Estrutura e Classificação de Bactérias

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Bactérias
As bactérias apresentam uma estrutura relativamente simples. 
São organismos procariotos: organismos simples unicelulares, que não apresentam membrana nuclear, mitocôndria, complexo de Golgi, ou retículo endoplasmático 
Reproduzem por divisão assexuada (fissão binária) 
A parede bacteriana é complexa, consistindo em uma entre duas formas básicas: uma parede celular com uma camada espessa de peptidoglicano, em bactérias gram-positivas, e uma parede celular com uma camada fina de peptidoglicano e uma membrana externa sobreposta, em bactérias gram-negativas. 
OBS: Algumas bactérias não apresentam essa estrutura de parede celular e compensam sua falta sobrevivendo somente no interior da célula hospedeira ou em um ambiente hipertônico. 
O tamanho (1 a 20 µm ou maior), a forma (esferas, bastões, espirais), e o arranjo espacial (células únicas, cadeias, aglomerados) das células são utilizados para a classificação preliminar das bactérias, e as propriedades fenotípicas e genotípicas constituem a base para a classificação definitiva. 
Classificação
· As bactérias podem ser classificadas pelos seus aspectos macro e microscópico, pelas características de crescimento e propriedades metabólicas, pela sua antigenicidade e, finalmente, pelo seu genótipo.
1. Tamanho
2. forma e morfologia 
3. coloração de Gram
A, Uma bactéria Gram-positiva tem uma camada espessa de peptidoglicano que contém os ácidos teicoico e lipoteicoico.
 B, Uma bactéria Gram-negativa possui uma camada fina de peptidoglicano e uma membrana externa que contém lipopolissacarídeos, fosfolipídios e proteínas. 
OBS: O espaço periplasmático entre as membranas citoplasmática e externa contém proteínas de transporte, de degradação e de síntese da parede celular. Amembrana externa é ligada à membrana citoplasmática em pontos de adesão e está fixada ao peptidoglicano por ligações de lipoproteínas.
A coloração de Gram é um teste rápido, eficaz e fácil, que permite aos clínicos diferenciar as duas principais classes de bactérias, desenvolver um diagnóstico inicial, e iniciar a terapêutica com base nas diferenças inerentes às bactérias . As bactérias são fixadas a quente ou deixadas secar sobre uma lâmina, coradas com cristal violeta, um corante que é precipitado com iodo (lugol), e em seguida o corante não ligado ou em excesso é removido por lavagem com descorante, à base de acetona, e água. Um contracorante vermelho, a safranina, é adicionado para corar as células descoradas. Este processo leva menos de 10 minutos.
A, O cristal violeta da coloração de Gram é precipitado por iodo e permanece preso na camada espessa de peptidoglicano em bactérias Gram-positivas. O descorante dispersa a membrana externa Gram-negativa e remove o cristal violeta da fina camada de peptidoglicano. As bactérias Gram-negativas são visualizadas pelo contracorante vermelho
Para as bactérias Gram-positivas, que se tornam roxas, o corante fica preso em uma estrutura grossa e emaranhada, a camada de peptidoglicano, que circunda a célula. As bactérias Gram-negativas possuem uma fina camada de peptidoglicano que não retém o corante cristal violeta, e então as células são coradas com safranina e tornam-se vermelhas
Diferenciação Metabólica, Antigênica e Genética
 Inclue necessidade de ambientes anaeróbicos ou aeróbicos, necessidade de nutrientes específicos (p. ex., capacidade para fermentar carboidratos específicos ou utilizar diferentes compostos como fonte de carbono para o crescimento), e produção de produtos metabólicos característicos (ácidos, álcoois) e de enzimas específicas (p. ex., catalase de estafilococos).
sorotipagem: utilização de anticorpos para detectar antígenos característicos da bactérias.
PCR: hibridização de DNA, amplificação por reação em cadeia da polimerase (Mais comum, DNA ribossomal para detectar as sequências altamente conservadas que identificam uma família ou gênero, e as sequências altamente variáveis que distinguem uma espécie ou subespécie, além de análise plasmidial, ribotipagem, e análise dos fragmentos de DNA cromossômico.)
