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Bactérias: Introdução: São procariontes (bactéria e arqueias); unicelulares; reproduzem de forma assexuada; não possuem membrana nuclear (carioteca) e estruturas membranosas intracelulares organizadas. São divididas em dois grupos: • Eubactérias: são os tipos comuns; apresentam várias formas (esféricas, bastonetes e espirilo), podem aparecer isoladas ou em formas de colônia; são unicelulares e algumas têm flagelo. • Arqueobactérias: encontradas em ambientes inóspitos (altas concentrações salinas, de acidez e de temperatura); são semelhantes às eubactérias, mas apresentam diferenças quanto a composição química. Procariontes Eucariontes Grupos pertecentes Bactérias e cianobactérias Protozoários, algas, fungos, vegetais e animais Núcleo Ausente – ausência de carioteca Presente – presença de carioteca Organelas membranosas Ausentes Presentes Glicocálice Presente Presente em células animais Parede celular Presente e complexa bioquimicamente; apresenta peptídeoglicano. Quando presente é simples quimicamente (apenas plantas- celulose e fungos- quitina). Ribossomos Distribuídos no citoplasma (70S – 50S + 30S) Distribuídos no retículo endoplasmático, na mitocôndria e no cloroplasto (80S – 60S+40S) DNA Cromossomo único, circular, sem histonas Cromossomo múltiplos, linear e com histonas Divisão celular Fissão binária Mitose e meiose Cromossomo Genoma único e circular Fitas de DNA de genoma diploide Reprodução Assexuada (fissão binária) Sexuada e assexuada Respiração Via membrana citoplasmática Via mitocôndria Morfologia bacteriana: Tamanho 0,2 – 1,5 micrômetros. Morfologia gerais: Forma de cocos (esféricas) – é o grupo de bactérias mais homogêneo em relação aos tamanhos. Quando os cocos se dividem para reproduzir, as células podem permanecer ligadas umas às outras, originando as outras formas de cocos. • Micrococos – cocos • Diplococos – cocos agrupados aos pares • Tétrades – agrupamentos de 4 cocos • Sarcina – agrupamento de 8 cocos em forma cúbica • Estreptococos – cocos agrupados em cadeias • Estafilococos – cocos agrupados em grupos irregulares, lembrando cachos de uva Forma de bacilos: a maioria se apresenta como bastonete simples, chamados de bacilo único. • Bacilo único • Diplobacilos: bacilos agrupados aos pares • Estreptobacilos: aparecem em cadeias • Cocobacilos: bacilos ovais Formas espiraladas: Forma de espirilos possuem forma helicoidal e corpo rígido e utilizam um flagelo para se mover. Forma de espiroquetas são flexíveis e movem-se através de filamentos axiais. Forma de vibrião: se assemelha a bastões curvos Estrutura da célula bacteriana: Glicocálice: Presente em muitos procariotos., sendo esse um polímero viscoso e gelatinoso presente posteriormente à parede celular. Formado por substancia mucinosa ou gelatinosa e fica ligada à parede celular como um revestimento externo. Composto por polissacarídio, polipeptídio ou ambos. Normalmente produzido pela célula e secretado na superfície celular. Se for organizado e firmemente aderida à parede celular, recebe o nome de cápsula. Se estiver desorganizado e sem qualquer forma fracamente aderida à parede celular, recebe o nome de camada limosa. Funções: • Proteger da fagocitose e que seja destruída pelo sistema imune. • Papel importante na infecção, permitindo que a bactéria patogênica se ligue a tecidos específicos do hospedeiro. • Reserva nutritiva (água e nutrientes) • Protege da dissecação • Fator de virulência: possui substâncias que aumentam a capacidade de causar doenças no hospedeiro, devido a presença da cápsula. É chamado de substância polimérica extracelular (SPE) quando auxilia as celular de um biofilme a se fixarem ao seu ambiente-alvo. As cápsulas são importantes para a contribuição da virulência bacteriana (medida do grau em que um patógeno causa doença). As cápsulas frequentemente protegem as bactérias patogênicas contra a fagocitose pelas células do hospedeiro. Além disso, a cápsula é uma camada de polissacarídeos ligados à parede celular, tendo como