Procariotos : Bactérias e Archae

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1 Centro de Ciências Biológicas e da Saúde Disciplina de Microbiologia Ciências Biológicas - Bacharelado Procariotos : Bactérias e Archae Sérgio Avelino Mota Nobre Departamento de Biologia Geral Universidade Estadual de Montes Claros Bactérias: Características Gerais Grupo de Microrganismos abundante e diversificado Determinantes na ciclagem da matéria Importantes agentes decompositores Base da cadeia alimentar Produtores de O 2 Fixadores de Nitrogênio (N 2 ) Importantes reguladores biológicos (Competição, antibiose etc) Base de processos industriais Usadas na Industria de alimentos Incitam doenças em animais, humanos e vegetais Parte da teoria da Endossimbiose - evolução de eucarya Produtores de antibióticos, vacinas e medicamentos Degradadores de substancias tóxicas do meio ambiente Procedimentos requeridos em Bacteriologia v Amostragem Metodologia f: Objetivos e objeto da análise v Isolamento Meios seletivos, Iscas ou armadilhas v Cultivo Meio sólido (Placa ou Tubo), liquido (Tubo) Conservação v Caracterização v Aplicação 1. Fenotipagem Caract. Morfológicas, Culturais e 2. Sorotipagem Bioquímicas 3. Genotipagem Morfologia Tamanho e formas variadas: Diâmetro 0,5 a 2,0 µm Algumas Cianobactérias aproximam de 60 µm Epulopiscium fishelsoni µm de comprimento Possuem uma grande relação superfície volume Relação superfície volume de 3:1 Nenhuma parte interna da célula está muito longe da superfície 1

2 Ultra Estrutura Celular Presença de parede celular de composição típica // Peptidoglicano // Ácido teicóico (Gram +) Material genético não envolto por membrana Ribossomos 70 S (rrna 16 S e 23 S) Duas subunidades de 30 e 50S Ausência de citoesqueleto Membrana celular Interação com células do hospedeiro adesão invasão Toxicidade Síntese de macromoléculas e geração de energia Transporte de nutrientes e substâncias diversas Ausência de organelas intracelulares na maioria das espécies Flagelo, quando presente, de composição simples Cromossomo único e circular Presença de DNA não genômico Plasmídio (Resist. Antibióticos) Parede celular Resistência a mecanismos de defesa do hospedeiro Reconhecimento de células hospedeiras Confere forma e resistência osmótica à célula Participa em processos de divisão celular e replicação do DNA 2

3 Cápsula ou glicocálice ou Camada Limosa Composição Glicoproteica Determinante na virulência de patógenos Streptococcus pneumoneae, S. mutans Klebsiella pneumoneae Aderência em superfícies biofilmes Pêlos e Fímbrias Aderência ao hospedeiro (Adesinas) Proteínas determinam a especificidade com células hospedeiras Estruturalmente bastante diversificados Recombinação genética (Pêlo F) Flagelos bacterianos Estrutura: filamento, corpo basal, gancho Função: Motilidade (taxia) Ex. quimio ou fotolitotróficos Tipagem de linhagens para estudos epidemiológicos Filamento axial nos espiroquetas 3

4 O conteúdo citoplasmático Nucleóide Citoplasma Ribossomos Grânulos polissacarídeos, lipídeos, enxofre, gás, magnetossomas, etc. Nucleóide e plasmídios Tilacóides (fotossíntese) Magnetossomas 4

5 Colorações em bacteriologia Colorações diferenciais Utiliza-se dois ou mais corantes com intuito de distinguir células ou constituintes destas Coloração de Gram Coloração álcool-ácido resistente Coloração negativa Coloração para flagelos Coloração para esporos (Shaeffer-Fulton) Coloração para cápsula Princípios da Coloração Verificar diferenças estruturais e químicas Corantes catiônicos (básicos) - azul de metileno, cristal violeta - safranina, verde malaquita Corantes Aniônicos (ácidos) - cristal violeta + iodo Gram + - não retém etanol + acetona Gram - Contra-coloração safranina Bactérias gram-negativas Bactérias Gram-positivas Peptideoglicana Lipopolissacarídeo (LPS) Membrana Externa Lipoproteína Estrutura da Peptideoglicana Periplasma Estrutura da Peptideoglicana Peptideoglicana Membrana Citoplasmática Membrana Citoplasmática 5

6 Formas e Arranjos celulares Esférico (coco) diplococos, estreptococos, estafilococos, tétrades, sarcinas Bacilo diplobacilos, estreptobacilos ou filamentosas Vibriões Espirilos Espiroquetas Outras formas 6

7 Reprodução Assexuada Divisão binária (2n) Casos específicos (Brotamento, pedúnculo: Blastocaulis/Planctomyces) Sexuada Transformação Trandução Conjugação Reprodução Nucleóide material genético cromossômico das bactérias. Não forma um cromossomo verdadeiro mas guarda toda a informação vital para a manutenção da célula Plasmídios Patogenicidade Fatores de virulência Fatores de colonização Resistência a antibióticos. Reprodução: Divisão Binária Reprodução: Conjugação n... N=No.2 n Modelo Logarítmico 7

8 Reprodução: Transducção Reprodução: Transformação Esporos de Resistência - Endosporos Produzidos por bactérias gram-positivas Composição complexa com ácido dipicolínico e cálcio Formas de resistência (endosporos) Bactérias do gênero Bacillus antracis, Clostridium tetani, C. perfringens, C. botulinum Propagação vegetativa (exosporos) Bactérias do gênero Streptomyces. Bacillus subtilis 8

