MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA Unidade II 3 CRESCIMENTO E REPRODUÇÃO BACTERIANA Assim como todos os seres vivos, as bactérias requerem uma fonte de energia para a síntese de elementos estruturais. Os nutrientes essenciais responsáveis pelas reações que produzem essas estruturas são: carbono (normalmente na forma de carboidratos), nitrogênio (normalmente na forma de proteínas e nucleotídeos), ATP, água e diversos íons, em especial o ferro. A fim de que ocorra o crescimento bacteriano, é necessária a presença de quantidades suficientes de nutrientes no meio, em especial aqueles que possam ser utilizados para a síntese de DNA, já que a replicação do cromossomo bacteriano é um evento essencial para a sobrevivência da célula. As bactérias são seres unicelulares constituídos de uma única célula, o que lhes permite uma reprodução rápida para produzir mais células semelhantes. Mas para que esse processo ocorra, são necessários alguns ingredientes básicos, no caso, água e nutrientes. Na sua maioria, as bactérias são organismos heterotróficos, uma vez que utilizam compostos orgânicos diferentes do CO 2 como fonte de carbono. Além disso, são consideradas quimiotróficas precisam retirar do meio as substâncias orgânicas necessárias ao seu desenvolvimento. Todas as bactérias patogênicas são, portanto, quimio-heterotróficas, ou seja, além de usarem compostos orgânicos diferentes do CO 2 como fonte de carbono, retiram do meio substâncias químicas para serem utilizadas como fonte de energia. A diminuição de nutrientes ou o acúmulo de produtos tóxicos no meio leva à interrupção de outros eventos do processo de crescimento, mas mantém a duplicação do cromossomo bacteriano até que ele esteja totalmente duplicado, permitindo, em alguns casos, a esporulação em espécies capazes. Em um meio de cultura, é possível identificar todas essas fases do crescimento bacteriano e determinar o tempo que uma bactéria leva para crescer, bem como avaliar os efeitos de diferentes agentes antimicrobianos. Nesta situação, podemos identificar quatro fases bem marcantes na dinâmica populacional da espécie: Fase de retardo (ou lag): refere-se ao tempo que a bactéria leva para se adaptar ao meio. Fase exponencial (ou log): ocorre o aumento numérico das bactérias como consequência da divisão celular e a redução dos nutrientes da cultura. 35
Unidade II Fase estacionária: as bactérias param de crescer por causa da falta de nutrientes (essa carência de nutrientes é acompanhada pelo acúmulo gradual de substâncias tóxicas, que tornam o meio impróprio para o crescimento bacteriano). Fase de declínio: acontece uma redução numérica da população bacteriana em decorrência de sua morte. Figura 17 Curva de crescimento bacteriano. (1) fase de adaptação; (2) fase de crescimento exponencial; (3) fase estacionária; (4) fase de declínio 3.1 Metabolismo bacteriano O metabolismo bacteriano se faz necessário a fim de que ocorra a produção de energia para a síntese de proteínas, estruturas citoplasmáticas, membrana plasmática e outras estruturas essenciais à sobrevivência da bactéria. Chamamos de catabolismo as reações que quebram um determinado substrato resultando na formação de ATP (adenosina trifosfato), que será utilizado na síntese de diferentes compostos, como a parede celular. O conjunto de reações que sintetiza novas estruturas, ou seja, constrói elementos celulares, recebe o nome de anabolismo. Saiba mais A fim de entender mais sobre catabolismo e anabolismo, bem como sua importância para o crescimento bacteriano, leia: TORTORA, G. J. et al. Microbiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. 36
