Introdução à Microbiologia Geral. Profa. Gilcele Berber

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1 Introdução à Microbiologia Geral Profa. Gilcele Berber

2 1. Definição e origem Definição: mikros + bios + logos O que são considerados microrganismos? Organismos unicelulares microscópicos Fungos Bactérias Protozoários Vírus (acelulares)

3 1. Definição e origem Primeiros microrganismos 3,5-3,8 bilhões de anos Madigan et al., 2010

4 1,500 Fungos Archaea e Bacteria Cianobactérias

5 IMPACTO DOS MICRORGANISMOS SOBRE OS SERES HUMANOS

6 2. A "Pré-história" da Microbiologia Microbiologia menos de 400 anos de história As primeiras idéias sobre doenças e fermentações: Europa ocidental Povos antigos já tinham idéias sobre doenças e putrefação: África e Ásia

7 3. A descoberta dos microrganismos Robert Hook ( ) - Inglaterra Antony van Leeuwenhoek ( ) - Delft, Holanda

8 O microscópio de Leeuwenhoek

9 Leeuwenhoek : observações relatadas à Sociedade Real de Londres

10 Pasteur ( )

11 3.1. A geração espontânea de volta Pasteur ( )

12 3.1. A geração espontânea de volta Pasteur ( )

13 3.1. A geração espontânea de volta Pasteur ( )

14 3.2. Teoria microbiana das fermentações Povos antigos usavam a fermentação para a produção de: vinhos: Grécia kiu (cerveja de arroz): China (2300 a.c.) sakê (vinho de arroz fermentado): Japão (500 a.c.) shoyu (molho de soja) leite fermentado koumiss: leite de camelo fermentado

15 3.2. Teoria microbiana das fermentações 1850: Pasteur resolve problemas da indústria francesa de vinhos e estabelece a primeira teoria microbiana da fermentação PASTEURIZAÇÃO

16 3.3. Teoria microbiana das doenças Robert Koch ( ): Rival de Pasteur na descoberta do agente do carbúnculo (antraz): Descobriu a bactéria Bacillus anthracis em 1876 Primeiro pesquisador a provar que um germe era causador da doença, fazendo o mesmo mais tarde com a tuberculose

17 3.4. Desenvolvimento de técnicas Necessidade de separar diferentes espécies de microrganismos para estudos TÉCNICAS DE ISOLAMENTO

18 3.4. Desenvolvimento de técnicas Alemães: conceito de meio de cultura: colônias em batatas isolamento meios: caldos, leite, frutas, etc. Robert Koch: ágar-ágar e a cultura pura Julius Petri: placa para cultura Paul Erlich: coloração das células Joseph Lister: fenol como primeiro desinfetante, técnicas assépticas

19 A placa de Petri

20 POSTULADOS DE KOCH 1) O organismo patogênico suspeito deve estar presente em todos os casos da doença e ausente em animais sadios; 2) O organismo suspeito deve ser cultivado em cultura pura; 3) Células de uma cultura pura do organismo suspeito devem causar a doença em um animal sadio; 4) O organismo deve ser reisolado e demonstrar-se idêntico ao original.

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22 3.5. A idade de ouro ( ) Imunologia: primeiras vacinas Indústria: drogas, antibióticos, alimentos Fleming, Waksman Virologia: Iwanovski/Stanley

23 Classificação dos Organismos Vivos Segundo Woese (1977) A análise genética levou a propor o estabelecimento dos super-reinos ou domínios : nova árvore da vida Maior diversidade genética é microbiana

24 Nomenclatura Binomial Atribuição de nomes científicos às espécies. Formado por duas palavras o nome do gênero e o restritivo específico (adjetivo que qualifica o gênero) Ex: Escherichia coli ou Escherichia coli nome homenageia Theodor Escherich, coli: lembra que habita o cólon humano ou intestino grosso. Staphylococcus aureus ou Staphylococcus aureus Staphylo (tipo de agrupamento) + coccus (forma esférica) aureus (cor de ouro). Staphylococcus sp. Staphylococcus spp.

25 Morfologia e Citologia de Procariotos Celula procariótica Celula eucariótica

26 1. Tamanho da Célula Procariótica Unidade de medida: m (micrômetro) 1 m = 0,001 mm (1/1000) ou 1000 m = 1 mm Tamanho variável: 0,15 m 50 m (0,0015 mm 0,05 mm) 1 m Escherichia coli: 1 x 3 m Thiomargarita namibiensis: 750 m!!