9 Esporos de Resistência - Endosporos Plasmídios bacterianos Nutrição das Bactérias Classificação Nutricional As bactérias são organismos vivos que desenvolveram o maior número de estratégias nutricionais para o seu crescimento Tais estratégias voltam-se para a utilização de: fontes de energia carbono Pode-se classificar os microrganismos em função de: seus padrões de utilização de energia fontes de carbono 9

10 Nutrição das Bactérias Temperatura psicrófilas (12 a 17 C) mesófilas (28 a 37 C) termófilas (57 a 90 C) termófilas extremas (>100 C) ph bactérias acidófilas (ph < 5) bactérias alcalófilas (ph > 10) Nutrição das Bactérias Oxigenação aeróbicas anaeróbicas aerotolerantes microaerófilas facultativas Salinidade bactérias halófitas Cultivo Artificial de Bactérias Quanto ao substrato oxidável (fonte de elétrons) Orgânico açúcares Inorgânico H 2 S, S o, NH 3, NO 2-, H 2, Fe

11 Cultivo Artificial de Bactérias Caracterização dos Meios de Cultivo Quanto ao estado Físico meios sólidos e líquidos Quanto à composição mínimo e complexo Quanto à seletividade meio diferencial meio seletivo meio de enriquecimento Cultivo Artificial de Bactérias Macronutrientes carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, enxofre, fósforo Micronutrientes ferro, zinco, manganês, cálcio, potássio, sódio, cloro, cobre, cobalto, molibdênio, selênio e outros minerais entram na composição de: proteínas, cofatores e estruturas bacterianas Classificação Biológica Classificação Biológica Métodos Especiais Necessários aos Procariontes - Taxonomia Numérica - Homologia Genética - Composição de Bases - Sequenciamento de DNA e RNA - Hibridização de DNA - Perfis de proteínas e aminoácidos Critérios de Classificação Morfologiga Coloração Crescimento Fenotipagem Nutrição Fisiologia Bioquímica Genética Genotipagem Sorologia Fagotipagem Sorotipagem 11

12 Grupos filogenéticos de bactérias Cianobactérias Micoplasmas e Riquétsias Micoplasmas As células possuem plasticidade muitas formas desde esféricas a filamentos ramificados Plasticidade Travessia de poros de filtros bacteriológicos Não são inibidos, mesmo em altas concentrações de penicilina que inibem a síntese da parede celular. Outros antibióticos com mecanismos de ação diferentes podem ter efeito inibitório. Domínios Bacteria x Archaea Sistemática baseada em: Domínios Trabalhos de Carl Woese (1977) Reinos Divisões Classes Ordens Famílias Gêneros Espécies 12

13 Eubactérias x Arqueobactérias Eubactérias x Arqueobactérias Eubactéria Parede Celular Presente Gram negativas Espiroquetas Bastonetes encurvados aeróbios Bastonetes e cocos aeróbios Bastonetes anaeróbios facultativos Bactérias anaeróbias estritas Riquétsias e Clamídias Fototróficos anoxigênicos Fototróficas oxigênicas Bactérias deslizantes Bactérias com bainha Bactérias gemulantes Quimiolitotróficos Gram Positivas Cocos Bactérias esporuladas Bastonetes com forma regular Bastonetes com forma irregular Micobactérias Actinomicetos Arqueobactérias Produtoras de metano Halofílicas extremas Dependentes do enxofre Micoplasmas Termoplasmas Parede Celular Ausente Parede Celular Eubactérias Peptideoglicano (Ac. Murâmico e D Aminoácidos) Arqueobactérias Protéica ou Polissacarídica Membrana Citoplasmática Eubactérias Ácidos graxos de cadeia longa Arqueobactérias Álcoois de cadeia longa (fitanois) Síntese Protéica Eubactérias Aminoácido de inicialização da cadeia é formilmetionina Arqueobactérias Aminoácido de inicialização da cadeia é metionina Composição parede de Archaea Archaea Metanogênicas Anaeróbias produtoras de gás metano (CH4) Methanosarcina esféricas gram positivas Methanobacterium Bastonetes gram positivos Methanospirillum Filamentos ondulados gram negativos Halofílicas extremas Capazes de crescer sob altas concentrações salinas (17 a 23%) concentrações 15% não desenvolvem (água marinha 3%). Colônias com coloração vermelhas a laranja devido a presença de carotenóides proteção contra os efeitos danosos da luz solar Algumas contem pigmento de coloração púrpura (bacteriorrodopsina) composto fotoativo e permite a conversão da radiação solar em energia química, contudo não possui bacterioclorofila, nem clorofila. Enxofre dependentes Predominam em fontes de água quente e ácida Podem crescer em temperaturas 50oC até 87oC. Normalmente não desenvolvem sob ph 4,0 Obtem energia a partir da oxidação do enxofre (Sulfolobus - aeróbios) (Thermoproteus anaeróbios). Termoplasmas Ausência de parede celular Capazes de se desenvolver sob altas temperaturas e concentrações ácidas. Têm sido isolados de pilhas de carvão incandescentes. 13

14 Archaea Lago hipersalino no Egito - Halobacterium salinarum Vista aérea da Grand Prismatic Spring - fonte termal do Parque Yellowstone, em Wyoming. Bactérias termófilas com pigmentos carotenóides encontradas em crescimentos densos, dão uma coloração marron-alaranjada aos canais que extravasam da fonte Thermoplasma - Archaea sem parede 14