funções: reservatório de água e nutrientes; aumento da capacidade invasiva de bactérias patogênicas; aderência. Flagelo: Possui uma proteína, chamada flagelina, sendo uma organela responsável pela locomoção das bactérias. Deslocam as bactérias em direção aos nutrientes e outros fatores atrativos, quem podem ser químicos (quimiotaxia) ou luminosos (fototaxia). Formado por um filamento, um gancho e um corpo basal. De acordo com o número e distribuição dos flagelos, as bactérias podem ser classificadas como: -atríquias (sem flagelo) -peritríquias (flagelos ao longo de toda a bactéria). -polares (em uma ou ambas as extremidades da célula): monotríquias (um único flagelo em um polo), anfitríquias (um flagelo em cada extremidade), lofotríquias (um tufo de flagelos saindo de uma extremidade). Filamentos axiais: As espiroquetas possuem estrutura e motilidade exclusivas Uma das espiroquetas mais conhecidas é o Treponema pallidum, causador da sífilis. As espiroquetas se movem através de filamentos axiais, ou endoflagelos, feixes de fibrilas que se originam nas extremidades das células, sob uma bainha externa, e fazem uma espiral em torno da célula. A rotação dos filamentos produz um movimento da bainha externa, que impulsiona as espiroquetas em um movimento espiral. Fimbrias e pili: São apêndices finos, retos e curtos que estão presentes em muitas bactérias gram-negativas. Compostas por subunidades proteicas (pilina), sendo menores que os flagelos. • Fímbrias podem ocorrer nos polos da célula bacteriana ou podem estar homogeneamente distribuídas em toda a superfície da célula. Elas podem variar em número. Ademais, elas têm tendencia a se aderirem umas às outras e às superfícies, estando, assim, envolvidas na formação de biofilmes. • Os pili (singular: pilus) normalmente são mais longos que as fímbrias, e há apenas um ou dois por célula. Os pili estão envolvidos na motilidade celular (motilidade pulsante) e na transferência de DNA. Função relacionada com a transferência de material genético durante a conjugação bacteriana (fimbria sexual) com a aderência as superfícies mucosas. Os pili F (pili sexuais) se ligam a outras bactérias e são um canal de transferência de cromossomos bacterianos entre bactérias. Esses pili são codificados por um plasmídeo (F). Parede celular: Estrutura complexa e semirrígida responsável pela forma da célula, que está presente em quase todos os procariotos, sendo formada por peptideoglicano. Peptideoglicano: estrutura da célula Localiza-se acima da membrana citoplasmática, ajuda a manter a forma de uma bactéria e serve como ponto de ancoragem para os flagelos. Atua como barreira de proteção contra determinados agentes químicos e físicos externos. Sua principal função é prevenir a ruptura das células bacterianas quando a pressão da água dentro da célula é maior que fora dela. Contribui para a capacidade de algumas espécies causarem doenças e também é local de ação de alguns antibióticos – beta lactâmicos. Bactérias podem ser divididas em 2 grandes grupos, com base na capacidade de suas paredes celulares fixarem o corante violeta cristal: Gram-positivas (que coram o roxo) e as gram-negativas (que coram em vermelho). Gram-positivas A parede celular dessas bactérias tem uma camada espessa de peptidioglicano, 90% de peptidioglicano. O espaço entre a parede celular e a membrana plasmática é o espaço periplasmático. Contêm ácidos teicoicos, no qual existem duas classes: o ácido lipoteicoico, que atravessa a camada de peptideoglicano e está ligado à membrana plasmática, e o ácido teicoico da parede, o qual está ligado à camada de peptideoglicano. Os ácidos teicoicos podem regular o movimento de cátionspara dentro e para fora da célula, além de ter um papel no crescimento celular, impedindo a ruptura da parede e a possível lise celular. Por fim, os ácidos teicoicos fornecem boa parte da especificidade antigênica da parede e, portanto, tornam possível identificar bactérias gram-positivas utilizando determinados testes laboratoriais Gram-negativas: Uma ou poucas camadas