27 Tamanho da célula procariótica O pequeno tamanho dos procariotos comparado ao dos eucariotos contribui para muitas características desses organismos:

28 2. Morfologia dos Procariotos Forma da célula: a forma segue a função cocos bacilos vibriões espirilos espiroquetas filamentosas pedunculadas Arranjos agrupamentos de indivíduos após a divisão seguem um padrão uniforme significado para a identificação

29 Morfologia dos procariotos: Arranjos de Cocos Adaptado de Tortora et al.; 2000

30 Morfologia dos procariotos: dos procariotos: Arranjos Arranjos de Cocos Streptococcus Neisseria gonorrhoeae Staphylococcus Methanococcus Methanosarcina Deinococcus

31 Morfologia dos Procariotos: Arranjos de Bacilos Adaptado de Tortora et al.; 2000 Paliçada

32 Morfologia dos Procariotos: Outras Formas Adaptado de Tortora et al.; 2000 Pedunculada (Rhodomicrobium)

33 Morfologia dos Procariotos: Outras Formas Vibrião Vibrio cholerae Leptospira interrogans

34 3. Estruturas dos Procariotos Pili / Nogueira & Silva Filho (2010)

35 3.1. Estruturas Externas dos Procariotos Flagelos * apêndices longos (10-20 m) e finos (20 nm) * helicoidais * distribuídos em número variável * proteína: flagelina * estrutura: - corpo basal (motor) - gancho - filamento Monotríquio (polar) Lofotríquio Anfitríquio (polar) Peritríquio - O movimento de rotação é transmitido a partir do motor prótons para cada rotação - velocidade variável (até rpm) - A célula desloca-se com até 60 comprimentos celulares/s (guepardo: 25 comprimentos/s)

36 3.1. Estruturas Externas dos Procariotos Flagelos * quimiotaxia: controle do movimento - repelentes - atraentes mecanismo: proteínas que sentem a presença de substâncias - resposta à concentração Outras Formas de Motilidade em Procariotos

37 3.1. Estruturas Externas dos Procariotos Pili e Fímbrias * fímbrias: adesão (várias unidades por célula) * pili: mais longos que as Fímbrias (geralmente 1 unidade por célula) - Conjugação bacteriana Flagelo - adesão em bactérias patogênicas * composição: proteínas Fímbrias

38 3.1. Estruturas Externas dos Procariotos Cápsula e Camada Limosa (Glicocálix) * composição: glicoproteínas e/ou polissacarídeos * função: - adesão - proteção contra dessecamento e fagocitose

39 3.2. Estruturas Internas dos Procariotos Parede Celular A concentração de solutos dissolvidos gera alta pressão interna (pressão de turgor). (Escherichia coli 2 atm.) - A parede celular é responsável pela contenção dessa pressão - Envoltório rígido, responsável também pela forma da célula - Corresponde a 10 a 40% do peso bacteriano

40 Parede Celular Domínio Bacteria a) componente principal: peptideoglicano (>100 tipos) - açúcares aminados: N-acetilglicosamina Ácido N-acetilmurâmico - aminoácidos

41 Parede Celular b) De acordo com suas respostas à coloração de Gram, as bactérias se dividem em 2 grupos: (Dinamarquês Christian Gram, 1853) Gram positivas: 90% da parede formados de peptideoglicano (até 20 camadas) nm Gram negativas: 10 % de peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm

42 A Coloração de Gram

43 São exemplos de bactérias Gram-positivas várias espécies de: - Estreptococos; - Estafilococos; - Enterococos. São exemplos de bactérias Gram-negativas: - Vibrão Colérico; - Colibacilo; - Salmonelas.

44 c) Membrana externa de bactérias Gram negativas (camada LPS). Camada dupla, composta de: fosfolipídeos proteínas lipídeos polissacarídeos lipoproteínas Maior rigidez à parede celular Seus componentes são tóxicos quando injetados em animais Participa do processo de nutrição formando canais de passagem

45 3.2. Estruturas Internas dos Procariotos Membrana Plasmática * barreira física, vital para a células * espessura aproximada de 8 nm * permeabilidade (H 2 O e subst. Baixo PM) * Proteínas de transporte contra gradiente de concentração * Produção de energia (força próton motiva)

46 3.2. Estruturas Internas dos Procariotos Material Genético Molécula única de DNA circular, intensamente dobrada, podendo expandir-se até 1 mm (bactéria típica mede poucos m) * não associado com histonas * tamanho do genoma variável: E. coli: 4,7 Mb Mycoplasma genitalium: 0,58 Mb * bactérias em crescimento podem conter várias cópias * haplóides: apenas uma cópia de cada gene.