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA A presença de oxigênio no meio é um fator essencial ao hospedeiro, mas não à bactéria, ao se tornar um elemento letal às bactérias anaeróbicas obrigatórias. Uma característica comum para a maioria dessas bactérias é a capacidade de esporular, uma vez que elas são incapazes de crescer na presença desse gás. Um exemplo de bactérias anaeróbicas obrigatórias são as pertencentes ao gênero Clostridium. No entanto, bactérias do gênero Mycobacterium têm o oxigênio como um elemento indispensável ao seu crescimento, por isso são chamadas de aeróbicas obrigatórias. Porém, a maioria das bactérias inclui-se grande parte das bactérias patogênicas pode crescer tanto na presença como na ausência de oxigênio, mudando a sua forma de metabolizar os nutrientes conforme a disponibilidade desse gás. Essas bactérias, chamadas anaeróbicas facultativas, são as mais eficientes na produção de energia, uma vez que conseguem se adaptar às concentrações de oxigênio do meio. A maioria das bactérias de interesse médico é classificada como anaeróbica facultativa. O metabolismo bacteriano inicia-se ainda no meio extracelular, onde são encontradas as macromoléculas que serão utilizadas na produção de energia. Essas macromoléculas precisam ser hidrolisadas por enzimas específicas e penetram na célula por intermédio de transportadores específicos localizados na membrana plasmática. Nessa situação, as proteínas são degradadas em aminoácidos, os polissacarídeos em monossacarídeos normalmente a glicose e os lipídios em glicerol e ácidos graxos. Os aminoácidos, a glicose e os ácidos graxos são, então, convertidos por diferentes vias em piruvato (ácido pirúvico). Por meio da oxidação da molécula de piruvato, ocorrerá a síntese de ATP ou, ainda, a utilização desse composto para a síntese de novas moléculas de aminoácidos, lipídios, carboidratos e ácidos nucleicos essenciais para a sobrevivência da bactéria. A figura seguinte resume as principais formas de obtenção de energia pelas bactérias. O principal substrato energético para a maioria das bactérias é a glicose. Esse monossacarídeo pode ser convertido em energia por meio de vias aeróbicas, no caso a respiração aeróbica, como também por vias anaeróbicas, mediante os processos de fermentação e respiração anaeróbica. Figura 18 Catabolismo de proteínas, polissacarídeos e lipídios na célula bacteriana 37
Unidade II A via mais comum que as bactérias utilizam para o catabolismo da glicose é a glicolítica ou glicólise ou, ainda, Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), isso porque as reações dessa via podem ocorrer tanto de forma aeróbica como de forma anaeróbica. Na presença de oxigênio, a glicose é convertida em piruvato por uma série de reações químicas, de forma que uma molécula de glicose que possui seis carbonos gera duas moléculas de piruvato, cada uma com três carbonos. Se o oxigênio estiver presente no meio, o piruvato ainda poderá ser oxidado, e seus produtos, utilizados para a síntese de ATP. Porém, em situações de carência ou insuficiência de oxigênio para manter a via aeróbica, a forma primária de produção de ATP é a fermentação. Nesse processo, o piruvato é convertido em diferentes produtos finais. Uma vez que o tipo de produto final gerado varia conforme a espécie, muitas bactérias podem ser identificadas com base no seu produto final. Os principais produtos finais podem ser ácidos, álcoois e gases. 38
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA Figura 19 Resumo da respiração aeróbica em procariontes 39
Unidade II Figura 20 Relação entre a fermentação, o tipo de produto final gerado e o organismo produtor Saiba mais A fermentação é o processo responsável pela formação da cárie dental. Aprofunde seus conhecimento sobre o assunto no livro: MURRAY, P. R, et al. Microbiologia médica. 7. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2014. 3.2 Genética e reprodução bacteriana Como todo organismo vivo, as bactérias também possuem genes sequências de nucleotídeos que têm funções biológicas responsáveis por expressarem características essenciais à sobrevivência da bactéria. 40