de peptidioglicano Presença do espaço periplasmático que possui enzimas hidrolíticas que degradam antibióticos e macromoléculas, enzimas capazes de inativar drogas. As paredes celulares gram-negativas não contêm ácidos teicoicos. Apresenta uma membrana externa que serve como uma barreira adicional para a entrada de substâncias, consiste em lipopolissacarídeos (LPS), lipoproteínas e fosfolipídeos. Ela tem várias funções: lise de células e promove a fagocitose, também fornece uma barreira contra a ação de detergentes, metais pesados, sais biliares, determinados corantes, antibióticos (p. ex., penicilina) e enzimas digestórias como a lisozima. Contudo, não fornece barreira para tudo, pois os nutrientes precisam passar por ela, e nisso tem-se a presença de porinas, que formam canais permeáveis. O lipopolissacarídeo (LPS) da membrana externa é uma molécula grande e complexa que contém lipídeos e carboidratos e que consiste em três componentes: (1) lipídeo A, (2) um cerne polissacarídeo e (3) um polissacarídeo O Obs.: quando a bactéria sofre lise, os LPL são espalhados no sistema do hospedeiro podendo causar um choque pirogênico (febre intensa). Paredes celulares atípicas: Certos tipos de células não possuem paredes ou têm pouco material de parede, como o gênero Mycoplasma. As arqueias podem não ter paredes ou ter paredes incomuns. Dano a parede celular: Um meio pelo qual a parede celular pode ser danificada é pela exposição à enzima digestória lisozima - constituinte das lágrimas, do suor, do muco e da saliva. Membrana plasmática: Estrutura fina, situada no interior da parede celular, revestindo o citoplasma da célula; modelo mosaico fluido. Difere da membrana plasmática das células eucarióticas por: não apresentar esteróides em sua composição (p. ex: coslesterol), o que torna esta menos rígida – os micoplasmas são exceção pois não possui parede celular e contém esteróis de membrana. Confere permeabilidade seletiva, sendo também importantes na digestão de nutrientes e na produção de energia. Mesossomos são dobras na membrana plasmática. Os materiais atravessam a membrana seja por transporte ativo, seja por transporte passivo. Citoplasma: Substância celular composto de água, contendo principalmente proteínas (enzimas), carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos e muitos compostos de baixo peso molecular Cerca de 80% do citoplasma é composto de água, contendo sobretudo proteínas (enzimas), carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos e muitos compostos de baixo peso molecular. As principais estruturas do citoplasma dos procariotos são: um nucleoide (contendo DNA), os ribossomos, e os depósitos de reserva, denominados inclusões. Citoesqueleto é um nome coletivo para uma série de fibras (pequenas vias e cilindros) no citoplasma. Há não muito tempo, acreditava-se que a ausência de um citoesqueleto era uma característica distintiva dos procariotos. No entanto, os biólogos recentemente descobriram que as células procarióticas. Nucleoide As células bacterianas não contêm o núcleo típico das células eucarióticas, pois o nucleoide encontra-se disperso no citoplasma. O cromossomo bacteriano consiste em um cromossomo único e circular de dupla fita e ocupa uma posição próxima ao centro da célula. Ao contrário dos eucariotas, 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. Plasmídeos: São moléculas de DNA extracromossomal, de dupla fita, sendo geralmente circulares. Não estão conectados ao cromossomo bacteriano principal e replicam-se, independentemente, do DNA cromossômico. Geralmente não são essenciais para a sobrevivência celular, e conferem uma vantagem seletiva: muitos conferem resistência a um ou mais antibióticos, tolerância aos metais tóxicos, produção de toxinas e síntese de enzimas. Quanto mais alto o peso molecular maior será sua importância. A falta de uma membrana nuclear simplifica as necessidades e os mecanismos de controle para a síntese de proteínas. Carrega todas as informa ações necessárias para as estruturas e as funções celulares