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MICROBIOLOGIA HISTORICO DA MICROBIOLOGIA: - Por que estudar microrganismos i) primeiros seres vivos a habitar o nosso planeta; ii) causadores de doença; iii) transformadores de substancias para o uso de outros organismos vivos ; iv) reciclagem de matéria orgânica; v) produzem substancias uteis para a sociedade (biotecnologia). - O que fazem os microrganismos no ambiente i) reciclam matéria orgânica; ii) fixação de nitrogênio e carbono; iii) fotossíntese; iv) síntese de vitaminas v) pequenas moléculas com atividade biológica; vi) equilíbrio das espécies nas comunidades microbianas; vii) causam doenças em outros series vivos. Robert Hooke 1635 - 1703 “as menores unidades estruturais da vida são como pequenas caixas ou celas”. Foi o primeiro cientista a observar o mundo invisível sob um microscópio teoria celular. Anton Van Leeuwenhoek observou microrganismos em diversos materiais e afirmou que era vivos por apresentarem intenso movimento. 1683 publicou o desenho com a primeira representação d uma bactéria. observou, em 1680, que o fermento consistia de partículas globulares diminutas, as leveduras. TEORIA DA GERAÇÃO ESPONTANEA A vida surge espontaneamente de objetos inanimados ou matéria sem vida. Francesco Redi (1668) Não havia geração Um ser vivo só existe a partir de outro ser vivo. Experimento de carne expostas ao ar e carnes não expostas ao ar. John Needham Geração espontânea da vida. Aquecimento de um béquer e após deixado em descanso, aberto, formas de vida surgia. Experiencia de Lazzaro Spallanzani, após o aquecimento do béquer fechado não houve surgimento de vida. Louis Pasteur (1822-1895) Os microrganismos estão no ar e podem contaminar o caldo de cultura, porem o ar não gera espontaneamente vida. Experiimento do frasco com pescoço de ganso (1861). Calor destrói microrganismos desenvolveu métodos para impedir que os microrganismos tenham acesso a matéria orgânica, contaminando o ambiente e as superfícies. conceito de pasteurização (aquecimento do vinho) - Em 1840, Ignaz Philipp, mostrou que lavar as aos podia interromper a transmissão da doença. - Em 1870 Joseph Lister, cirurgião, utilizou o acido carbólico para limpeza dos instrumentos e diminuiu as mortes após cirurgias lavar as mãos. Postulado de Koch (1843 – 1910) Bacillus anthracis (1876) um Mi deve ser isolado de um animal morto, purificado e posto em um animal sadio e deve ser observado a doença no mesmo. Vacinação Edward Jenner (1749 – 1823) varíola (1796) Jenner imuniza um garoto de 8 anos com material de lesões de varíola bovina, e semanas mais tarde, inocula pus de lesão de varíola humana. - Em 1880, Louis Pasteur começou a entender o mecanismo a imunidade. Era de ouro da microbiologia (1857 – 1914): identificação de bactérias causadoras de doenças, papel da imunologia na prevenção e cura das doenças infecciosas, estabelecimento da microbiologia como ciência e desenvolvimento de técnicas de cultivo e controle de microrganismos. Alexander Fleming (1881 – 1955) descoberta da penicilina (1929) CONCEITOS DA MICROBIOLOGIA: Microbioma genoma total de todo microrganismo no ambiente de estudo. Microbiota comunidade de microrganismo no ambiente de estudo. Microbiota residente: endógena e microbiota transiente: exógena. Biofilme estrutura de microrganismo rígida, ex. nos dentes. CONCEITOS DE BIOSSEGURANÇA: CONTROLE DO CRESCIMENTO BACTERIANO técnicas de controle do crescimento microbiano baseadas no uso de calor (Pasteur). - Por que é importante controlar o crescimento microbiano prevenir a transmissão de doenças, evitar a decomposição de alimentos, cosméticos e medicamentos, evitar contaminação da agua e solo. Biocida morte dos microrganismos Biostático inibe o crescimento de microrganismos. Ações dos agentes antimicrobianos alteração na permeabilidade da membrana plasmática, danos aos lipídeos e proteínas nas membranas, extravasamento do conteúdo celular. Danos ao DNA agentes oxidantes geram formas reativas de oxigênio danos ao DNA, causando mutações, prejudicando a replicação, e desnaturação de proteínas. Classificação de agentes antimicrobianos métodos físicos: Calor seco ou úmido seguro e baixo custo e não gera produtos tóxicos ocorre desnaturação das proteínas e enzimas levando a morte do microrganismo. Ponto de morte térmica (PMT) menor temperatura capaz de matar todos os microrganismos. Tempo de morte térmica (TMT) tempo mínimo para matar todos os microrganismos. Tempo de redução decimal (TRD) tempo mínimo a uma dada temperatura em que 90% é eliminada. ANATOMIA FUNCIONAL DE CÉLULAS ORICARIOTICAS E EUCARIOTICAS METABOLISMO MICROBIANO Metabolismo: conjunto das reações bioquímicas que ocorre dentro de uma célula, organizado e complexo. Regulado por enzimas, que podem ou não requerer energia. Cada via metabólica requer uma enzima especifica. Cada enzima tem configuração única possibilitando que elas sejam reconhecimento ao substrato especifico. As enzimas são catalisadores biológicos, que podem acelerar um reação química diminuindo a energia de ativação necessária para que a reação aconteça, sem elevação da temperatura. A classificação das enzimas segue ao tipo de função que a enzima tem no metabolismo. Componentes das enzimas: Apoenzima, porção proteica inativa. Coenzima ou cofator, porção não proteica que quando junto a apoenzima forma a Holoenzima, com sitio ativo preparado para receber o substrato e reagir. Mecanismo de ação enzimática: quando o substrato se liga a enzima, forma-se o complexo enzima-substrato, onde ocorre uma mudança conformacional para que ocorra um melhor encaixe do substrato ao sitio ativo da enzima. Ocorre então a quebra do substrato em produtos e após a reação a enzima forma a sua conformação para exercer novamente a sua atividade. Enzimas diferentes podem metabolizar o mesmo substrato, entretanto, com reações diferentes obtendo produto diferente. Nem toda enzima é proteica e nem toda proteína é uma enzima. Como