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA O termo genoma se refere ao conjunto de genes de um determinado organismo. Esses genes são responsáveis por conferir as peculiaridades do organismo, bem como por garantir a realização das reações químicas necessárias para mantê-lo em um determinado ambiente. Em uma bactéria, os genes estão organizados num único cromossomo circular, que fica localizado na região nucleoide; é lá que encontramos o genoma bacteriano. Além disso, as bactérias também possuem elementos genéticos extracromossômicos chamados plasmídeos (encontrados em bactérias Gram-), porém não são estruturas obrigatórias nas bactérias. Os genes plasmidiais não são essenciais para a sobrevivência da bactéria, mas podem expressar produtos biológicos que forneçam vantagem seletiva à bactéria e, principalmente, ser transferidos de uma bactéria a outra. A figura a seguir mostra a relação entre o DNA plasmidial e o cromossomo bacteriano. Figura 21 Comparação entre o cromossomo bacteriano e o DNA plasmidial Para que haja a divisão da célula bacteriana, é imprescindível, assim como nas eucariontes, que aconteça a replicação do cromossomo bacteriano. Ademais, nas bactérias é importante que ocorra a extensão dos elementos citoplasmáticas e da parede celular. 3.2.1 Fissão binária transversal A divisão celular bacteriana é também conhecida por fissão binária transversal porque, para que haja a formação das células-filhas, é necessária a produção de um septo que atravesse a parede celular e separe as células-filhas formadas. Esse septo inicia sua formação no meio da célula e cresce de lados opostos em direção ao centro da célula. Quando os dois lados se encontrarem, existirá a separação 41
Unidade II total das duas células-filhas. Porém, existem situações em que a separação não é total, ou seja, as células-filhas permanecem ligadas, levando à formação de cadeias, como as observadas em colônias de Streptococcus pneumoniae, e dos cachos visíveis em colônias de Staphylococcus aureus. As células bacterianas geradas pelo processo de fissão são geneticamente idênticas, e o tempo que uma célula-mãe leva para originar as duas células-filhas é chamado de tempo de geração. Figura 22 Representação esquemática do processo de fissão binária em bactérias 3.3 Aquisição da variabilidade genética Uma vez que o genoma bacteriano é muito menor do que o genoma de qualquer célula eucarionte, as mutações nos genes bacterianos produzem alterações manifestadas pelas bactérias. Chamamos de mutação qualquer mudança na sequência original de nucleotídeos de um gene. Nem toda mutação provoca alterações no produto gênico formado; em contrapartida, podem ocorrer alterações em apenas uma base nitrogenada, o que já provoca modificações no produto gênico formado. 42
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA Embora as bactérias possam apresentar altas taxas de mutação, é comum a troca de material genético entre elas. Esse intercâmbio gênico oferece para a bactéria uma série de vantagens adaptativas, em especial, a aquisição de genes que codificam novas toxinas e produtos de resistência a antibióticos. As principais formas de aquisição desses novos genes envolvem a transferência de genes plasmidiais e ainda vetores virais, também denominados bacteriófagos. Os plasmídios são normalmente transferidos por meio de um processo conhecido como conjugação, enquanto os bacteriófagos fazem a transferência de genes durante o processo de infecção das células bacterianas. Outros fatores menos comuns de transferência de genes são os transposons, elementos genéticos móveis que podem transferir elementos gênicos dentro de uma mesma célula, ou seja, a sequência de DNA muda de posição dentro do cromossomo ou ainda salta do cromossomo bacteriano para um plasmídio. As bactérias patogênicas apresentam mecanismos especiais para controlar a expressão dos seus fatores de virulência. Os genes que codificam para toxinas bacterianas, mecanismos de escape imunológico, resistência a antimicrobianos, penetração em célula não fagocítica, dentre outros fatores, ficam concentrados em ilhas de patogenicidade. Na presença de um estímulo ambiental, como mudança de temperatura ou ph e contato com superfícies teciduais do hospedeiro, ativam esse conjunto de genes e permitem que a bactéria manifeste sua patogenicidade e cause a doença. Existem vários mecanismos que permitem essa aquisição de material genético, mas os três principais são: a conjugação, a transformação e a transdução. 