47 3.2. Estruturas Internas dos Procariotos Ribossomos Bactérias e Arqueas têm ribossomos semelhantes (70S), mas diferentes na composição protéica * Subunidades: 50S + 30S (RNA e proteínas) * até por célula

48 3.2. Estruturas Internas dos Procariotos Endósporos (estruturas de resistência) Encontrados em algumas Gram positivas: - Bacillus - Clostridium - Sporosarcina - Sporolactobacillus 10 % do peso seco é ácido dipicolínico (exclusivo de esporos): estabilização do DNA. Resistentes ao calor, radiações, ácidos, desinfetantes, lisozima

49 RESPIRAÇÃO E NUTRIÇÃO Aeróbicas podem crescer apenas na presença de oxigénio Anaeróbicas podem crescer apenas na ausência de oxigénio Facultativas podem crescer tanto na presença como na ausência de oxigénio Heterótrofos - Autótrofos Saprófitos decompõem material orgânico de animais e plantas mortas - Parasitas envenenam o organismo do hospede com os seus produtos de metabolismo - Simbióticos vivem por exemplo no intestino dos animais que comem plantas e quebram celulose - Fotossintetizantes obtêm a energia na forma de luz, para a fotossíntese - Quimiossintetizantes obtêm energia pela oxidação de compostos químicos

50 REPRODUÇÃO Assexuada - Bipartição ou cissiparidade - Nesse processo a célula bacteriana duplica seu cromossomo e se divide ao meio, apoiado no mesossomo, originando duas novas bactérias idênticas à original. Sexuada ou Transmissão genética - Conjugação - Consiste na passagem (ou troca) de material genético entre duas bactérias através de uma ponte citoplasmática formada pelas fímbrias. -Transformação - A bactéria absorve moléculas de DNA disperso no meio. Esse DNA pode ser proveniente, por exemplo, de bactérias mortas. - Transdução - As moléculas de DNA são transferidas de uma bactéria a outra usando vírus como vetores.

51 GENOMAS PROCARIÓTICOS Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

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53 Poucas regiões do organismo não apresentam bactérias, como exemplo temos a laringe, o cérebro e órgãos internos. 53

54 Aspectos Genéticos da Resistência Bacteriana a Drogas Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

55 Generalidades QUIMIOTERÁPICOS x ANTIBIÓTICOS Origem dos principais antibióticos Microrganismos Produtores Penicillium Cephalosporium Streptomyces Micromonospora Bacilus Chromobacterium Antibiótico Penicilinas Cefalosporina Estreptomicina, neomicina, canamicina, tobramicina, cloranfenicol, eritromicina, rifampicina, vancomicina, tienamicina Gentamicina, sisomicina Polimixinas, bacitracina Aztreonam Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

56 Ação dos Antimicrobianos Bacteriostática Bactericida Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

57 Resistência bacteriana a drogas Resistência natural Ex. Escherichia coli benzilpenicilina Resistência adquirida Ex. E. coli ampicilina O antibiótico não induz resistência. A resistência adquirida é um fenômeno espontâneo da bactéria, sendo os antimicrobianos apenas agentes seletores de amostras resistentes. Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

58 Bactérias que preocupam Bactéria Resistência a antimicrobianos Doenças principais Staphylococcus aureus Todos Infecção de feridas, sistêmicas e endocardites Enterococcus Mycobacterium tuberculosis Streptococcus pneumoniae Haemophilus influenzae Vancomicina, aminoglicosídeos, cefalosporinas, penicilinas Aminoglicosídeos, isoniazina, rifamicina, pirazinamida Aminoglicosídeos, penicilina, cefalosporinas, cloranfenicol, tetraciclina Cloranfenicol, penicilina, tetraciclina, trimetoprim Infecção de feridas, urinária, sistêmicas e endocardite Tuberculose Pneumonia, meningite Meningite, pneumonia Pseudomonas ssp. Imipenem, quase todos Pneumonia, infecções Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

