Universidade Estadual do Rio Grande do Sul Bacharelado em Gestão Ambiental Componente curricular: Microbiologia Ambiental Aula 5

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1 Universidade Estadual do Rio Grande do Sul Bacharelado em Gestão Ambiental Componente curricular: Microbiologia Ambiental Aula 5 Professor Antônio Ruas 1. Créditos: Carga horária semanal: 4 3. Semestre: 2 4. Classificação em reinos, domínios. 5. Introdução à bacteriologia 6. Vídeo: mundo das bactérias

2 I. Introdução à bacteriologia: estudo das bactérias. 1. Classificação dos cinco reinos para os organismos vivos. Exclui os vírus e apresenta: Reino Monera Microrganismos procarióticos: bactérias, algas cianofícias. Nutrição do tipo fotossíntese, quimiossíntese ou absorção. Reino Protista Protozoários, algas unicelulares e fungos primitivos; unicelulares; nutrição do tipo fotossíntese, absorção e ingestão.

3 I. Introdução à bacteriologia: estudo das bactérias. Reino Plantae Algas multicelulares e vegetais; Reino Animalia Animais multicelulares Reino Fungi Fungos multicelulares e alguns grupos unicelulares.

4 I. Introdução à bacteriologia: estudo das bactérias. Nas figuras a seguir, filogenias e características da classificação em 5 Reinos e a sua relação com as filogenias modernas.

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10 I. Introdução à bacteriologia: estudo das bactérias. 2. Reino Monera: bactérias em geral e cianofícias. No Reino Monera, as bactérias são agora classificadas em Arqueobactérias e Eubactérias. As eubactérias são comumente cocos, bastonetes e espirilos. Apresentam agrupamentos diversos conforme as figuras. Observar a presença de flagelos em diferentes posições. Incluem as cianofíceas. As arqueobactérias diferem das eubactérias principalmente com relação à composição química da parede e metabolismo, apresentando representantes que vivem em condições extremas, como lagoas salinas ou de temperatura extremamente elevadas ou são metanogênicas.

11 I. Introdução à bacteriologia: estudo das bactérias. 3. Revisão das características das bactérias. Foi observado que as bactérias são os mais simples organismos encontrados na maioria dos ambientes naturais. Elas são células esféricas ou em forma de bastonetes curtos com tamanhos variados, alcançando às vezes micrômetros linearmente. Na maioria das espécies, a proteção da célula é feita por uma camada extremamente resistente, a parede celular, havendo imediatamente abaixo uma membrana citoplasmática que delimita um único compartimento contendo DNA, RNA, proteínas e pequenas moléculas. À microscopia eletrônica, o interior celular aparece com uma matriz de textura variada, sem, no entanto, conter estruturas internas organizadas.

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15 3. Revisão das características das bactérias. As bactérias são pequenas e podem multiplicar-se com rapidez, simplesmente se dividindo por fissão binária. Quando o alimento é farto, "a sobrevivência dos mais capazes" em geral significa a sobravivência daqueles que se dividem mais rapidamente. Em condições adequadas, uma simples célula procariótica pode dividir-se a cada 20 minutos, dando origem a 5 bilhões de células ( número aproximadamente igual à população humana da terra) em pouco menos de 11 horas.

16 3. Revisão das características das bactérias. A habilidade em dividir-se de maneira rápida possibilita populações de bactérias a se adaptar às mudanças de ambiente. Sob condições de laboratório por exemplo, uma população de bactérias mantida em uma dorna evolue dentro de poucas semanas por mutações de seleção natural para utilização de novos tipos de açúcares como fonte de carbono e de energia. Na natureza, as bactérias vivem em uma enorme variedade de nichos ecológicos e mostram uma riqueza correspondente na sua composição bioquímica básica.

17 3. Revisão das características das bactérias. I) As eubactérias, que são os tipos comuns encontrados na água, solo e organismos vivos maiores. II) As arqueobactérias, que são encontradas em ambientes realmente inóspitos, como os pântanos, fontes termais, fundo do oceano, salinas, vulcões, fonte ácidas, etc. Existem espécies bacterianas que utilizam virtualmente qualquer tipo de moléculas orgânicas como alimento, incluindo açúcares, aminoácidos, gorduras, hidrocarbonetos, polipeptídeos e polissacarídeos. Algumas podem também obter seus átomos de carbono do gás carbônico e o seu nitrogênio do N2. Apesar de sua relativa simplicidade, as bactérias são os mais antigos seres que se tem notícias e também são os mais abundantes habitantes da terra.