Estrutura
 Citoplasmáticas
O citoplasma da célula bacteriana contém o DNA cromossômico, o RNA mensageiro (RNAm), ribossomos, proteínas e metabólitos
o cromossomo bacteriano é uma fita única circular de cadeia dupla, que não está contido em um núcleo, mas em uma área definida conhecida como nucleoide. As histonas não estão presentes para manter a conformação do DNA, e o DNA não forma nucleossomos. Os plasmídeos, que são fragmentos extracromossômicos menores de DNA circular, também podem estar presentes. Os plasmídeos, embora geralmente não sejam essenciais para a sobrevivência celular, frequentemente conferem uma vantagem seletiva: muitos conferem resistência a um ou mais antibióticos. A falta de uma membrana nuclear simplifica as necessidades e os mecanismos de controle para a síntese de proteínas. Sem uma membrana nuclear, a transcrição e a tradução são acopladas; em outras palavras, os ribossomos podem ligar-se ao RNAm, e a proteína pode ser produzida ao mesmo tempo que o RNAm está sendo sintetizado e ainda ligado ao DNA.
O ribossomo bacteriano consiste nas subunidades 30S + 50S, formando um ribossomo 70S, que é diferente do ribossomo eucariótico 80S (40S + 60S). As proteínas e RNA do ribossomo bacteriano são significativamente diferentes daquelas presentes nos ribossomos eucarióticos e são os principais alvos dos antimicrobianos. A membrana citoplasmática tem uma estrutura de bicamada lipídica semelhante à estrutura das membranas eucarióticas, mas não contém esteroides; os micoplasmas são exceção a esta regra. A membrana citoplasmática é responsável por muitas das funções atribuídas às organelas nos eucariotas. Essas tarefas incluem o transporte de elétrons e a produção de energia, que normalmente são realizados na mitocôndria. Além disso, a membrana contém proteínas de transporte que permitem a absorção dos metabólitos e a libertação de outras substâncias, bomba de íons para manter o potencial de membrana, e enzimas. O interior da membrana está alinhado com filamentos de proteínas do tipo actina que ajudam a determinar a forma das bactérias e o local de formação do septo para a divisão celular. Esses filamentos determinam a forma em espiral dos treponemas
Parede Celular
Bactérias Gram-positivas 
A bactéria Gram-positiva apresenta uma parede celular espessa, de múltiplas camadas, que consiste principalmente em peptidoglicano (150 a 500 Å) em torno da membrana citoplasmática. O peptidoglicano da célula é suficientemente poroso para permitir a difusão de metabólitos até a membrana plasmática. O peptidoglicano é essencial para a estrutura, replicação e sobrevivência em condições normalmente hostis nas quais as bactérias crescem.
O peptidoglicano pode ser degradado por tratamento com lisozima. A lisozima é uma enzima presente nas lágrimas e no muco de seres humanos, mas é também produzida pelas bactérias e outros organismos. A lisozima cliva o esqueleto central de glicano do peptidoglicano. Sem o peptidoglicano, as bactérias não resistiriam às grandes diferenças de pressão osmótica ao longo da membrana citoplasmática e lisariam. A remoção da parede celular produz um protoplasto que lisa, a menos que seja estabilizado osmoticamente. A parede celular das bactérias Gram-positivas também podem incluir outros componentes, tais como proteínas, ácidos teicoicos e lipoteicoicos e polissacarídeos complexos.
 A proteína M dos estreptococos e a proteína R dos estafilococos estão associadas ao peptidoglicano. Os ácidos teicoicos são polímeros aniônicos de fosfato de poliol hidrossolúveis, os quais estão covalentemente ligados ao peptidoglicano e são essenciais à viabilidade celular. Os ácidos lipoteicoicos possuem um ácido graxo e estão ancorados na membrana citoplasmática. Estas moléculas são antígenos comuns de superfície que distinguem os sorotipos bacterianos e promovem a fixação às outras bactérias e aos receptores específicos das superfícies de células de mamíferos (aderência). Ácidos teicoicos são importantesfatores de virulência. Ácidos lipoteicoicos são liberados no meio e no hospedeiro, e podem induzir respostas de defesa inata similar à endotoxina, embora de maneira mais fraca.