3.3.1 Conjugação Relatada pela primeira vez em 1946, por Lederberg e Tatum, a conjugação é o principal processo pelo qual bactérias da mesma espécie ou de espécies filogeneticamente próximas podem adquirir variabilidade genética. O processo de conjugação consiste na transferência unidirecional de DNA plasmidial mas de fita simples de uma bactéria doadora para uma bactéria receptora. A passagem desse DNA ocorre por meio da fímbria sexual, que está presente na bactéria doadora. Para que a conjugação ocorra, a bactéria doadora precisa possuir um plasmídio conjugativo (ou plasmídio F), que carrega todos os genes necessários a fim de que o processo conjugativo, ou seja, a transferência do DNA em si, ocorra. Dentre os elementos presentes no plasmídio F, podemos citar aqueles genes que vão expressar as proteínas necessárias à construção das fímbrias sexuais. Os eventos de conjugação são mais comuns em bactérias entéricas (família das enterobactérias) e bactérias Gram-, embora existam relatos desse processo em bactérias dos gêneros Pseudomonas e Streptococcus. Diferentes genes podem ser transmitidos por conjugação. Os mais comuns são os genes de resistência a antibióticos e as colicinas proteínas capazes de matar outras bactérias. O que esses 43
Unidade II genes têm em comum? Todos vão conferir alguma vantagem seletiva à bactéria receptora, permitindo que ela se adapte mais facilmente a uma situação adversa do que aquela que não receber esses genes. Algumas bactérias possuem plasmídios que só contêm genes de resistência a antibióticos os chamados fator R, e as bactérias que os contêm recebem o nome de bactérias R conjugativas, porque podem passar esse plasmídio para outras. Quando uma bactéria receber o fator R por conjugação, ela se tornará resistente a múltiplos fármacos. São as chamadas superbactérias. A figura a seguir resume os principais passos do processo. Figura 23 Etapas do processo de conjugação. (1) Bactéria doadora se liga à bactéria receptora através do pelo F; (2) contato entre as células; (3) uma fita do DNA plasmidial é transferida da bactéria doadora para a bactéria receptora através do pelo F; (4) a bactéria receptora e a bactéria doadora sintetizam a fita complementar de DNA plasmidial 44
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA 3.3.2 Transformação Chamamos de transformação o processo pelo qual uma bactéria incorpora fragmentos de DNA do meio ambiente, tornando-se geneticamente modificada. Esse processo de transformação foi descrito pela primeira vez em 1928, pelo médico Fredeick Griffith, em um experimento que comprovou a presença de uma molécula da hereditariedade; porém, somente em 1944 Oswald Avery e seus colaboradores comprovaram que essa molécula era o DNA. Na natureza, os eventos de transformação são raros e, ao contrário da conjugação, podem ocorrer entre bactérias. São chamadas de bactérias competentes aquelas capazes de absorver esse fragmento de DNA desnudo, ou seja, não associado a uma célula, presente no meio. Ao ser absorvido, esse DNA estranho será recombinado com o DNA bacteriano, e a bactéria pode expressar os produtos desse gene, quando necessário, e ainda passá-lo aos seus descendentes pelo processo de fissão binária. O resumo do processo é descrito na figura a seguir. Figura 24 Mecanismo de transformação genética em bactérias. Quanto maior a proximidade genética entre a bactéria receptora e a origem do fragmento de DNA, maiores as chances de sucesso do processo de transformação 45
Unidade II 3.3.3 Transdução A principal diferença da transdução para os dois processos descritos anteriormente é o fato de que nesse mecanismo de transferência genética existe a participação de um vetor de transferência, no caso, um bacteriófago, ou seja, um vírus bacteriano. Quando um bacteriófago infectar uma célula bacteriana, ele recombinará o seu material genético com o cromossomo bacteriano. À medida que o bacteriófago se replica, ocorre a fragmentação do DNA bacteriano, que permanece ligado ao seu material genético. Durante o processo de montagem do novo bacteriófago, esses fragmentos de DNA bacteriano serão incorporados ao novo fago. Assim que o ciclo de replicação do fago estiver completo, a célula bacteriana se romperá, e os fagos maduros serão liberados no meio, carregando no seu material genético fragmentos do DNA bacteriano. Ao infectar uma nova bactéria, esses genes da primeira bactéria hospedeira do fago serão incorporados no novo hospedeiro, que poderá expressar novos produtos biológicos a partir desses novos genes adquiridos. Figura 25 Mecanismo de transdução generalizada em que o DNA de uma bactéria pode ser transferido para outra através de um bacteriófago 46