Há plasmídeos que codificam para a produção de enzimas betalactamases, que destroem os antibióticos betalactâmicos. Grânulos/inclusões citoplasmáticas: São formações existentes no citoplasma, como grãos de amido, gotas de óleo. Podem servir como fonte de material de reserva ou energia Ribossomo: Os ribossomos procarióticos diferem dos eucarióticos no número de proteínas e de moléculas de rRNA que possuem; sendo também menores e menos densos. Ribossomos 70S, composta por subunidade 30S, contendo uma molécula de rRNA, e uma subunidade maior 50S, contendo duas moléculas de rRNA. Vários antibióticos atuam inibindo a síntese proteica nos ribossomos procarióticos, haja vista que são o sitio de ligação de alguns antibióticos. Devido às diferenças nos ribossomos procarióticos e eucarióticos, a célula microbiana pode ser destruída pelo antibiótico, ao passo que a célula do hospedeiro eucariótico permanece intacta. Inclusões: Dentro do citoplasma há vários tipos de depósitos reserva, chamados de inclusões. As células podem acumular nutrientes quando estes estão abundantes e usá-los quando estão escassos no ambiente. Grânulos metacromáticos: são grandes inclusões que coletivamente são conhecidos como volutina. A volutina consiste em uma reserva de fosfato inorgânico, que pode ser usada na síntese de ATP. Grânulos polissacarídicos são compostos de glicogênio e amido. Inclusões lipídicas: aparecem em várias espécies de Mycobacterium, Bacillus, Azotobacter, Spirillum e outros. Endosporos: Metabolicamente inativo: não se reproduzem. Quando os nutrientes essenciais se esgotam, determinadas bactérias gram-positivas (p. ex Clostridium e Bacillus), formam células “dormentes” especializadas, chamadas de endósporos. Quando liberados no ambiente, podem sobreviver a temperaturas extremas, falta de água e exposição a muitas substâncias químicas tóxicas e radiação. O processo de formação do endósporo no interior de uma célula vegetativa leva várias horas e é conhecido como esporulação ou esporogênese. 1 o septo do esporo começa a isolar o DNA recém- replicado e uma pequena porção do citoplasma. 2 a membrana plasmática começa a circundar o DNA, o citoplasma e a membrana, isolados na etapa 1 3 o septo do esporo circunda a porção isolada, formando o pré-esporo. 4 uma camada de peptideoglicano se forma entre as membranas. 5 a capa do esporo é formada. 6 o endósporo é liberado da célula. Biofilmes: Os microrganismos raramente vivem em colônias isoladas, elas normalmente vivem em comunidades chamadas de biofilmes, os quais são uma camada fina e viscosa envolvendo bactérias que se aderem a uma superfície. Um biofilme também pode ser considerado um hidrogel. Os biofilmes geralmente são fixados em uma superfície ou em uma membrana mucosa. Essa comunidade pode ser de uma única espécie ou de grupos diversos de microrganismos. Os microrganismos nos biofilmes podem trabalhar em cooperação para desenvolver tarefas complexas, como no sistema digestório dos ruminantes, como o gado, no qual requer muitas espécies diferentes de microrganismos para quebrar a celulose. Esses microrganismos descritos estão localizados em comunidades de biofilmes.Contudo, eles podem também ser um problema em canos e tubulações, onde seu acúmulo impede a circulação. Os biofilmes são um importante fator para a saúde humana. Por exemplo, os microrganismos em um biofilme provavelmente são 1.000 vezes mais resistentes aos microbicidas. Estima-se que 70% das infecc ̧ões bacterianas humanas envolvem biofilmes. Dessa maneira, enquanto os biofilmes são várias espécies de bactérias colonizando o mesmo ambiente, a colônia consiste em uma única espécie de bactéria se multiplicando e colonizando o ambiente. Classificação da microbiota: “Microbiota normal” refere-se aos microrganismos que habitam a pele e as mucosas dos indivíduos normais e sadios. Os genomas desses microrganismos simbiontes são definidos como microbioma. Pesquisas têm mostrado que a “microbiota normal”, fornece a primeira linha de defesa contra patógenos microbianos, auxilia