Bactérias Gram-negativas
A parede celular das bactérias Gram-negativas é mais complexa do que a parede das células Gram-positivas, tanto estrutural quanto quimicamente. Estruturalmente, a parede celular Gram-negativa contém duas camadas externas à membrana citoplasmática. Imediatamente externa à membrana citoplasmática existe uma fina camada de peptidoglicano, que é responsável por apenas 5% a 10% do peso da parede celular das bactérias Gram-negativas. Ácidos teicoicos ou lipoteicoicos não estão presentes na parede celular de Gram-negativos. Externa à camada de peptidoglicano existe uma membrana externa, que é única para as bactérias Gram negativas. A área entre a superfície externa da membrana citoplasmática e a superfície interna da membrana exterior é denominada de espaço periplasmático. Esse espaço é, na verdade, um compartimento que contém componentes do sistema de transporte de ferro, proteínas, açúcares e outros metabólitos, e uma variedade de enzimas hidrolíticas que são importantes na clivagem de macromoléculas para o metabolismo. Essas enzimas tipicamente incluem proteases, lipases, fosfatases, nucleases, e enzimas de degradação carboidratos. 
A membrana externa é como um saco de lona rígida em torno das bactérias que mantém a estrutura bacteriana e funciona como uma barreira de permeabilidade a grandes moléculas. Ela também proporciona proteção contra as condições ambientais adversas, como o sistema digestivo do hospedeiro. A membrana externa apresenta uma estrutura em bicamada assimétrica que difere de qualquer outra membrana biológica na estrutura da monocamada exterior da membrana. O monocamada interna contém fosfolipídos normalmente encontrados nas membranas bacterianas. No entanto, a monocamada externa é composta principalmente de lipopolissacarídeos (LPS). Exceto para as moléculas de LPS em processo de síntese, a monocamada exterior da membrana externa é o único local em que as moléculas de LPS são encontradas. LPS é também chamado de endotoxina, um potente estimulador das respostas imune e inata. O LPS é liberado pelas bactérias nos meios no hospedeiro. O LPS ativa as células B e induz macrófagos, células dendríticas e outras células a liberar interleucina-1, interleucina-6, fator de necrose tumoral e outros fatores. O rompimento da membrana externa enfraquece as bactérias e permite a permeabilidade de grandes moléculas hidrofóbicas. A adição de lisozima às células com uma membrana externa rompida produz esferoplastos, que como os protoplastos, são osmoticamente sensíveis.
Estruturas Externas
As cápsulas e o slime não são necessários para o crescimento das bactérias, mas são muito importantes para a sua sobrevivência no hospedeiro. A cápsula é fracamente antigênica e antifagocítica e é um importante fator de virulência (p. ex., Streptococcus pneumoniae). A cápsula também pode atuar como uma barreira para moléculas hidrofóbicas tóxicas, como os detergentes, e pode promover a adesão a outras bactérias ou superfícies do tecido do hospedeiro.
Os flagelos promovem a motilidade para as bactérias, permitindo que a célula se movimente (quimiotaxia) na direção de nutrientes e fique distante de substâncias nocivas.
As fímbrias (pili): promovem a adesão a outras bactérias ou ao hospedeiro. Como fator de adesão (adesina), as fímbrias são um importante fator de virulência para a colonização e infecção do trato urinário por E. coli, Neisseria gonorrhoeae e outras bactérias. As pontas das fímbrias podem conter proteínas (lectinas) que se ligam a açúcares específicos. Os pili F (pili sexuais) se ligam a outras bactérias e são um canal de transferência de grandes segmentos de cromossomos bacterianos entre bactérias. Esses pili são codificados por um plasmídeo (F).