18 3. Revisão das características das bactérias. As bactérias apresentam um cromossomo circular, que é constituído por uma única molécula de DNA bicatenário, tendo sido também chamado de corpo cromatínico. É possível às vezes, evidenciar mais de um cromossomo numa bactéria em fase de crescimento uma vez que a sua divisão precede a divisão celular. O cromossomo bacteriano contém todas as informações necessárias à sobrevivência da célula e é capazes de auto-replicação.

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20 3. Revisão das características das bactérias. Plasmídeos: existe ainda no citoplasma de muitas bactérias, moléculas menores de DNA, também circulares, cujo os genes não codificam características essenciais, porém muitas vezes conferem vantagens seletivas à bactéria que as possui. Estes elementos extracromossômicos, denominados plasmídeos são autônomos, isto é, são capazes de autoduplicação independente da replicação do cromossomo e podem existir em número variável no citoplasma bacteriano. Ribossomos: estes acham-se espalhados no interior da célula e conferem uma aparência granular ao citoplasma. Os ribossomos são constituídos por duas subunidades, 30S e 50S, que ao iniciar a síntese protéica reunem-se formando a partícula ribossômica completa de 70S. Embora o mecanismo geral da síntese protéica das células procarióticas e eucarióticas seja o mesmo, existem diferenças consideráveis em relação a biossíntese e estrutura dos ribossomos.

21 3. Revisão das características das bactérias. Grânulos de reserva: 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 beta-hidroxibutírico e fosfato. Estes grânulos podem ser evidenciados pela microscopia óptica, utilizando colorações específicas.

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23 3. Revisão das características das bactérias. Mesossomos são invaginações da membrana celular, que tanto podem ser simples dobras como estruturas tubulares ou vesiculares. Diversas funções têm sido atribuídas aos mesossomos, tais como: papelna divisão celular e na respiração.

24 II. Características gerais das bactérias. 2.1 Formas. As bactérias medem geralmente entre 0,5 e 1 um. A superfície de absorção é relativamente alta nas bactérias e tem sido associada à capacidade reprodutiva (uma divisão a cada 20 minutos). As bactérias esféricas são os cocos, em bastão são os bacilos as helicoidais ou espiraladas são os espirilos. Os bacilos podem ter porções terminais quadradas, arredondadas ou pontiagudas.

25 II. Características gerais das bactérias. 2.2 Arranjos. As bactérias podem ser classificadas, além da forma, quanto ao arranjo: Cocos, que são células esféricas que quando agrupadas aos pares recebem o nome de diplococos. Quando o agrupamento constitui uma cadeia linear de cocos estes são denominados estreptococos. Cocos em grupos irregulares, lembrando cachos de uva recebem a designação de estafilococos.

26 II. Características gerais das bactérias. 2.2 Arranjos. Bacilos, são células cilíndricas, em forma de bastonetes, em geral se apresentam como células isoladas porém, ocasionalmente, pode-se observar bacilos aos pares (diplobacilos) ou em cadeias (estreptobacilos). Formas intermediárias são chamadas de cocobacilos. Espirilos são células espiraladas e geralmente se apresentam como células isoladas.

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32 II. Características gerais das bactérias. Algumas bactérias são pleomórficas e podem mudar a sua forma conforme a colônias envelhecem. Os arranjos são as categorias de agrupamento observadas nas colônias. Os cocos podem apresentar-se como diplococo (Nesseria), cadeias (Streptococcus), tétrades, sarcinas (arranjo cúbico, do gênero Sarcina, ou irregular (também dito cacho de uva, do gênero Staphylococcus). Os bacilos podem arranjar-se em paliçada, rosetas, estreptobacilo, ou tricomas (com área de contato maior).