exemplo, as ribozimas que são formadas de RNA, com função removendo sessões e unindo fragmentos remanescentes da fita de RNA. Fatores que atuam na atividade enzimática: Temperatura, quanto maior a temperatura, maior a atividade enzimática pela maior mobilidade das moléculas favorecendo a produção de energia. Porem a um limite de temperatura, após a temperatura ótima (temperatura de melhor atividade enzimática), a desnaturação das enzimas, inativação da enzima por perda da estrutura terciaria e perda de função, podendo ser parcial ou não. Fora a temperatura alta, ácidos concentrados, bases, metais pesados, álcool também pode desnaturar a enzima. Outros pontos que alteram a atividade enzimática são o pH e a concentração de substrato. Quanto maior a concentração de substrato maior o numero de ligação enzima substrato, entretanto, isso exerce um platô indicando saturação do sitio enzimático, mostrando que um limite máximo de atividade enzimática em decorrência do numero de substrato. Inibidores enzimáticos: inibidores competitivos, possuem forma e estrutura química semelhante a do substrato por isso compete com o substrato pelo sitio ativo da enzima, podendo ser reversivo ou não. Os inibidores não competitivos, eles não se ligam no sitio do substrato, eles se ligam num sitio alostérico, onde ocorre uma mudança conformacional no sitio ativo da enzima que diminui a sua afinidade e encaixe ao substrato. Existe ainda outro tipo de inibição, nomeada de inibição por retroalimentação. Importante para impedir a celular microbiana de gastar energia de forma desnecessária. Acontece quando o numero de produto da reação enzimática se eleva a saturação enzimática, a um efeito de o próprio produto inibir, por inibição alostérica, a reação enzimática por mudanças conformacional no sitio ativo. Essainibição ocorre do produto para a primeira enzima da cascata, evitando que as outras enzimas trabalhem para desnecessariamente. Vias metabólicas: Catabolismo: quebra de compostos para moléculas mais simples, essas reações liberam energia. Consideradas hidrolíticas (requerem agua) e exergônicas (produzem mais energia do que consomem). Geralmente tem-se como produto final CO2, H2O. Essas reações são importantes, pois liberam energia para que ocorra as reações que necessitam de energia (anabolismo). Anabolismo: parte de reações de compostos mais simples produzindo compostos orgânicos complexos, como exemplo, de aminoácidos, ácidos graxos e bases nitrogenadas produzindo proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos, respectivamente. Reguladas por enzimas biosintética, que requerem energia para que a reação ocorra. São consideradas reações de desidratação e endergônicas (consomem mais do produzem). O ATP é a principal molécula de reserva energética da célula e tem uma grande importância pois possui ligações instáveis de alta energia, suprindo a célula com uma energia prontamente disponível. Reações de Oxirredução: Reação de transferência de elétrons, aumentando o numero de elétrons de um composto (reduzindo) e diminuindo de outro (oxidando). Nas reações catabólicas acontece a oxidação dos nutrientes altamente reduzidos, como exemplo na glicólise, acontece a transferência de elétrons a uma coenzima (carreador de elétrons), exemplo o NAD para NADH. Na fosforilação, ocorre a transferência de fosfato a um composto. Quando perde elétrons na quebra de um fosfato oxida e quando ganha um grupo fosfato reduz, por ganhar elétrons. A produção de ATP acontece por 3 vias: - FO, transferência de elétrons de compostos orgânicos para um grupo de carreadores de elétrons (NAD + e FAD), ocorre na membrana plasmática de procariotos e na membrana mitocôndria em eucariotos. Sequencia de carreadores; cadeia transportadora de elétrons. - Fosforilação em nível de substrato, transferência de um composto fosforilado (substrato) a ADP formando ATP, não necessita de carreadores. – Fotofosforilação, ocorre somente nas células fotossintéticas, que absorvendo, por pigmentos, a luz do ambiente produzindo energia por reação bioquímica. Os microrganismos vão liberar e armazenar energia a partir de moléculas orgânicas através de uma serie de reações controladas (oxirredução), caso isso não acontece a energia seria liberada de uma só vez causando um dano celular por excesso da quantidade de calor. Catabolismo de Carboidratos: os microrganismos apresentam dois mecanismos para gerar energia a parir da glicose. - RESPIRAÇÃO CELULAR, onde atua aceptores de elétrons (fosforilação oxidativa), podendo ser: AEROBIA, onde o aceptor externo é o oxigênio e compreende três etapas, glicólise (oxidação da glicose em piruvato, produção de ATP e NADH), ciclo de Krebs (oxidação do Acetil-CoA em CO2, produção de ATP, NADH e FADH2) e cadeia de transporte de elétrons (oxidação de NADH e FADH2). Nas situações ANAEROBIA, aceptores diferentes do oxigênio (nitrato, sulfato, carbonato, etc.). O oxigênio é toxico para esse grupo de microrganismo. - FERMENTAÇÃO, ocorre na ausência de aceptores externos de elétrons (fosforilação em nível de substrato). Ocorre somente a glicólise, seguida pela: fermentação alcoólica (prod. de etanol) e fermentação lática (prod. de acido lático). Acido pirúvico é reduzido a ácidos orgânicos e álcoois. NADH é oxidado a forma NAD , essencial para operação continuada da glicólise. Não requer utilização do ciclo de Krebs ou da cadeia transportadora de elétrons. Vias intermediarias da glicólise: VIA DAS PENTOSES, responsável pela síntese de pentoses usadas na síntese de nucleotídeos e aminoácidos. Essa via é encontrada em: Bacillus subtilis, Escherichia coli, Leuconostoc mesenteroides e Enterococcus faecalis. VIA ENTNER DOUDOROFF, podem metabolizar, por enzimas especificas, a glicose sem a glicólise ou a via da pentose. Geralmente não é encontrada em gram positivo. Gera apenas em 1 ATP. Encontrada em: Pseudomonas spp., Rizobium spp. E Agrobacterium spp. Nos procariotos as reações acontecem na membrana plasmática, por