Replicação Bacterianas
Divisão Celular: As bactérias podem crescer individualmente por fissão binária (a célula alonga-se até se dividir em duas) ou no contexto de uma população (as células duplicam o seu tamanho e forma-se um septum, que consiste no crescimento da membrana celular e da parede celular até à separação das duas células)
Determinação do crescimento bacteriano
O crescimento de bactérias pode ser calculado através da contabilização do número de células ou de componentes celulares, como o peso seco. A determinação do crescimento envolve geralmente duas características celulares: o número de células e a turbidez.
· Métodos microscópicos – incluem a contagem de células presentes na cultura ou numa amostra através do microscópio ou da citometria de fluxo. Constituem assim uma forma simples e rápida, mas com inúmeras limitações, tais como a necessidade de corar as células ou de utilizar um microscópio de contraste de fase para distinção entre células viáveis e não viáveis, dificuldade em visualizar células pequenas, pouca precisão, dificuldade em visualizar células de culturas com baixa densidade, necessidade de imobilizar células móveis, fragmentos presentes na amostra podem ser confundidos com células.
· Métodos viáveis de contagem – apenas contabilizam células viáveis. Incluem a contagem de unidades formadoras de colónias (CFU) em placas de cultura (podendo ser necessária a diluição da cultura antes da inoculação na placa, de modo a garantir que o número de CFU não seja exagerado e possa ser contabilizado). Contudo apresenta algumas limitações (como por exemplo o número de CFU depende da quantidade de inóculo, da viabilidade da cultura, do meio de cultura e das suas condições, variação do tamanho das CFU e a sincronização do seu crescimento).
· Métodos turbidimétricos – têm em conta o aumento dos componentes celulares como as proteínas, o DNA ou o peso seco. Essencialmente estes métodos utilizam a turbidez da cultura, ou seja, a massa celular total, extrapolando-se para o número de células. Incluem a densidade ótica, que é avaliada através de um espectrofotómetro. Apesar de ser um método simples e fácil de utilizar, só pode ser utilizado em microrganismos que sejam cultiváveis em meios líquidos e a determinação da absorvância pode não ser precisa na determinação da massa celular total.
Fatores que o afetam
Existem também condições ambientais que influenciam o crescimento, tais como:
· Solutos e atividade da água – a presença de solutos no ambiente externo afeta a disponibilidade da água para os microrganismos. No entanto, existem organismos adaptados a condições de menor disponibilidade de água como os que vivem em ambientes marinhos ou aqueles que sintetizam solutos compatíveis;
· pH – apesar de existirem organismos que crescem em ambiente ácidos, neutros e básicos, alterações neste parâmetro acarretam consequências para o crescimento celular;
· Temperatura – tanto temperaturas altas como temperaturas baixas podem interromper o crescimento bacteriano e até mesmo causar morte celular. A tolerância a alterações de temperatura depende de organismo para organismo;
· Concentração de oxigénio – o oxigénio não é um fator essencial para o crescimento bacteriano, uma vez que existem microrganismos que podem viver em ambientes anaeróbios e outros que apenas crescem nessas condições, assim como espécies que apenas sobrevivem em ambiente aeróbios;
· Pressão – pode afetar a estrutura das proteínas, causar alterações na membrana celular ou na estrutura do citoesqueleto. No entanto, existem igualmente organismos adaptados a ambientes com elevadas pressões, como os que habitam o fundo dos oceanos;
· Radiação – interfere com a cadeia de DNA, levando à morte celular. A radiação UV é um método bastante eficaz de esterilização.
Esporos: Sob condições ambientais adversas, como a privação de requerimento nutricional, essas bactérias podem ser convertidas de um estado vegetativo a um estado dormente, ou esporos. A localização do esporo dentro da uma célula é uma característica das bactérias e pode ajudar na sua identificação.
A estrutura do esporo protege o DNA genômicodo calor intenso, da radiação, e do ataque pela maioria das enzimas e agentes químicos. De fato, os esporos bacterianos são tão resistentes aos fatores ambientais que eles podem permanecer viáveis durante séculos. Os esporos também são difíceis de descontaminar com desinfetantes padrão.