33 II. Características gerais das bactérias. 2.2 Flagelos e fímbrias As estruturas externas das bactérias cumprem várias funções como movimento, aderência e transferência de plasmídeos. Os flagelos, são filamentos finos que estendem-se da membrana citoplasmática atravessando a parede celular. Têm função locomotora. O padrão de fixação flagelar e a disposição no corpo bacteriano é uma característica importante para a classificação bacteriana. Os flagelos bacterianos dividem-se em: polares monotríquios ou anfitríquios, lofotríquios, peritríquios e filamentos axiais no espaço periplástico nas espiroquetas.

34 A. Monotríquio B. Lofotríquio C. Anfitríquio D. Peritríquio

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41 II. Características gerais das bactérias. 2.2 Flagelos e fímbrias Bactérias Gram negativas ainda podem apresentar pelos ou fímbrias, não relacionadas com a motilidade. As fímbrias não apresentam estrurturas locomotoras como as dos flagelos, estando associadas a funções de adesão ou tranferência de mateiral genético. 2.3 Glicocálice. É um material viscoso circundante. Pode ser uma cápsula ou uma camada limosa. Um exemplo de cápsula é a formada pelo Streptococcus mutans, agente da cárie.

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43 II. Características gerais das bactérias: esporos e cistos. 4.1 Esporos A esporulação tem início quando os nutrientes bacterianos se tornam escassos, geralmente pela falta de fontes de carbono e nitrogênio. 4.2 Cistos Cistos são estruturas semelhanes aos esporos, mas menos resistentes ao calor. São observados no gênero Azotobacter.

44 II. Características gerais das bactérias: esporos e cistos. Esporos são formados no interior de algumas bactérias, especialmente dos gêneros Bacillus e Clostridium. Pode ser centrais, terminais ou subterminais. Os esporos são muito resistentes ao calor e às condições ambientais em geral. Durante a sua formação há uma dessecação e acúmulo de ácido dipicolínico. O endosporo é uma célula, formada no interior da célula vegetativa, altamente resistente ao calor, dessecação e outros agentes físicos e químicos, capaz de permanecer em estado latente por longos períodos e degerminar dando ínicio à nova célula vegetativa.

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46 III. Características da parede celular. Utiliza-se técnicas de coloração para uma divisão das bactérias que além de tintorial é biológica, porque define bactérias de composição química distinta. Observar o quadro abaixo, sobre preparações para exame de microscopia. 3.1 Parede celular A parede celular é o envoltório que mantém a estrutura íntegra da bactéria. As paredes celulares são camadas de diferentes substâncias. Variam de acordo com o tipo de bactéria, em espessura, composição, etc. Nas eubactérias, as paredes das espécies Gram negativas, (incluindo arqueobactérias), são geralmente mais finas (10-15 nm) do que as das Gram positivas (20-25 nm).

47 III. Características da parede celular. Nas eubactérias em geral: O componente principal é um peptideoglicano chamado de mureína, típico dos procarióticos. A mureína é uma molécula gigante, simples, que circunda a célula como uma rede. A estrutura básica da mureína contém três tipos de unidades: N-acetilglicosamina (NAG); ácido N- acetilmurâmico (NAM) e um peptídeo formado de 4 aminoácidos, chamado de tetrapeptídeo, contendo alguns D- aminoácidos.

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49 III. Características da parede celular. As paredes das eubactérias G+ comparadas com as G- têm uma quantidade maior de peptideoglicano, o que torna a parede muito espessa. Muitas G+ ainda contém polissacarídeos chamados de ácido teicóico, ligados ao peptideoglicano ou à membrana citoplasmática.

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51 III. Características da parede celular. Os tetrapeptídeos de uma cadeia peptideoglicana formam ligações cruzadas como tetrapeptídeos de outra cadeia. Enzimas autolisinas desdobram esta camada e novos são adicionados. A penicilina age inibindo estas ligações cruzadas. A parede celular de bactérias Gram positivas podem ser destruídas por enzimas, resultando em células esféricas chamadas de protoplastos.