não haver organelas revestidas por membrana e em bactérias e realizado na mitocôndria. A cadeia transportadora de elétrons ocorre na membrana citoplasmática em procariotos e na membrana das mitocôndrias ou nos cloroplastos em eucariotos. *Quimiosmose: meio mais concentrado para o meio menos concentrado através de uma bomba/transportador. Exemplo, a ATPase para sintetizar ATP mudando o gradiente do prótons de hidrogênio. Na respiração anaeróbia, exclusivo dos procariotos, o ganho de energia é muito menor do que nos aeróbicos, pelo fato de nenhum aceptor alternativo apresenta potencial tão oxidante quanto O2. A fermentação pode acontecer em aerobiose ou anaerobiose. O aceptor final é uma molécula orgânica. E diferente da respiração aeróbica e anaeróbica, que são a nível de substrato e oxidativa, o tipo de fosforilação da fermentação é somente a nível de substrato. Moléculas de ATP produzidas em cada processo de respiração celular. AEROBICA, em eucarioto 36 e em procarioto 38. ANAEROBICA, variável, menor que 38, mas maior que 2. FERMENTAÇÃO, apenas 2 moléculas. Catabolismo de lipídeos e das proteínas: os microrganismos quebram moléculas de lipídeos através de enzimas lipases, produzindo glicerol e ácidos graxos. O glicerol é utilizado para conversão em Didroxiacetona-fosfato que é precursor da glicólise para formação do acido pirúvico. No caso das proteínas, as enzimas proteases e peptidases, extracelulares, e quebram proteínas em aminoácidos que são capazes de atravessar as membranas. Podem ser utilizados para síntese de piruvato, acetil CoA e CK. Fotossíntese : conversão de energia solar em energia química. Essa energia química é utilizada para que a partir de CO2 seja formado moléculas de açúcares para célula. No caso de plantas, algas e cianobactérias 6CO2 + 12H2O + Energia luminosa C6H12O6 + 6H2O + 6O2 Em bactérias purpuras e sulfurosas verdes 6O2 + 12H2S + Energia luminosa C6H12O6 + 6H2O + 12S Reações dependentes de luz: Fotofosforilação, acontece em nível de tilacoides membranosos dos cloroplastos (algas e plantas verdes) e em nível de tilacoides de estruturas fotossintéticas (cianobactérias). A energia luminosa através da clorofila é transformada em energia química, essa energia química passa pela cadeia transportadora de elétrons e se os elétrons retornar para a clorofila, esse processo é chamado de fosforilação cíclica, em que o único produto será o ATP. No caso do elétron não retornar, acíclica, além do ATP há produção de NADPH. Reações independentes de luz (ciclo de Calvin Benson): usasse o ATP produzido pela reação dependente de luz para fixação do CO2 para produção de açucares. O CO2 se liga a molécula de Ribose-6-fosfato, passa por três reações ate chegar no gliceraldeído-3-fosfato que se liga a outra molécula de gliceraldeido-3-fosfato (3C) para formar uma molécula de açúcar. Crescimento microbiano: aumento do número de células. Bipartição em procariotos. Fatores físicos: temperatura, pH e pressão osmótica. Fatores químicos: fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, fosforo e oxigênio, elementos traços e fatores orgânicos de crescimento. - Temperatura: todo microrganismo tem uma faixa de temperatura mínima e máxima para poder crescer, e terá a temperatura ótima, e nessa temperatura haverá o máximo de crescimento. Psicrófilos: crescem em baixas temperaturas, pode variar entre 20 á -10 ºC. raramente tem a capacidade de deteriorar os alimentos. Psicotroficos: capazes de crescer na faixa de 0 á 30 ºC. Deterioram os alimentos, mesmo em refrigeração. Mesófilos: variam de 10 á 50 ºC, temperatura ótima em 37°C. são os mais comuns utilizados para se trabalhar. Termofilos: altas temperaturas, entre 40 a 70 ºC. Hipertermófilos: entre 65á 110 ºC. Arque bactérias. - pH: a maioria das bactérias crescem em torno 6,5 á 7,5. Exceção, como, o H. pylori que crescem em pH entre 1 e 2 °C, produz urease que transforma ureia – componente do suco gástrico – em amônio, isso eleva o pH em torno da bactéria favorecendo a bactéria a sobreviver na região. Os fungos crescem em pH 5 e 6. - Pressão osmótica: em geral, microrganismos não suportam meio hipertônico (exemplo, sal e açúcar). Fatores químicos: carbono, é o esqueleto da matéria viva e sem fonte de carbono a bactéria não consegue se multiplicar. Nitrogênio, importante para formação do grupo amino dos aminoácidos, além da fixação do nitrogênio. Enxofre, síntese de aminoácidos, vitaminas (tiamina e biotina). Fosforo, síntese dos ácidos nucleicos- fosfolipídios. Elementos traços, servem como cofatores para reações bioquímicas; como ferro, cobre e zinco. Oxigênio, AEROBIOS OBRIGATORIOS, somente crescimento em altas concentrações de oxigênio. AEROBIOS FACULTATIVOS, crescimento aeróbico e anaeróbico, porem maior com aeróbico. ANAEROBIOS OBRIGATORIOS, crescimento somente sem oxigênio. ANAEROBIO AEROTOLERANTES, crescimento igual na presença de oxigênio. MICROAECRÓFILOS, crescem em baixa concentração de oxigênio. Essa variação surge pela presença ou não das enzimas catalase e superóxidismutase (SOD) que neutralizam as formas toxicas do oxigênio. Meios de cultura: inoculo, microrganismo semeado. Cultura, crescimento bacteriano em um meio. Meio estéril, sem contaminação. Agar, polissacarídeo provenientes de algas marinhas e que mantem o meio de cultura solido. Placas de Petri, superfície com tampa. Colônia, conjunto de microrganismos idênticos originário de uma célula original (espero ou célula vegetativa). Curva de crescimento microbiano: fase lag: intensa atividade de preparação para o crescimento, crescimento baixo de hora a dias. Fase log, exponencial de crescimento, aumento logarítmico ou exponencial do crescimento. Fase estacionaria: platô, por falta de nutriente e controle do crescimento. Fase de morte celular ou declínio: diminuição crescente de morte celular reduz em escala logarítmica. Incubação: bactérias aeróbicas ou aeróbios facultativos, utiliza-se estufa de aerobiose. Bactéria anaeróbico, estufa