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA 3.4 Resistência bacteriana Os eventos descritos anteriormente permitem que a bactéria adquira novas características, dentre elas a resistência aos antibióticos. Também são fatores que podem levar ao desenvolvimento da resistência aos antimicrobianos, às mutações e transposições que alteram a sequência original dos nucleotídeos e ao uso indiscriminado de antibióticos que seleciona as bactérias mais fortes: Alteração da permeabilidade da membrana: para que o antibiótico atue, é preciso chegar até o citoplasma bacteriano, onde se encontram as proteínas e as enzimas responsáveis pelo metabolismo e pela fisiologia da bactéria. Para tanto, ele tem de atravessar a membrana e a parede celular bacteriana. Alterações na composição química dessas estruturas impedem a absorção do antibiótico e, consequentemente, sua ação. Inativação enzimática: as bactérias desenvolvem enzimas que alteram a estrutura do antibiótico e impedem sua ação. A penicilinase é uma das principais enzimas descritas, cuja atividade está relacionada à resistência aos antibióticos. As principais bactérias que apresentam resistência à penicilina e seus derivados são capazes de expressar a penicilinase. Bomba de efluxo: neste caso, as bactérias possuem genes que expressam uma proteína de membrana capaz de expulsar da célula o antibiótico antes que ele se ligue ao sítio ativo. Mudança do sítio de ação: todo antibiótico se liga a uma região específica da molécula-alvo. Essa ligação ocorre em sítios específicos em que há afinidade química entre o antibiótico e a molécula-alvo. Para impedir a ligação do antibiótico, a bactéria altera a região do sítio ativo da molécula-alvo, fazendo que o antibiótico não tenha como se ligar e, portanto, não possa alterar o seu funcionamento. Figura 26 Representação esquemática das principais estratégias desenvolvidas pelas bactérias para neutralizar o efeito dos antibióticos 47
Unidade II Saiba mais A resistência bacteriana é um problema de ordem mundial, e quanto mais nós soubermos sobre o assunto, mais estratégias poderemos desenvolver para reduzir o surgimento de superbactérias. Leia mais sobre o assunto em: MORENO C. M. et al. Mecanismos de resistencia antimicrobiana en patógenos respiratorios. Revista de otorrinolaringología y cirugía de cabeza y cuello. Santiago, v. 69, n. 2, p. 185-92, ago. 2009. Disponível em: <http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0718-48162009000200014&lng=es&nrm=iso>. Acesso em: 15 jul. 2016. 4 FATORES QUE INTERFEREM NO CRESCIMENTO BACTERIANO Uma vez que as bactérias são organismos de grande interesse na indústria e na área da saúde, o conhecimento de fatores que estimulem ou inibam seu crescimento e desenvolvimento é vital para garantir o bem-estar e a saúde humana. Inúmeros aspectos ambientais podem afetar o crescimento bacteriano de diferentes maneiras. O conhecimento de quais são essas causas e como afetam o metabolismo e a reprodução bacteriana é importante para o controle desses microrganismos em indústrias, hospitais e laboratórios. Os principais fatores que afetam o crescimento bacteriano são a disponibilidade de nutrientes, a pressão osmótica, a temperatura e a atmosfera gasosa. 4.1 Nutrientes Todos os organismos vivos precisam de nutrientes para realizarem suas funções vitais, uma vez que a quebra das ligações químicas de nutrientes libera a energia necessária para a realização das reações químicas essenciais à manutenção da vida, dentre elas a manutenção das taxas de reprodução. Quanto maior a disponibilidade do meio, mais energia disponível para a realização dos eventos reprodutivos. A redução dos nutrientes do meio faz que as bactérias e outros microrganismos se tornem incapazes de se reproduzir. Muitas bactérias, inclusive na ausência de alguns aminoácidos, como a alanina, desencadeiam os eventos de esporulação. Os principais nutrientes necessários para o desenvolvimento da bactéria são o carbono, o oxigênio, o nitrogênio, o fósforo, o enxofre e, em menores quantidades, o ferro, o iodo e o zinco. 4.2 Temperatura Cada microrganismo possui uma temperatura ótima de crescimento. É nessa temperatura que as enzimas estão na sua eficiência máxima, ou seja, esse organismo estará crescendo e se desenvolvendo 48