52 III. Características da parede celular. E a parede das eubactérias G-? São mais complexas. Possuem uma membrana externa cobrindo uma camada fina de peptideoglicano. Esta camada de peptideglicano representa apenas 5-10 % do peso seco da parede celular. Esta camada é encontrada no espaço chamado de periplasmático entre a membrana citoplasmática e a membrana externa. Note-se que as bactérias G+ não possuem este espaço e não têm uma membrana externa como parte de sua parede celular.

53 III. Características da parede celular. E a parede das eubactérias G-? É a membrana externa não a camada de peptideoglicano que distingue as G- das G+. A membrana externa serve como uma barreira seletiva que controla a passagem de algumas substâncias para dentro e para fora da célula. Pode ainda causar efeitos tóxicos sérios em animais infectados. Outro ponto importante é que as paredes celulares das G- são mais resistentes, perdem menos parede celular. Num processo de perda de parede resultam não em protoplastos mas em esferoplastos.

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55 III. Características da parede celular. A membrana externa é uma bicamada contendo fosfolipideos, com face apolar para dentro, protegida do meio aquoso e face polar voltada para fora. Está ancorada ao peptideoglicano por uma lipoproteina. Os fosfolipídeos da membrana externa são semelhantes àqueles da membrana citoplasmática. Além dos fosfolipídeos a membrana externa contém proteína e lipopolissacarídeos. Estes estão localizados exlusivamente na membrana externa da membrana. Já os fosfolipídeos estão presentes na camada interna. Os lipopolissacarídeos são característicos das G-, uma vez que as paredes celulares das G+ não contém estas compostos.

56 III. Características da parede celular. Outros aspectos da parede dos Gram negativos: Os lipopolissacarídeos são compostos por 3 segmentos ligados covalentemente: lipideos A, cerne dos polissacarídeos e antígenos O. A porção lipídica é uma endotoxina. Os antígenos O são responsáveis por propriedades sorológicas. As moléculas passam na membrana externa através de canais de difusão formados por proteínas chamadas de porinas que atravessam a membrana externa.

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58 III. Características da parede celular. E nas arqueobactérias? As paredes celulares contém glicoproteínas, ou polissacarídeos complexos, mas não peptideoglicanos como a mureína.

59 IV. Coloração de Gram e a classificação em G+ e G Bactérias Gram positivas e Gram negativas em técnica de coloração diferencial. Os compostos orgânicos coloridos usados para corar os microrganismos ligam-se a compostos químicos específicos nas células e identificam microrganisos similares. Iniciam-se com o esfregaço, uma camada fina de material sobre a lâmina. Geralmente fixa-se pelo calor. A coloração de Gram é altamente importante neste sentido é usada como coloração diferencial. A técnica foi descrita em 1884 por Christian Gram na Dinamarca. Ele descreveu esta técnica enquanto pesquisava uma maneira de demonstrar a bactéria pneumococo em tecido pulmonar de pacientes que morreram de pneumonia.

60 I. Introdução à bacteriologia: estudo das bactérias. Na técnica de Gram o esfregaço bacteriano é tratado com os reagentes nesta ordem: Corante púrpura cristal violeta; Solução de iodo (fixa o corante no interior da célula); Álcool (descorante que remove o corante de parte das bactérias); Corante vermelho safranina. A diferença de coloração final, que define as Gram positivas (violeta-azuladas) das Gram negativas (vermelhas), deve-se à espessura e composição da parede bacteriana.

61 I. Introdução à bacteriologia: estudo das bactérias. O mecanismo da coloração de Gram é o seguinte: As G+ são resistentes ao descoramento pelo álcool. Durante o processo de coloração de Gram, as células são tratadas com cristal violeta e em seguida com solução de iodo. Resulta na formação de um complexo cristal violetaiodo dentro das células. Quando as G- são tratadas com álcool (etanol), o lipídeo na membrana externa é dissolvido e removido. Isto rompe a membrana externa e aumenta a sua permeabilidade. Desta forma, o complexo corante pode ser removido, descorando a bactéria G- que pode então ser tingida com ao corante fundo vermelho (safranina). Nas G+, o etanol faz com que os poros no peptideoglicano se contraiam e o complexo corante violeta-iodo permanece no interior (ver figuras).

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64 Staphylococcus aureus: Cocos gram-positivos

65 Pseudomonas_aeruginosa

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