anaerobiose acoplada a um cilindro de injeção de CO2. Preservação: criopreservação e liofilização (congelamento – dessecação). MECANISMOS DE VIRULENCIA E PATOGENICIDADE MICROBIANOS Microbiota: conjunto de micro-organismos que colonizam diferentes sítios de indivíduos saudáveis. TRANSITORIA: derivada do meio; reside por horas, dias ou semanas, patogênica e não patogênica. PEMANENTE: relativamente fixa; se restabelece caso afetada. a primeira exposição vem da microbiota da mãe; no parto pela microbiota vaginal, mucosa (pele), mamaria pela amamentação e oral na pre mastigação da comida. A microbiota se diferente entre os compartimentos do corpo, sendo a maioria gram-positivas. Fatores que influenciam a distribuição e a composição da microbiota normal: nutrição, físicos e químicos, mecânicos, defesa no sistema imune, idade, hospitalização, estresse, clima, higiene, etc. Relação microbiota normal e hospedeiro: Antagonismo microbiano: exclusão competitiva; competição entre microrganismos da microbiota normal e patógenos (transitória vs residente). Simbiose (interação intima durável organismos): COMENSALISMOS, o microrganismo não causa danos nem beneficia ao hospedeiro. MUTUALISMOS, tanto o microrganismo como seu hospedeiro se beneficiam. PARASISTIMO, o microrganismo prejudica o hospedeiro. Interferência bacteriana: competição por receptores ou locais de ligação nas células do hospedeiro, competição por nutrientes, inibição mutua por produtos metabólicos ou tóxicos, inibição pela produção de substancias antibiótica ou bacteriocinas, estimula a produção de anticorpos de reações cruzadas (induzem a produção de anticorpos que podem dar reação com antígenos de patógenos relacionados, evitando infecção e invasão). Fontes de infecção: Endógena, microbiota e exógena, externas. Patógeno primário: é aquele que independente de condições ele ira causar uma infecção. Patógeno oportunista: só causara infecção com quebra de barreira (imunidade, pele e habitat). Classificação e magnitude das doenças infecciosas: DOENÇA COMUNICAVEL, aquela em que uma pessoa infectada transmite um agente infeccioso, direta ou indiretamente, para outra pessoa que, por sua vez, toma-se infectada (ex gripe). DOENÇA CONTAGIOSA, doenças que são facilmente transmissíveis e rapidamente disseminadas de uma pessoa para outra (ex. catapora e sarampo). DOENÇA NÃO COMUNICAVEL, não é disseminada de um hospedeiro para o outro (ex. tétano). DOENÇA ESPORADICA, quando determinada doenca acontece apenas ocasionalmente em determinada região ou país. ENDEMIA, presença de um agente ou doença numa população definida, durante um período determinado. EPIDEMIA, elevado nível de infecção ou doença numa população definida, durante um período determinado. PANDEMIA, epidemia disseminada por mais de um país ou estado. INFECÇÃO, multiplicação de um agente infeccioso no organismo. PATOGENO, microrganismo capaz de causar doença. PATOGENICIDADE, capacidade que um agente infeccioso tem de provocar. VIRULENCIA, capacidade quantitativa de um agente provocar doença. INCIDENCIA, consiste no numero de indivíduos em uma população que desenvolve uma doenca durante um período de tempo especifico. PREVALENCIA, representa o numero de pessoas em uma população que desenvolve uma doença em um tempo especifico independentemente de quando ela surgiu pela primeira vez. IMUNIDADE, grau de resistência de um hospedeiro para um determinado microrganismo. IMUNIDADE COLETIVVA (de rebanho), quando muitas pessoas imunes estão presente em uma comunidade, vacinação. Reservatórios e modo de transmissão de doenças infecciosas: vetores, insetos e aracnídeos. Animais silvestres e domésticos, superfícies e objetos inanimados contaminados. ZOONOSES: doenças que ocorrem principalmente em animais domésticos e silvestres e podem ser provocada em humanos. Vias principais de transmissão: contato, veiculo (agua, alimentos, ar, sangue e outros líquidos corporais) e vetores. Os patógenos responsáveis por infecções comunitárias tendem a não ser os mesmo de patógenos hospitalares. Etapas do processo infeccioso: Exposição: Vias de infecção: membranas mucosas, revestem os trato respiratório, gastrointestinal, urogenital e a conjuntiva. Pele, maior órgão do corpo humano em termos de área de superfície e peso (primeira barreira defensiva); através de folículos pilosos e ductos sudoríparos, queratina da pele, produção de enzimas microbianas. Via parietal: injeções/perfurações, mordidas, cortes, ferimentos. Dose infectante: quantidade do agente etiológico necessária para iniciar um processo infeccioso. Varia de acordo com a virulência e com a resistência do microrganismo. Quanto mais virulento, mais patogênico e menor dose infectante necessária para infecção. Adesão: associação frouxa, inicialmente, microrganismos estão sobre a superfície do tecido, mas não se aderiu. Após a adesão e invasão. Adesão consiste em estruturas de adesão que o microrganismo utiliza para se ligar a células do organismo e consequentemente infectar. Na ponta da fimbrias, a bactéria pode apresentar adesinas que se ligam as glicoproteínas de superfície; podem estar localizadas no glicocalice ou em outras estruturas da superfície microbiana, como pili, fimbrias e flagelos, chamado tropismo (ligação da adesinas e receptor). Geralmente para gram negativas. Em bactérias gram positivas, a colonização é dependente da presença de adesina como: proteína M (ação antifagocitica), proteínas F (adesão) e ácidos lipoteicoicos (adesão). A produção de biofilmes é o principal exemplo de adesão. O biofilme tem função de proteção contra o sistemaimunológico e a ação dos antimicrobianos. QUORUM SENSING: comunicação intercelular, faz com que todas as células microbianas controlem a expressão de um gene. Invasão: existem vários fatores que facilitam esse processo. Um deles é capsula, que mantem os receptores de superfície protegidos de macrófago. Hialuronidases: hidrolisam o acido hialuronico dos tecidos. Colagenases: reagem com o plasma transformando o fibrogenio em fibrina gerando a malha que forma coagulo. Os Coágulos de fibrina se depositam sobre a bactéria e a protege contra fagócitos (protegem a células por conter compostos do plasma sendo reconhecido pelo sistema como algo próprio do organismo). IgA1 proteases: inativam as imunoglobulinas A (anticorpo secretor de superfície de mucosas – subunidades IgA1 e IgA2). Lecitinases: Lisam vários tipos de células devido a hidrolise de fosfolipídios da membrana. Estreptoquinases: dissolvem os coágulos, aumentando o poder de invasão. Hemolisinas: Lisam as células vermelhas liberando a hemoglobina. Variação antigênica: alteração de antígenos de superfície impedindo o reconhecimento do microrganismo afetado pelos anticorpos. Contra a imunidade adaptativa. Penetração no citoesqueleto das células do hospedeiro: a interação do microrganismo-célula do hospedeiro mediada por adesinas desencadeia cascatas de sinalização no hospedeiro que resultam na entrada do patógeno na célula. O mecanismo é fornecido pelo citoesqueleto da celular hospedeira. Uma dos principais componentes do citoesqueleto é uma proteína denominada actina. Os microrganismos produzem proteínas de superfície (invasinas), que causam o rearranjo dos filamentos de actina do citoesqueleto, gerando uma desorganização (enrugamento da membrana). As bactérias usam uma glicoproteína (caderina que conecta as junções a fim de se moverem de uma a outra). Colonização e crescimento: utilizando nutrientes do hospedeiro, causando danos diretos a região próxima ao local da invasão, produzindo toxinas e induzindo reações de hipersensibilidade. Tipos de toxinas: EXOTOXINAS, são produzidas no interior de bactérias patogênicas, mais comumente em gram positivas, como parte do seu crescimento e metabolismo. São secretadas no meio circulante durante a fase log. Os genes codificadores são geralmente por plasmídeos (conjugação) ou fagos (transdução). São solúveis nos fluidos corporais. São altamente especificas em seus efeitos teciduais. ENDOTOXINAS, consistem na porção lipídica dos lipopolissacarideos (LPS) que fazem da membrana externa da parede de bactérias gram negativas (lipídeo A, toxina). São liberadas quando a bactéria morre e ocorre lise ou o rompimento da parede celular; pode ser causado por antimicrobianos. Toxina tetânica: neurotoxina, se liga a Inter neurônios inibitórios, impedindo a liberação de glicina, que tem papel de inibir acetilcolina, e consequentemente bloqueia relaxamento muscular. Toxina botulínica: faz o inverso da tetânica. Promove a inibição de acetilcolina e o relaxamento dos músculos. Toxina diftérica: tipo A-B, a parte A internaliza na célula. Se liga ao EF2 (FATOR DE ELONGAÇÃO 2), que promove alongamento da cadeia peptídica, então o mecanismo interrompe a síntese proteica. Toxina colérica: enterotoxina, bloqueia o movimento do sódio, movimento liquido de cloreto para o lúmen, provoca maciço movimento de agua para o lúmen, causa diarreia severa. Enterotoxina estafilocócica: causa síndrome extremamente comum por dor abdominal e diarreia dentro de 4 horas, durando em media 1 dia. CLASSES DE ANTIMICROBIANOS E MECANISMOS DE RESISTENCIA BACTERIANA O primeiro antibiótico descoberto foi a penicilina. Alexander Fleming – fungo Penicillium chrysogenum. Antibiótico: substancia produzidas por um microrganismo que, em pequenas quantidades, pode inibir outros microrganismos. Sulfas: primeira molécula com ação antimicrobiana – sintética. Mecanismo de ação dos antimicrobianos: *** inserir imagem do slide. Bactericida: mata microrganismos diretamente Bacteriostático: impere o crescimento do microrganismo. **inserir imagem (inibidores de síntese de parede celular) Beta lactamicos – atuam contra gram positivos e negativos Glicopeptideos – apenas gram positivo – para bactérias multirresistentes. **inserir imagem – classe dos beta lactamicos Quinolonas: inibidores da síntese dos ácidos nucleicos – são sintéticas; geralmente usada em infecções urinarias causadas Escherichea coli. Exemplos comuns: ciprofloxacino, levofloxacino. As Quinolonas se ligam as topoisomerases 2 e 4 ( DNA girase e topoisomerase 4 ), impedindo que ocorra separação e relaxamento do DNA no momento da síntese de DNA (duplicação). Aminoglicosideos: inibidores das síntese proteica, mais comuns são: amicacina, tobramicina e gentamicina. Possuem um anel DOS que fornece a sua função antimicrobiana. ***inserir imagem (mecanismo de ação do Aminoglicosideos). Demais inibidores: ***Inserir imagem (demais inibidores de síntese) - Mecanismo de resistência: a resistência bacteriana não se cria, o efeito que gera é o de selecionar dentro de uma população de bactérias as resistentes ao antimicrobiano. As bactérias resistentes, pode passar para bactérias não resistentes, por meio de material genético, o mecanismo de resistência. Em geral esse mecanismo é passado para bactérias da mesma espécie, porém, há evidencias de transferências horizontal de genes de resistência. 1 – perda de porinas: são quase exclusivamente em bactérias gram-negativas, proteínas de membrana externa. As porinas são alvo de antimicrobianos, pois são canais de permeabilidade para o meio intracelular da célula bacteriana. (impermeabilidade). A proteína codificadora de porinas podem sofrer modificações, alterando a conformação desses transportadores. Pode diminuir a expressão das porinas. Deleção de gene de transcrição que codifica as porinas, assim a bactéria fica ausente desse transportador. **inserir imagem impermeabilidade de membrana externa. 2 – produção de enzimas: hidrolisam a molécula do antimicrobiano, no espaço intracelular. Em gram-negativas, essas enzimas ficam, em maioria, no espaço Peri plasmático, e em gram-positivas ejetam as enzimas (são poucas que produzem). As enzimas de gram-negativos se concentram no espaço Peri plasmático que acaba se tornando uma barreira para possíveis inibidores dessas enzimas, ao contrario de gram-negativas. As principais são as enzimas que degradam beta lactamicos, as Betalactamases. São dividas em 4 classes. Em bactérias gram-negativas, as enzimas se localizam no espaço Peri plasmático, e no momento em que o antimicrobiano atravessa as porinas e se depara com essas enzimas que hidrolisam essas moléculas. 