na digestão, desempenha um papel na degradação das toxinas e contribui para a maturação do sistema imunológico. A pele e as membranas mucosas sempre abrigam uma variedade de microrganismos que podem ser classificados em dois grupos: Microbiota residente: Autóctone, indígena ou normal consiste em tipos relativamente fixos de microrganismos encontrados com regularidade em determinadas áreas e em certa idade, e que, quando perturbada, recompõe-se prontamente. Não produzem doenças em condições normais. Funções: • Barreira contra instalação de microrganismos patogênicos • Produção de substâncias utilizáveis pelo hospedeiro - Os membros da microbiota residente no trato intestinal sintetizam a vitamina K e ajudam na absorção dos nutrientes. • Degradação de substâncias tóxicas • Modulação do sistema imunológico Caráter anfibiôntico: os microrganismos podem se comportar como patógenos oportunistas, em situações de desequilíbrio ou ao serem introduzidos em sítios não específicos. Exemplo disso é a E. coli no intestino ser inofensiva e no trato urinário haver uma colonização e infecção urinária. Nas mucosas e na pele, a microbiota residente pode impedir a colonização por patógenos e o possível desenvolvimento de doença por "interferência bacteriana". O mecanismo pode envolver a competição por receptores ou locais de ligação nas células do hospedeiro, competição por nutrientes, inibição mútua por produtos metabólicos ou tóxicos, por substâncias antibióticas ou bacteriocinas, ou outros mecanismos. Microbiota transitória, Consiste em microrganismos não patogênicos ou potencialmente patogênicos, os quais permanecem na pele ou nas mucosas por horas, dias ou semanas, vindos do meio ambiente, não causando doença e nem se estabelecendo permanentemente na superfície. Em geral, os membros da microbiota transitória são de pouca importância, enquanto a microbiota residente normal permanece intacta. Entretanto, se a microbiota residente for perturbada, os microrganismos transitórios poderão colonizar e proliferar-se, ocasionando doença. A distribuição dos microrganismos depende de vários fatores, tais como: umidade, acidez, temperatura e disponibilidade de nutrientes. Esses microrganismos influenciam o sistema imunológico, a resistência aos patógenos e o aproveitamento dos alimentos. Microbiota da pele: A pele normalmente é inóspita para a maioria dos microrganismos, determinados micróbios fazem parte da microbiota normal. A microbiota normal da pele contém números relativamente altos de bactérias gram-positivas, como os estafilococos e os micrococos, na qual essas tendem a ser resistentes a ambientes secos e altas pressões osmóticas, com altas concentrações de sal ou açúcar. A lavagem vigorosa pode diminuir seu número, sem, no entanto, eliminá-las. As áreas do corpo que apresentam maior umidade, como as axilas e a região entre as pernas, possuem populações maiores de micróbios – metabolizam as secreções das glândulas sudoríparas e são os principais responsáveis pelos odores corporais. Também fazem parte da microbiota normal da pele bacilos gram-positivos pleomórficos, chamados de difteroides. Alguns difteroides, como o Propionibacterium acnes, são geralmente anaeróbios e habitam os folículos pilosos. Outros difteroides, como Corynebacterium xerosis, são aeróbios e ocupam a superfície da pele. Outros difteroides, como Corynebacterium xerosis, são aeróbios e ocupam a superfície da pele. Algumas bactérias gram-negativas, sobretudo Acinetobacter, colonizam a pele. Uma levedura, Malassezia furfur, capaz de crescer nas secreções sebáceas da pele, é considerada a responsável pela condição descamativa da pele, conhecida como caspa. O fungo candida também se faz presente na microbiota da pele. De maneira resumida os microrganismos residentes encontrados predominantemente na pele são Propionibacterium, Staphylococcus, Corynebacterium, Micrococcus, Acinetobacter, Brevibacterium; Candida (fungo) e Malassezia (fungo). • A maioria dos micróbios em contato direto com a pele não se torna residente, uma vez