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA em velocidade máxima. Temperaturas abaixo ou acima dessa temperatura ideal influenciam o funcionamento enzimático e, consequentemente, a sua performance reprodutiva. Chamamos de temperatura mínima a mais baixa temperatura em que identificamos crescimento e reprodução bacteriana. Se esse microrganismo estiver exposto a temperaturas inferiores à sua temperatura mínima, a energia de ativação das moléculas se reduzirá; consequentemente, as enzimas não trabalharão, e o microrganismo não crescerá, embora ele também não vá morrer. Por isso, costumamos dizer que temperaturas baixas são microbioestáticas. Já a temperatura máxima é a temperatura mais alta na qual encontramos microrganismos vivos. Acima dessas temperaturas, o microrganismo morre devido à desnaturação de suas proteínas e enzimas. Logo, costumamos dizer que temperaturas altas são microbicidas. Conforme o valor da sua temperatura ótima, os microrganismos são classificados em termófilos, mesófilos e psicrófilos. A figura a seguir mostra essas categorias de acordo com a sua faixa de temperatura. Figura 27 Classificação de bactérias de acordo com a sua temperatura ótima de crescimento. As bactérias patogênicas se enquadram na categoria de mesófilas As bactérias termófilas crescem bem em temperaturas acima de 60 ºC, ou seja, são incapazes de sobreviver no corpo humano, cuja temperatura ótima é em torno de 35 ºC. Essas bactérias são normalmente encontradas em fontes de águas termais, no interior e nas proximidades de fendas hidrotermais, em covas com adubos e em silagens. Já as bactérias psicrófilas são o oposto, pois têm sua temperatura ótima de reprodução em torno de 15 ºC, isto é, também não se adaptam ao organismo humano. São bactérias encontradas na neve e nas águas frias do oceano. 49
Unidade II As bactérias que possuem uma temperatura ótima em torno de 30 ºC a 35 ºC são as chamadas bactérias mesófilas. Nesse grupo se enquadram as bactérias que colonizam plantas e animais. As bactérias patogênicas e as que constituem a flora endógena do organismo humano são na sua maioria mesófilas, pois crescem em uma temperatura ótima de 36 ºC a 37 ºC. 4.3 Oxigênio Anteriormente falamos sobre como o oxigênio atmosférico pode interferir no crescimento bacteriano por influenciar o tipo de estratégia metabólica adotada pela bactéria. Assim, não apenas o tipo de gás encontrado na atmosfera, mas também a sua concentração são fatores que podem estimular ou inibir o desenvolvimento de um microrganismo específico. A figura a seguir resume a classificação dos microrganismos de acordo com a disponibilidade de oxigênio. Figura 28 Classificação dos microrganismos de acordo com a sensibilidade ao oxigênio. Observação A disponibilidade do oxigênio é maior na superfície do líquido; portanto, quanto maior a carga microbiana próxima a superfície, maior a necessidade de oxigênio do microrganismo. Microrganismos que se concentram no fundo do frasco são intolerantes ao oxigênio. 50
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA 4.4 Pressão osmótica Por definição, a pressão osmótica é a pressão que soluções intracelulares e extracelulares exercem na membrana de uma célula. No entanto, uma célula sempre vai procurar igualar a pressão entre os dois meios para garantir suas funções vitais. Quando a célula bacteriana for colocada em uma solução hipertônica, ou seja, mais concentrada do que seu meio interno, ela tenderá à crenação em decorrência do movimento de saída de água do meio intracelular para o meio extracelular. Porém, não podemos esquecer que as bactérias possuem parede celular e que, dentre suas muitas funções, está a de impedir esse tipo de