3 – hiperexpressão de sistema de efluxo: são naturais das bactérias, funciona como uma bomba de efluxo, jogando a substancia antimicrobiana para fora da célula. Existem pelo menos 5 famílias de bombas de efluxo. A principal, em gram-negativo, é a RND. É um sistema tripartido, firmado de três proteínas e por transporte ativa ejeta o fármaco para fora. De modo geral esse sistemas RND estão no mesmo operon, transcritos ao mesmo tempo. 4 – mutação de sitio alvo: acontece uma mutação no sitio alvo em que o antimicrobiano teria de se ligar para efetuar a sua ação, porem, com a mutação, já não há afinidade entre o fármaco-receptor. Mutação da PBP, no exemplo de beta lactamicos. São muito efetivas, causa resistência a quase todos os antimicrobianos da classe em questão. Esses genes de resistência se encontram em elementos genéticos moveis chamados integron. ***inserir imagem integron. KPC – Klebsiella pneumoniae carbapenemens. Esse gene, KPC, pode sofrer mutações alterando o sitio ativo da enzimas. Metalo-beta-lacatamases (MβLs) – necessitam de um cofator, geralmente é um cátion bivalente. São as mais potentes enzimas contra os antimicrobianos. Hidrolisam todos os tipos de betalactamicos, exceção aztreonam. VIROLOGIA BÁSICA Os vírus devido a sua natureza predatória têm moldado a historia e evolução de seus hospedeiros. Cerca de 8% do nosso genoma é composto por sequencias genéticas de vírus endógeno. 1879 – Adolf Mayer, estudou a doença do mosaico do tabaco. Inoculou plantas saudáveis com extrato de plantas doentes. Nenhum agente fúngico ou bacteriano pode ser relacionado com a doença. Supôs que poderia ser uma enzima solúvel o agente causal. Mais tarde propôs que era uma bactéria, mas que não era capaz de isolar forma infectiva. 1892 – Dimitri Ivanofsky, fez o mesmo experimento, mas usou um filtro para reter as bactérias. Definiu que vírus são partículas filtráveis, na conseguiu cultivar em meio sintético, e não descartou a possibilidade de ser bactéria ou toxina. 1898 – Martinus Beijerinck, refez o experimento seguindo os postulados de Koch. O estrato poderia ser diluído e restaurar sua força após replicar em um organismo vivo. O agente poderia se reproduzir em tecido vivo (não era uma toxina). Era um organismo menor que uma bactéria, não observável no microscópio e capaz de se reproduzir em organismos vivos. Vírus são líquidos ou partículas? 1907 – Giuseppe Ciuffo, mostrou que um extrato verrucoso filtrado era capaz de causar verrugas (não era bactérias e fungos). 1917 – Felix d’Herelle, observou que culturas bacterianas mostravam pontos de lise bacteriana, as placas. Chamou os agentes de bacteriófagos. Deu inicio a fagoterapia, usando bacteriófagos para tratar disenteria em humanos, considerado o pai da virologia moderna. 1935 – Wendell Stanley, isolou o vírus mosaico do tabaco. Mostrou que é composto de proteínas e RNA. E em 1939, Helmut Ruska, usando a microscopia eletrônica visualizou o vírus do mosaico do tabaco. Os vírus podem ter atuado na origem do DNA, podem ter tido papel central na emergência das células eucarióticas. Podem ter sido a causa da separação dos organismos biológicos nos 3 domínios (bactérias, arqueias e eucariotos) LUCA (Last Universal Commom Ancestor): Organismo complexo, com um conjunto de 33-34 proteínas e 3 tipo de moléculas de RNAr ( o ribossomo de LUCA já continha pelo menos 33 proteínas). Categoria de genes virais: 1) Genes que contem homólogos em formas de vida celulares, 2) Genes virais específicos. Sem genes homólogos detectáveis. 3) genes marcadores virais (viral hallmark genes – VHG). Genes comuns a muitos grupos distintos de vírus, como homólogos distantes nas células. VGC: o mais provável é que estavam presentes em um pool genético primordial. As linhagens virais descenderiam de um mesmo estagio pré-celular. Hipótese para origem dos vírus: 1) Hipótese de “células antes”/escape gênico. Os vírus se originaram de genes que se tornaram auto-replicativos e “escapam das células”. 2) Hipótese da regressão/redução. Os vírus se originaram de células primordiais que perderam a capacidade replicativa e se tornaram parasitas obrigatórios. 3) hipótese “vírus antes”. Os vírus surgiram em um estagio pré-celular. 2) hipótese da regressão/redução: em 2003 foram descobertos os mimivirus. Apresentam diversos componentes de aparato de tradução de proteínas. Sugere um processo de redução evolutiva de um ancestral mais complexo que era capaz de sintetizar proteínas. Os vírus teriam, portanto, se originado de um parasita intracelular obrigatório ou de um célula eucariótica primaria. 3) vírus antes: os vírus de RNA emergiram antes das células individualizadas, como replicons autônomos de RNA habitado compartimentos pré-bióticos. Hipótese dos 3 vírus/3 domínios: 3 vírus diferentes de DNA infectaram um ancestral de bactéria, arqueia e eucarioto. Assim os vírus estariam na origem dos 3 domínios celulares. Explicara que existem 3 linhagens distintas de células modernas em vez de uma única, cada uma com ribossomos próprios e maquinarias replicativa distintas. Emergência de vírus: há uma alta taxa de mutação no vírus. Os vírus de RNA evoluem mais rapidamente que os de DNA. Mecanismo de transmissão: transmissão por via respiratória ou por um vetor pode se propagar mais facilmente do que transmissão sexual ou sanguínea. Mesmo assim muitos dos vírus emergentes são transmitidos por artrópodes (arbovirus) que podem se alimentar do sangue de diversos mamíferos diferentes. O que limita a essência das mutações. Cruzamento de barreira interespécies: muitos vírus emergentes são oriundos de outras espécies. Existem espécies reservatórios de vírus que infectam humanos, como