59 As causas da resistência Capacidade de adaptação ao novo ambiente Variabilidade genética gerada por mutação e mecanismos de transferência Condições que favorecem a seleção e disseminação de genes de resistência aos antibióticos Uso abusivo dos antimicrobianos nos hospitais Venda livre/aquisição direta pelo doente (Automedicação) Indicação indiscriminada por médicos Uso como aditivo em ração animal Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

60 As causas da resistência A tecnologia do DNA recombinante organismos transgênicos vetores plasmídios Pressão seletiva natural de muitos antibióticos (fungos e bactérias) Exposição a outros agentes seletivos como mercúrio Fatores atuais: Maior imunodepressão (decorrente da AIDS, quimioterapia anticâncer e maior freqüência de transplantes) Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

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62 Controle infecção hospitalar Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

63 Seleção de linhagens resistentes as antimicrobianos Transferência de genes de resistência para patógenos e não patógenos Falha da droga e aumento do custo do tratamento Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

64 Controle laboratorial do tratamento das infecções bacterianas Determinação da sensibilidade das bactérias aos antimicrobianos Antibiograma com discos/método de difusão em placas Determinação da concentração inibitória mínima (CIM ou MIC) Inóculo Placa ágar Plaqueamento Discos 24-48h Microbiologia de Bactérias Gram-positivas: Uma Abordagem Etnofarmacológica

65 Meios de Cultura

66 Semeadura por Esgotamento

67 Higienização de Vidrarias -Esterilização; -Lavagem com água e sabão; -Enxague com água corrente; -Enxague com água destilada.

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69 BENEFÍCIO PATOGENIDADE Produção de alimentos e bebidas Degradação de lixo problemático Micróbio patogênico Doenças Produção de medicamentos Fixação do N 2 na atmosfera Estrago dos alimentos

70 BENEFÍCIOS E PATOGENIDADE Pode haver infecção no trato digestivo o qual pode ser infectado através da ingestão de alimentos contaminados. As bactérias podem estar presentes nos alimentos desde o local de produção das matérias primas ou transportadas até eles por moscas ou mãos contaminadas. As bactérias podem ainda invadir o hospedeiro através da pele, como por exemplo, na infecção de uma ferida. Há o gênero Clostridium que além de esporulado é aneróbio e um potente produtor de toxinas muito prejudiciais ao homem. Seus esporos podem estar presentes em alimentos e resistir a processos de descontaminação podendo causar graves intoxicações como o botulismo (agente Clostridium botulinum), em função da ação neurotóxica de suas toxinas. Geralmente estão associados a intoxicações por ingestão de palmitos contaminados e podem levar a óbito. É desse grupo também o produtor da toxina tetânica, que provoca o tétano (Clostridium tetani).

71 Algumas das bactérias mais nocivas ao homem e as doenças associadas a cada uma dela: Streptococcus pneumoniae - causa septicemia, infecção no ouvido médio, pneumonia e meningite. Haemophilus influenzae - causa pneumonia, infecção do ouvido e meningite principalmente em crianças. Shigella dysenteria - causa disenteria (diarréia sangrenta). Linhagens resistentes podem levar a epidemias e algumas podem ser tratadas apenas com medicamentos muito caros (fluoroquinolonas). Neisseria gonorrhoeae - causa gonorréia, a resistência às drogas limita o seu tratamento principalmente à cefalosporina. Pseudomonas aeruginosa - causa septicemia e pneumonia, principalmente em pessoas com fibrose cística ou com o sistema imune comprometido. Algumas linhagens super resistentes não podem ser tratadas com drogas. Enterococcus faecalis - causa septicemia e infecção do trato urinário, e infecção das vias respiratórias nos pacientes com o sistema imune comprometido. Algumas linhagens ultra resistentes não podem ser tratadas com drogas. Escherichia coli - causa infecção do trato urinário, infecção do sangue, diarréia e falência dos rins. Algumas linhagens são ultra resistentes. Acinetobacter - causa septicemia em pacientes com o sistema imune comprometido. Mycobacterium tuberculosis - causa tuberculose. Algumas linhagens ultra resistentes não podem ser tratadas com drogas. Staphylococcus aureus - causa septicemia, infecção nas vias respiratórias e pneumonia. Algumas linhagens tem se mostrado muito resistentes a vários antibióticos.

72 Fases de crescimento em meio de cultura. Fase log Fase estacionária Fase declinio Fase lag