movimento. Assim, ocorre um evento chamado plasmólise (lembra um encolhimento do citoplasma). Essa condição inibe radicalmente a reprodução bacteriana. Entretanto, se a célula bacteriana estiver colocada em uma solução hipotônica, ou seja, menos concentrada que o meio intracelular, existirá a tendência de a água entrar na célula, levando à ocorrência da plasmoptise, ou seja, do rompimento da membrana plasmática e, consequentemente, do extravasamento do citoplasma. A bactéria Vibrio cholerae, agente causador da cólera, apresenta duas peculiaridades: consegue sobreviver em ambiente alcalino e é considerada halofílica, ou seja, prefere sobreviver em ambientes hipertônicos. A figura a seguir resume a classificação dos microrganismos, segundo sua tolerância à concentração de sal: Figura 29 Classificação dos microrganismos segundo sua tolerância à concentração de NaCl (cloreto de sódio) 4.5 Potencial hidrogeniônico (ph) O termo potencial hidrogeniônico (ph) é normalmente utilizado quando nos referimos à acidez ou à alcalinidade do meio, isto é, à alta concentração de íons hidrogênio do meio (ph ácido) ou à baixa concentração de íons hidrogênio no meio (ph alcalino). 51
Unidade II Embora a maioria das bactérias cresça preferencialmente em ph neutro (ph 7,0-7,4), existem algumas bactérias que podem crescer em meios cujos valores sejam ph ácidos ou alcalinos. As bactérias acidofílicas sobrevivem em ph ácido como o do estômago, ao passo que as bactérias alcalífilas sobrevivem em ph acima de 8,0. 4.6 Métodos de controle do crescimento bacteriano Em ambientes hospitalares, é essencial a inibição do crescimento de microrganismos para que eles não causem infecções nos pacientes, que, muitas vezes, já estão debilitados. O crescimento de microrganismos pode ser inibido por intermédio de métodos físicos e químicos, que eliminam totalmente os patógenos, ou apenas pela criação de condições que impeçam sua reprodução. Chamamos de microbioestático aquele agente, físico ou químico, que apenas impede a replicação do microrganismo, sem, no entanto, matá-lo. Neste caso, quando o meio voltar a se tornar propício, o microrganismo voltará a crescer. Entretanto, no momento em que o agente, físico ou químico, destruir totalmente o microrganismo, ele será considerado um agente microbicida. As técnicas de esterilização são todas técnicas microbicidas, porque envolvem a eliminação total de todas as formas metabolicamente ativas e vegetativas dos microrganismos. As técnicas de esterilização podem ser físicas, como a temperatura alta, a radiação e a filtração, ou ainda químicas, como o glutaraldeído, o formaldeído e o óxido de etileno. Em contrapartida, as chamadas técnicas desinfetantes levam apenas à redução da carga microbiana, ou seja, à redução do número de microrganismos em uma superfície ou em um material inanimado. Normalmente é feita mediante o uso de agentes químicos e podem ser classificadas em três níveis: Desinfecção de baixo nível: o agente químico tem ação sobre a maioria das bactérias, alguns fungos e vírus, porém é incapaz de destruir formas mais resistentes, como os endósporos e as micobactérias. Desinfecção de nível intermediário: embora destrua a maioria das bactérias, incluindo as micobactérias, ainda é ineficiente contra os endósporos, alguns vírus e fungos. Desinfecção de alto nível: capaz de destruir todas as formas biologicamente ativas de microrganismos, mas ineficiente contra os endósporos. Finalmente, a antissepsia é uma técnica semelhante à desinfecção, porém aplicada a tecidos vivos, portanto deve usar agentes químicos que não sejam tóxicos ou nocivos ao indivíduo que vai recebê-la. Também é realizada por agentes químicos de concentração e tipo selecionados de acordo com o tecido que vai recebê-la. Continua sendo eficiente para a redução da carga microbiana, mas inadequada para eliminar os endósporos. 52
MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA A escolha do método a ser utilizado depende do tipo de material, do nível de controle desejado e de qual o microrganismo está contaminando o meio. Diferentes estruturas podem ser alvo do método escolhido. No caso de fungos e bactérias, a parede celular é um alvo importante, uma vez que impede a lise osmótica. Assim, qualquer alteração na composição e na estruturação da parede faz que ela não exerça sua função adequadamente, levando o microrganismo à morte. A membrana plasmática também pode ser alvo desses agentes, já que é uma estrutura de suma importância no controle de fluxo de substâncias entre os meios interno e externo do microrganismo, principalmente no que diz respeito à eliminação de substâncias tóxicas. Agentes físicos, como a temperatura, bem como alguns agentes químicos, têm como alvo as enzimas e as proteínas estruturais. Tais agentes alteram, em diferentes níveis, o metabolismo bacteriano, por modificarem as ligações químicas que mantêm a estrutura de enzimas e proteínas. Quando essa estrutura for alterada totalmente ou parcialmente, a macromolécula perderá sua função e, consequentemente, diferentes etapas do metabolismo poderão ser afetadas. Nesse sentido, danos nos ácidos nucleicos (DNA e RNA), por esses mesmos agentes, também levarão à morte da célula ao impedir tanto a replicação celular como a síntese de novas enzimas e proteínas estruturais. Leitura obrigatória Leia os livros na Biblioteca Virtual: BROOKS, G. F. et al. Microbiologia médica de Jawetz, Melnick e Adelberg. 25. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. Disponível em: <https://online.minhabiblioteca.com.br/books/9788580550719/ pageid/0>. Acesso em: 15 jul. 2016. ENGELKIRK, P. G.; DUBEN-ENGELKIRK, J. Burton: microbiologia para ciências da saúde. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2015. Disponível em: <https://online.minhabiblioteca.com.br/ books/978-85-277-2495-1/epubcfi/6/2!/4/2/2@0:0>. Acesso em: 15 jul. 2016. MADIGAN, M. T. et al. Microbiologia de Brock. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. Disponível em: <https://online.minhabiblioteca.com.br/books/9788536323305/pageid/0>. Acesso em: 15 jul. 2016. Resumo Vimos nesta unidade que procariontes normalmente se reproduzem assexuadamente (fissão binária transversal), mas as bactérias podem apresentar mecanismos de recombinação, como a conjugação, a transformação e a transdução, que resultam da interação do material genético de uma bactéria com partes do material genético de outra. Esses eventos permitem que a bactéria adquira novas características, dentre elas a resistência aos antibióticos. 53
Unidade II Na região do nucleoide, encontra-se o cromossomo único e circular das bactérias. Já os plasmídeos são moléculas menores de DNA circular que não codificam uma característica específica, mas conferem vantagem seletiva à bactéria. A disponibilidade de nutrientes é o principal fator que rege o crescimento bacteriano. Em um sistema fechado, temos quatro fases distintas desse crescimento: fase de adaptação da bactéria ao meio; período de divisão celular da bactéria; decréscimo da velocidade da divisão celular decorrente da redução dos nutrientes disponíveis no meio; morte ou declínio quando as condições do meio estiverem impróprias para o crescimento. Dentre os fatores físicos que influenciam o crescimento bacteriano, temos os nutrientes, a temperatura, o ph e, principalmente, o oxigênio. As bactérias apresentam diferentes sensibilidades ao oxigênio e se classificam em: aeróbicas estritas (ou obrigatórias) incapazes de crescer na ausência de O 2 ; aeróbicas facultativas apresentam mecanismos para obtenção de energia e atuam na presença ou na ausência de oxigênio; e anaeróbicas restritas (ou obrigatórias) intolerantes ao O 2. O oxigênio também determina a estratégia metabólica adotada pelas bactérias, sendo as principais delas: fermentação processo que ocorre na ausência de O 2 e leva à quebra parcial da molécula de carboidrato, gerando diferentes produtos finais; putrefação processo de decomposição de proteínas que também ocorre na ausência de O 2, tendo como produto final a geração de ácido sulfídrico; respiração aeróbica quebra de nutrientes (carboidratos e proteínas), sendo o oxigênio o aceptor final de elétrons; respiração anaeróbica quebra de nutrientes (carboidratos e proteínas), tornando os compostos inorgânicos o aceptor final de elétrons. 54