primatas e vírus do HIV e morcegos como reservatório do SARS. Fatores que promovem a emergência de novos vírus: mudança na ecologia humana, novas pratica na agricultura e pecuária, viagens globais, degradação do sistema de saúde publica. - Propriedades gerais dos vírus: Contem um único tipo de acido nucleico (DNA ou RNA). Contem um involucro proteico (pode ser recoberto ainda por envelope lipídico). Todos vírus são parasitas obrigatórios, multiplicam-se somente no interior de células vias utilizando a maquinaria celular. Metabolicamente inerte, pouco ou sem enzimas. São menores que bactérias. Não podem ser vistos em microscopia ótica passam por poros de filtros. Não podem ser cultivados em meios artificiais. São hospedeiros intracelulares, incapazes de se reproduzir fora da célula. Vírus não tem membrana plasmática, não são capazes de se replicar sozinhos, não tem metabolismo de geração de ATP e é ausente de ribossomos. Partícula viral: é o meio que vírus tem para transferir material genético entre as células e codificam informação suficiente para garantir sua propagação. Devem possuir a maquinaria para empacotar, escapar de uma célula infectada, sobreviver a transferência para um novo hospedeiro, reconhecer, penetrar e iniciar uma nova replicação. 1) Deve possuir um envoltório para sobreviver a passagem para outra célula, 2) genoma viral e 3) deve possuir estratefia de entrada e saída. Os vírus envelopados possuem uma bicamada lipídica. Vírion: é a partícula viral completa. Composta de uma molécula de acido nucleico, uma capa proteica, podendo conter lipídeos e açucares. Função: carregar o genoma viral para dentro da célula para ser replicado. Portanto, deve proteger, carregar proteínas importantes para replicação e ligantes que permitam sua entrada na célula. Vírus defectivos: apresentam genomas incompletos ou defectivos. Vírus defectivos surgem de erros da replicação. Os vírus defectivos também são parasita dos vírus íntegros e dependem dos vírus nativos para se propagarem e sintetizar os genes que faltam. Genoma parcial. Vírus satélites: apresentam ácidos nucleicos, que codificam proteínas estruturais, mas precisam de outro vírus para completar seu ciclo replicativo. Ex. adenovírus associado AAV, da família Parvoviridae, precisa de um adenovírus ou herpevirus. Esse vírus não causa patologia, causam alteração na célula, removendo fatores celulares que geralmente impedem a replicação de um adenovírus associado. Viróides: descobertos em 1971. Genoma de RNA fita simples circular, que podem apresentar atividade auto-catalíca, não codificam proteínas. Presentes em plantas. São transmitidos através de propagação vegetativa ou durante praticas agriculturais e por insetos. Replicam no núcleo ou em cloroplastos das plantas. Não são revestidos de capsídeo proteico por isso são considerados como partículas subvirais. Virusóides: genoma de RNA fita simples circular, não codifica proteínas. São classificados como vírus satélites. Podem ser encapsulados por um vírus-helper. Príons: não são vírus, são agentes infecciosos compostos exclusivamente de uma única proteína sialoglicoproteina (PrP27-30). O gene PrP é encontrado no cromossomo 20 humano, a proteína de príon e o gene que a codifica são encontrados em células normais, não infectadas. Os príons estão associados com infecção e herdabilidade de doenças.- Componentes virais: acido nucleico, componentes estruturais (expressão tardia), proteínas não estruturais (expressão precoce) e envelope lipídico. Capsídeo: capa proteica que envolve diretamente o acido nucleico. Matriz proteica: uma estrutura de proteína existente entre envelope e o capsídeo, serve para conferir rigidez e a montagem. Envelope: camada lipídica, derivada na membrana celular. Espículas: proteínas envolvidas no reconhecimento celular. *** anexar imagem Ácidos nucleicos virais: genoma de DNA ou RNA, em geral haploides. RNA podem ter polaridade positiva ou negativa. Porem ser de fita dupla, simples, circular ou linear. *** anexar imagem Arranjo do capsídeo viral: simetria helicoidal similares a bastões longos Ex. vírus da raiva e febre hemorrágica. Simetria poliédrica a maioria tem forma icosaédrica, um poliedro com 20 faces e 12 vértices, os capsômeros de cada face formam um triangulo equilátero. Ex. adenovírus. Simetria complexa: cabeça é poliédrica, a bainha é helicoidal . a cabeça contem o genoma viral, Ex: bacteriófago. Ciclo replicativo viral: os vírus precisam se replicar dentro de uma célula. Período de eclipse: não é detectada partícula viral dentro ou fora da célula. Período de maturação: acumulo de progênie viral dentro da célula. Em geral varia de 5-65 horas. Tem-se no ciclo replicativo: adsorção: ligação de uma glicoproteína viral a um constituinte da célula hospedeira. Penetração: depende de energia, translocação do vírus, pode ser por Endocitose ou fusão direta do envelope com a membrana. Desnudamento: o genoma viral escapa de vesículas e proteínas e é direcionado ao núcleo, essa etapa depende da classe do vírus. Biossíntese: síntese das proteínas virais e a replicação. Maturação: envolve a montagem das partículas virais e por fim a liberação da partícula. **inserir imagens Em 1971, David Baltimore definiu uma classificação para os vírus com base na estratégia de replicação e do tipo de acido nucleico viral e estratégia de síntese de mRNA. ***inserir tabela Independente de serem de RNA ou DNA devem ser capazes de sintetizar RNA. RNA+ = RNA mensageiro e RNA- = RNA molde. A maioria dos vírus de DNA apresenta replicação no núcleo, onde estão as enzimas polimerases. Os vírus de RNA por outro lado apresentam em geral replicação no citoplasma, exceção do retrovírus que carregam a enzima trascriptase reversa e seu genoma é convertido de RNA para DNA e transferido para o núcleo. Replicação do vírus de RNA; podem se replicar por duas vias; 1) síntese de RNA dependente de RNA e 2) síntese de DNA dependente de RNA. RNA polimerases virais: muitos