que as secreções das glândulas sudoríparas e sebáceas têm propriedades antimicrobianas • A queratina é uma barreira resistente, e o pH baixo da pele inibe muitos micróbios • A pele também apresenta um conteúdo relativamente baixo de umidade Infecções de pele por bactérias: Os Staphylococcus epidermidis, são muito comuns na pele, onde representam 90% da microbiota normal. Em geral, só são patogênicas quando a barreira da pele é rompida ou invadida por procedimentos médicos, como a inserção e a remoção de catéteres venosos. O S. aureus é o mais patogênico dos estafilococos, e quando infecta a pele estimula uma resposta inflamatória vigorosa, e macrófagos e neutrófilos são atraídos para o sítio de infecção. Essa bactéria é um residente permanente das passagens nasais de 20% da população, e cerca de 60% a carreiam ocasionalmente. S. aureus pode causar a doença impetigo, caracterizada por vesículas na pele. A pele é o maior órgão do corpo humano e é colonizada por uma variedade de microrganismos não patogênicos e, eventualmente, benéficos para o hospedeiro. Em virtude de sua constante exposição e contato com o meio ambiente, a pele mostra-se particularmente propensa a abrigar microrganismos transitórios. Entretanto, existe uma microbiota residente constante e bem definida, modificada em diferentes áreas anatômicas por secreções, uso habitual de roupas ou proximidade de membranas mucosas (boca, nariz e área perineal). Microbiota do trato respiratório: Há vários microrganismos potencialmente patogênicos que fazem parte da microbiota normal do trato respiratório superior, mas geralmente não causam doença, haja vista que a microbiota normal os suprime, competindo por nutrientes e produzindo substâncias inibidoras. Em contrapartida, o trato respiratório inferior é quase estéril – embora a traqueia possa conter algumas bactérias-, devido ao funcionamento eficaz do elevador ciliar nos brônquios. A composição da microbiota pulmonar é moldada primeiramente pelo ambiente: clima, zona geográfica, área onde vive e a exposição a animais domésticos, entre outros. São vários fatores que podem diminuir a diversidade bacteriana e levar a desequilíbrios na microbiota respiratória: alguns estão relacionados com o corpo (defesas imunitárias, tosse, etc), outros com o ambiente (tabaco, infecções virais, tratamento com antibióticos, etc). Um desequilíbrio (disbiose) na microbiota pulmonar pode levar ao aparecimento de bactérias e fungos patogênicos e contribuir para o desenvolvimento de doenças respiratórias crônicas, como asma e Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC). Um amplo espectro de organismo coloniza o nariz, a garganta e a boca, porém os brônquios inferiores e alvéolos contém poucos organismos ou nenhum. O nariz é colonizado por uma variedade de espécies estreptocócicas e estafilocócicas,a mais importante é Staphylococcus aureus. A composição da microbiota normal de neonatos nascidos por parto normal é semelhante à microbiota vaginal das mães, enquanto neonatos nascidos de cesária raramente apresentam na composição de sua microbiota microrganismos vaginais (p. ex. Lactobacillus, Prevotella, Atopobium e Sneathia spp.). Na faringe e na traqueia, verifica-se o estabelecimento de uma microbiota semelhante, enquanto poucas bactérias são encontradas nos brônquios normais. Os bronquíolos e alvéolos são normalmente estéreis. Os microrganismos predominantes nas vias respiratórias superiores, em particular na faringe, consistem em estreptococos não hemolíticos e a-hemolíticos, bem como neisserias. Também são observados estafilococos, difteroides, Haemophilus, pneumococos, Mycoplasma e Prevotella. * Nariz e garganta (sistema respiratório superior): Staphylococcus aureus, S. epidermidis, e difteroides aeróbios no nariz; * S. epidermidis, S. aureus, difteroides, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus e Neisseria na garganta. • Embora alguns membros da microbiota normal sejam potenciais patógenos, sua habilidade para causar doenças é reduzida pelo antagonismo microbiano • As secreções nasais matam ou inibem o crescimento de muitos micróbios, e o muco e o movimento ciliar também removem muitos micróbios Patógeno epiglotite haemophilus influenzae Faringite estreptocócica Streptococcus, principalmente o pyogenes Difteria Corynebacterium diphtheriae Otite média Staphylococcus aureus, Streptococcus pneunomiae e Haemophilus influenzae Pneumonia bacteriana Streptococcus pneumoniae Coqueluche (tosse comprida) bordetella pertussis Tuberculose Mycobacterium tuberculosis Microbiota do trato gastrointestinal: As bactérias povoam densamente a maioria do sistema digestório. Na boca, na saliva sobretudo, há milhões de bactérias. Nas superfícies dos dentes o acumulo de massas de microrganismos e seus produtos são chamados de placas dentárias, que são um tipo de biofilme envolvido na formação das cáries dentárias Caries dentárias Streptococcus mutans Doença periodontal Vários, sobretudo Porphyromonas spp. Gengivite ulcerativa necrosante aguda Prevotella intermedia No adulto normal, o esôfago contém microrganismos transportados pela saliva e pelos alimentos. Por conta do pouco trânsito alimentar nesse segmento do TGI, o esôfago possui pouca proliferação bacteriana associada. A acidez do estômago mantém o número de microrganismos em nível mínimo, a não ser que a obstrução do piloro favoreça a proliferação de cocos e bacilos gram-positivos. O estômago e o intestino delgado apresentam relativamente poucos microrganismos, devido ao ácido clorídrico produzido pelo estômago e ao rápido movimento dos alimentos no intestino delgado. Em contrapartida, o intestino grosso possui uma enorme população microbiana, excedendo 100 bilhões de bactérias por grama de fezes. (Até 40% da massa fecal são compostas por material celular microbiano.) Ao nascimento, o intestino é estéril, porém diferentes microrganismos são introduzidos com os alimentos. Nos lactentes alimentados por mamadeiras, existe uma microbiota mais diversificada no intestino, e os lactobacilos são menos proeminentes. À medida que os hábitos alimentares evoluem para o padrão do adulto, a microbiota intestinal modifica-se. Das centenas de filotipos detectados no estômago humano, somente o Helicobacter pylori persiste nesse ambiente. O pH ácido do estômago protege o indivíduo contra infecções por alguns patógenos entéricos (p. ex., o Vibrio cholerae). A administração de antiácidos, antagonistas de receptor H2 e inibidores de bomba de prótons para úlcera péptica e refluxo gastresofágico resulta em acentuado aumento da microbiota do estômago, inclusive muitos microrganismos em geral prevalentes nas fezes. No intestino delgado a população microbiana associada à mucosa inclui os filos Bacteroidetes e Clostridiales, enquanto no lúmen incluem membros do filo Enterobacteriales e Enterococcus. No colo sigmoide e no reto as bactérias constituem 60% da massa fecal... Na diarreia o conteúdo de bactérias pode diminuir acentuadamente, ao passo que a contagem aumenta na estase intestinal. No colo normal do adulto, 96 a 99% da microbiota residente consistem em anaeróbios. FUNÇÕES DA MICROBIOTA INTESTINAL: - Proteção, nas quais as bactérias residentes deslocam e inibem indiretamente patógenos potenciais, pela competição por nutrientes e receptores ou indiretamente através da produção de fatores antimicrobianos, como bacteriocinas e ácido láctico. - Organismos comensais são importantes para o desenvolvimento e a função do sistema imunológico das mucosas. Eles induzem a secreção de IgA, influenciam o desenvolvimento do sistema imunológico humoral intestinal e modulam a resposta T celular os perfis de citocinas. - Funções metabólicas. A microbiota do intestino delgado pode contribuir para as necessidades de aminoácidos apresentadas pelo hospedeiro, caso não fornecido pela alimentação. As bactérias intestinais produzem ácidos graxos de cadeia curta que controlam a diferenciação das células epiteliais intestinais. Elas sintetizam vitamina K, biotina e folato e melhoram a absorção de íons. O uso de antimicrobianos pode suprimir