elaboradas pelos microrganismos infectantes, capazes de causar danos locais e/ou à distância nas células dos hospedeiros; 3. Indução de reação de hipersensibilidade com resposta imune do hospedeiro, capaz de produzir lesões em suas próprias células e tecidos. Saiba mais! As infecções podem ser classificadas de diversas maneiras, conforme a sua característica: Infecção endógena - infecção devido a um microrganismo já existente no organismo e, que ao invadir locais estéreis, se torna patogênico; Infecção exógena - infecção provocada por microrganismos provenientes do meio externo; Infecção nosocomial ou hospitalar - infecção adquirida em meio hospitalar; Infecção comunitária - infecção já presente ou em período de incubação antes de entrar no hospital; Infecção oportunista ou oportunística - infecção em pessoas imunodeprimidas, que surge por redução nas defesas do sistema imunológico; Infecção puerperal - infecção surgida na mulher debilitada e com defesas diminuídas, logo após o parto; Infecção secundária - infecção consecutiva a uma outra e provocada pelo microrganismo da mesma espécie ou diferente; Infecção mista - são dois ou mais microrganismos distintos no organismo, causando diversos sintomas e sinais; Infecção inaparente ou latente - infecção que cursa na ausência de sintomas e sinais evidentes; Infecção focal - infecção limitada a uma determinada região do organismo; Infecção generalizada, séptica ou septicemia - infecção muito grave em que se verifica a disseminação generalizada dos agentes infecciosos por todo o organismo. 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

20 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo Mecanismos de transmissão A transmissão de microrganismos significa levar ou fazer passar microrganismos de um indivíduo a outro. Existem várias formas de transmissão de microrganismos: Transmissão direta A transmissão direta é a transferência do agente infeccioso de um hospedeiro ou reservatório para outro indivíduo diretamente. Ela pode ser pelo contato direto através do toque, beijo, relação sexual ou pela disseminação de gotículas ao tossir ou espirrar. A transfusão de sangue e a infecção transplacentária da mãe para o feto são outras importantes formas de transmissão direta. Figura 2.11: Exemplo de transmissão direta através de gotículas. Transmissão indireta A transmissão indireta pode ocorrer através de veículos ou vetores. Este tipo de transmissão auxilia um agente infeccioso a ser transportado e introduzido em um hospedeiro suscetível. São veículos: a água, o leite, outros alimentos e objetos contaminados. Entre os objetos, podemos citar: peças de vestuário, roupas de cama, utensílios de cozinha, instrumentos cirúrgicos, fômites (objetos de uso do indivíduo), partículas de solo, poeira, ar, e produtos biológicos como sangue para transfusão, soro e plasma. Exemplos de principais veículos de Doenças Transmissíveis: Fômites: infecções hospitalares. Ex.. Staphylococcus sp.; Água utilizada como bebida: diarreias. Ex.: E coli; Ar: tuberculose. Ex.: Mycobacterium tuberculosis; Sangue para transfusão: sífilis. Ex.: Treponema pallidum. Figura 2.12: Exemplo de transmissão indireta por objetos contaminados. Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