vírus de RNA fazem RNAm policistronicos (uma sequencia que codifica mais de um gene, mais de uma proteína). RNA polimerase RNA dependente (RdRp) tem dificuldade de acessar promotores em sítios em sítios internos para promover a expressão dos diferentes mRNAs. Diferente da célula eucariótica que possuem RNA monosistronicos um RNA codifica uma proteína por vez e não possuem mecanismo de transcrição de DNA no citoplasma. Outras soluções que os vírus tem são as sequencia IRES, sequencias que ficam entre os genes e permitem o recrutamento dos ribossomos para favorecer a expressão de outros genes policistronicos. Outra estratégia é fragmentação do genoma, gerando um genoma segmentado, cada um expressando uma proteína viral. Polimerase suscetível a erros: a polimerase que catalisa replicação de RNA e transcrição reversa possuem atividades de correção mínimas. As taxas de erro são 1000 vezes maior que as DNA polimerases. Isso permite uma grande variabilidade genética. Assim, vírus de RNA podem evoluir de 1 milhao de vezes mais rápido que organismos baseados em DNA. Mas a alta taxa de erro, limita o tamanho máximo dos vírus. Assim poucos vírus de RNA mais do que 30 Kb, a maioria tem entre 5-15 Kb. Os vírus de DNA sintetizam o mRNA a partir do DNA dupla fita. Vírus de DNA pequeno dependem das enzimas celulares para replicar. Os vírus dependem da DNA polimerase celular, devem esperar ou induzir a célula a entrar na fase S. polioma e papilomavirus inativam pRb. Vírus de tamanho intermediário (35kb): podem expressar uma DNA polimerase própria, mas dependem na RNA polimerase II celular para transcrição. Vírus grandes: são mais independentes e podem expressar fatores de transcrição, que modificam o comportamento da RNA polimerase. Podem expressar essas proteínas essência para replicação. Podem expressar essas proteínas essenciais para a replicação. Assim podem se replicar em células que não se dividem do sistema nerovoso (herpevirus) ou mesmo no citoplasma (poxvirus). Em vertebrados existe uma proporção maior de vírus de genoma de RNA do que vírus de DNA. Maior proporção de vírus de RNAfs do que vírus de RNAdf (10:1). Genomas segmentados e não segmentados: a segmentação do genoma facilita a produção de múltiplos produtos gênicos em células eucarióticas. Segmentação do genoma em DNA não e observado. Em genomas de DNA pode-se observar diferentes ORFs, splicing alternativo, etc. pode permitir arranjos entre cepas diferentes de vírus, permitindo um salto evolutivo. Isso pode permitir entender as mudanças antigênicas, que podem produzir novas cepas pandêmicas por vírus influenza. Montagem maturação e liberação do vírus das células infectadas: vírus não envelopados podem ser montados no citoplasma (picornavirus, reovirus) ou no núcleo (papovirus, adenovírus). Em geral os vírus não envelopados dependem da lise da célula para liberação. Vírus envelopados adquirem o envelope nas membranas celulares, citoplasmáticas, nucleares ou das vesículas intracelulares. Saem por brotamento ou Exocitose em geral sem lise cda célula. Vírus de classe I: ex. adenovírus, DNA fita dupla, tem seu genoma transportado para um núcleo e montado da partícula dentro do núcleo, e como não envelopado causa lise da célula. Classe II: ex. parvovirus AAV – adenoassociados, DNA fita simples, modulam a maquinaria da célula par permitir a replicação que saem da célula após a lise. Classe III: ex. rotavirus, Fita dupla de RNA. Tem genoma segmentado, e é endocitado e as proteínas virais rompem o endossomo formando DLP, onde fica protegido da maquinaria celular. As proteínas vão se acumular no viroplasma que se localiza no citoplasma. Não é envelopado. Classe IV: ex. picornavirus, a interação do receptor com a proteína viral causa uma mudança conformacional na proteína do capsídeo que estimula a produção de acido miristico que causa um poro na membrana, no qual o RNA é liberado. Fita de RNA fita simples positivo, seu proprio genoma estando no citoplasma pode ser traduzido e as proteínas virais já são obtidas. Tem as sequencias IRES, formão do RNA policistronicos. Não envelopados e causa lise da célula. Classe V: ex. vírus da raiva. Pode entrar por fusão ou Endocitose. A RNA polimerase viral promove a transcrição do RNA negativo para gerar o RNA mensageiro, usando a fita positivo como molde para fazer o RNA genomico de polaridade negativa, que será envolvido pelas proteínas para formar a partícula viral que terá um envelope lipídico adquirido da membrana da célula hospedeira. Sai sem causa a lise da célula. Vírus de RNA fita simples negativo. Classe VI: ex. HIV retrovírus. Interagem com receptores do linfócitos TCD4 sendo internalizados. Dentro do capsídeo viral tem duas copias de RNA viral fita simples polaridade positiva. E no citoplasma a enzima transcriptase reversa transforma a fita de RNA em DNA dupla fita e uma outra enzima viral, integrase, promove a integração do genoma viral no genoma da célula hospedeira. Uma vez integrado pode ficar por toda vida, como provirus, pode haver reativação que promove a transcrição do RNAm dos genes e genoma viral que forma o capsídeo viral que forma o brotamento do vírus sem causar lise da célula. Classe VII: ex. hepatite B. fita dupla de DNA.O vírus HBV entra por Endocitose. A polimerase viral converte o DNA dupla fita linear em circular. No núcleo a RNA polimerase II formara o RNAm e um pre genomico que sera incorporado na partícula viral, e a transcriptase viral usara o RNA como molde para formar o DNA dupla fita linear, transportada pelo complexo de golgi e secretada para fora da célula. Taxonomia dos vírus: clarificados por propriedades físico-químicas, estratergia de replicação e organização, morfologia: envelope capsídeo e forma, proteínas: sequencia de aminoácidos e modificações, outros fatores de macromoléculas, propriedades biológicas. Engloba a ordem, família, gênero, espécies; sendo a nomenclatura virales, viridae, vírus e vírus, respectivamente. **inserir imagem