A nutrição das bactérias
* Bactérias autótrofas – são aquelas que têm a capacidade de produzir o seu próprio alimento, através da fotossíntese ou quimiossintese.
*Bactérias heterótrofas – são bactérias que utilizam fontes externas para se alimentarem, como a respiração aeróbica ou a fermentação. 
OBS: No primeiro caso elas adquirem as moléculas de que precisam através do dióxido de carbono, já no segundo caso elas captam do ambiente o alimento de que necessitam.
· anaeróbias obrigatórias (morrem na presença de oxigênio), 
· anaeróbias facultativas (suportam bem a ausência ou a presença de oxigênio) 
· aeróbias obrigatórias (só sobrevivem se houver oxigênio).
· Autotróficas: Bactérias que dependem exclusivamente de moléculas inorgânicas como fonte de energia e carbono (dióxido de carbono [CO2]) – litotróficos 
· heterotróficas: fontes orgânicas de carbono – organotrófico 
· fotossintetizante: Luz 
· Quimiolitotróficos: composto inorganico como fonte de energia e CO2 como fonte de carbono 
· Quimioorganotróficos: composto organico como fonte de energia e de carbono 
Metabolismo Bacteriano 
Os requisitos mínimos para o crescimento são uma fonte de carbono e nitrogênio, uma fonte de energia, água e vários íons. Os elementos essenciais incluem os componentes das proteínas, dos lipídios e dos ácidos nucleicos (C, O, H, N, S, P), íons importantes (K, Na, Mg, Ca, Cl), e componentes de enzimas (Fe, Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni). O ferro é tão importante que muitas bactérias secretam proteínas especiais (sideróforos) para concentrar ferro a partir de soluções diluídas, e, por outro lado, nossos corpos sequestram o ferro para reduzir sua disponibilidade como uma forma de proteção.
Todas as células necessitam de um suprimento constante de energia para sobreviver. Essa energia, normalmente na forma de trifosfato de adenosina (ATP), é derivada da degradação controlada de vários substratos orgânicos (carboidratos, lipídios e proteínas). Esse processo de quebra de um substrato e sua conversão em uma forma utilizável de energia é conhecido como catabolismo. A energia produzida pode então ser utilizada na síntese dos constituintes celulares (paredes celulares, proteínas, ácidos graxos e ácidos nucleicos), um processo conhecido como anabolismo. Juntos, esses dois processos, que são correlacionados e intimamente integrados, são denominados metabolismo intermediário.
O processo metabólico normalmente inicia com a hidrólise de grandes macromoléculas por enzimas específicas no espaço extracelular. As menores moléculas que são produzidas (p. ex., monossacarídeos, pequenos peptídeos e ácidos graxos) são transportadas através da membrana até o citoplasma por mecanismos de transporte ativo ou passivo específicos para cada metabólito. Esses mecanismos podem utilizar carreadores específicos ou proteínas de transporte presentes na membrana para auxiliar na concentração dos metabólitos presentes no meio. Os metabólitos são convertidos por uma ou mais vias a um intermediário universal comum, o ácido pirúvico. A partir do ácido pirúvico, os carbonos podem ser destinados para a produção de energia ou para a síntese de novos carboidratos, aminoácidos, lipídios e ácidos nucleicos.
 Genética
Tradução: Processo de síntese de proteínas a partir do molde da fita de RNA mensageiro;
O material genético é transferido de uma bactéria para outra bactéria, ou seja, este processo requer o contato da célula doadora com a célula receptora para transferir uma fita de DNA.
 Metamorfose: Processo envolvido na transformação de certos animais do estágio larval para adulto.
Transformação: Consiste na transferência de DNA de uma célula a outra por meio da captação dessa molécula presente no meio que provém a liberação de outra bactéria. A transformação ocorre naturalmente entre pouco gêneros de bactérias. Ainda, vale lembrar que não há envolvimento da pili sexual no processo.
 Transdução: Recombinação genética por meio de fagos, também chamado de bacteriófago (vírus), nas bactérias.