21 38 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 A transmissão por vetores ocorre quando o agente infeccioso é carregado por um inseto ou animal contaminado (o vetor) para um hospedeiro suscetível. Ex.: o agente da peste bubônica Yersinia pestis é levado à circulação do novo hospedeiro por picada de pulgas. 2.9 Respostas imunológicas contra infecção Para evitar que ocorra a transmissão e infecção de agentes microbianos, o corpo humano possui um sistema de defesa chamado sistema imunológico. O sistema imunológico é constituído por vários órgãos, tecidos, vasos, células e moléculas, que trabalham como um sistema defensivo integrado com o objetivo de eliminar o agente infeccioso e proporcionar imunidade protetora persistente. Diariamente, estamos em contato com diversos microrganismos, mas a doença infecciosa perceptível ocorre apenas ocasionalmente, pois tais agentes são destruídos imediatamente ou em poucas horas (4h) pelos mecanismos da Resposta Imune Inata. Quando um agente infeccioso escapa dos mecanismos iniciais de defesa, a Resposta Imune Adaptativa se desenvolverá gerando respostas específicas e de memória, prevenindo subsequentes infecções. Os mecanismos de defesa da Resposta Imune Inata são: Barreiras Físicas: Pele, mucosa, fluxo de líquidos como jato de urina, esfíncteres, movimentos ciliares e muco; Barreiras Químicas: Enzimas (lisozima, pepsina), ph ácido do estômago e substâncias microbicidas (defensinas) presentes na lágrima, suco gástrico, suor e saliva; Barreiras microbiológicas: a flora endógena compete por espaço e nutrientes; Fagócitos: células do sistema imune, que fagocitam e eliminam os agentes microbianos; Células NK: são células imunológicas que matam células infectadas por vírus; Sistema Complemento, via alternativa: matam bactérias extracelulares. Quando essas barreiras iniciais de defesa não eliminam completamente o agente infeccioso invasor, há o surgimento dos mecanismos de Respostas Imunes Não Adaptativas contra infecção, que pode durar de dois a três dias, com a produção de mediadores pró-inflamatórios, que recrutam células fagocíticas e linfócitos para o local de infecção. Esses mediadores promovem a resposta inflamatória, com ativação vascular local e vasodilatação, exsudação de proteínas e recrutamento de vários tipos celulares (neutrófilos), que causam o edema no local da infecção, e também promovem a febre. 2 Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas

22 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 39 Após esses mecanismos iniciais de resposta, e quando um patógeno ainda não foi eliminado, a Resposta Imune Adaptativa é desencadeada e se torna efetiva após vários dias (7-10 dias), tempo necessário para a proliferação de células específicas e a produção de anticorpos. A principal característica desse tipo de resposta é a especificidade no reconhecimento de agentes infecciosos e a memória imunológica, que capacita o organismo a se tornar resistente a invasões subsequentes pelo mesmo agente. Essa característica de memória imunológica é utilizada para a vacinação. A vacinação é realizada para a obtenção de proteção duradoura contra doenças infecciosas epidemiologicamente importantes como sarampo, tétano, poliomielite etc. Ocorre através da inoculação de microrganismos vivos ou mortos e/ou de seus fragmentos em diversas vias: oral ou parenteral. O principal objetivo é produzir a memória imunológica, ou seja, proteção duradoura contra infecção dos microrganismos Conclusão Nesta aula, você estudou algumas características importantes das bactérias que causam doenças humanas. O texto abordou aspectos fundamentais de bactérias, como morfologia, estruturas externa e interna, necessidades nutritiva e física para seu crescimento e reprodução, a flora bacteriana normal, tipos de infecção, mecanismos de transmissão e as respostas imunológicas. Este conhecimento é importante para melhor entender a próxima aula, que tem como foco as doenças infecciosas humanas, causadas por bactérias. Agora é a sua vez... Acesse o Ambiente Virtual de Aprendizagem e realize a(s) atividade(s) proposta(s). Principais doenças infecciosas e parasitárias e seus condicionantes em populações humanas

23 40 Licenciatura em Ciências USP/Univesp Módulo 5 Referências Abbas, A. K. & Lichtman, A. H. Imunologia celular e molecular. 6. ed. Elsevier: Rio de Janeiro, Ministério da Saúde - Secretaria de Vigilância em Saúde Departamento de Vigilância Epidemiológica. Doenças Infecciosas e Parasitárias. Guia de bolso, Brasília, 6. ed., Disponível em: < Acesso em: [s/d]. Focaccia R. & Veronesi R. Tratado de infectologia. 4. ed. Atheneu: São Paulo, Janeway, C.A.; Travers, P.; Walport, M.; Shlomchik, M. Imunobiologia: o sistema imune na saúde e na doença. 7. ed. Artmed: Porto Alegre, Murray, P.R.; Kobayashi, G.S.; Pfaller, M.A.; Rosenthal, K.S. Microbiologia médica. 6. ed. Mosby: St. Louis, Trabulsi, L.R. & Alterthum, F. Microbiologia. 5. ed. Atheneu: Rio de Janeiro, Caracterização das bactérias causadoras de doenças humanas