temporariamente os componentes da microbiota fecal suscetíveis aos fármacos. Os efeitos desse uso variam de uma diarreia autolimitada até uma colite pseudomembranosa (inflamação no intestino grosso que provoca diarreia e dor). Embora as bactérias da microbiota intestinal sejam normalmente inócuas para o hospedeiro, em indivíduos geneticamente suscetíveis alguns componentes podem resultar em doença. As Enterobacteriaceae constituem um grande grupo de bacilos gram-negativos cujo o habitat natural é o trato intestinal de seres humanos e animais. Alguns microrganismos entéricos, tais como a Escherichia coli, fazem parte da microbiota normal e acidentalmente provocam doenças, enquanto outros, como as salmonelas e shigelas, são regularmente patogênicos para os seres humanos. Escherichia coli, Bacteroides, Fusobacterium, Lactobacillus, Enterococcus, Bifidobacterium, Enterobacter, Citrobacter, Proteus, Klebsiella e Candida (fungo). • O intestino grosso contém os maiores números de microrganismos da microbiota residente no corpo, principalmente em razão da disponibilidade de umidade e nutrientes - ( ) • O muco e a descamação periódica previnem que muitos microrganismos colonizem o revestimento do trato gastrintestinal. Além disso, a mucosa produz uma série de substâncias antimicrobianas • A diarreia também elimina parte da microbiota normal Microbiota do trato genitourinário: O trato urinário, dos rins ao meato uretral, é normalmente estéril e resistente à colonização bacteriana. A urina normal é estéril, porém pode se tornar contaminada com a microbiota da pele próxima ao final de sua passagem pela uretra. A principal defesa contra infecção bacteriana é o esvaziamento completo da bexiga durante a micção. As bactérias predominantes na vagina são os lactobacilos. Essas bactérias produzem o ácido láctico, que mantém o pH ácido da vagina, inibindo o crescimento da maioria dos outros microrganismos. Esse acido lático é advindo da metabolização da glicose (que vem do estrogênio). Se os lactobacilos forem suprimidos pela administração de antimicrobianos, o número de leveduras ou várias bactérias aumentará, causando irritação e inflamação. A vaginose bacteriana é uma síndrome caracterizada por alterações drásticas nas espécies da microbiota vaginal e em suas proporções relativas. Ocorrem mudanças a partir de um ecossistema vaginal saudável, onde há lactobacilos, para um estado de doença marcado pela presença de microrganismos pertencentes ao filosBacteroidetes e Actinobacteria. Após a menopausa, o número de lactobacilos novamente diminui, e reaparece uma microbiota mista. A microbiota normal da vagina inclui os estreptococos do grupo B em aproximadamente 25% das mulheres no período da gravidez. A microbiota vaginal normal também inclui estreptococos a-hemolíticos, estreptococos anaeróbios (peptoestreptococos), espécies de Prevotella, Clostridium, Gardnerella vaginalis, Ureaplasma urealyticum e, mais raramente, espécies de Listeria ou Mobiluncus. O muco cervical tem atividade antibacteriana e contém lisozima. Sistema reprodutivo e urinário: Staphylococcus, Micrococcus, Enterococcus, Lactobacillus, Bacteroides, difteroides aeróbicos, Pseudomonas, Klebsiella e Proteus na uretra; lactobacilos, Streptococcus, Clostridium, Candida albicans (fungo) e Trichomonas vaginalis (protozoário) na vagina. • A parte proximal da uretra em ambos os sexos contém uma micro- biota residente; a vagina tem uma população de micróbios ácido- -tolerantes em virtude da natureza de suas secreções • O muco e a descamação periódica previnem que muitos microrganismos colonizem o revestimento do trato urogenital; o fluxo de urina remove os micróbios mecanicamente. Além disso, o pH da urina e a ureia são antimicrobianos • Os cílios e o muco expelem os micróbios da cérvice uterina para a vagina, e a acidez da vagina inibe ou mata os micróbios Mutualismo: lactobacilos e hospedeiro – fornece barreira imunológica e obtém nutrientes da vagina Fisiologia bacteriana: Catabolismo Conjunto de processos de degradação de moléculas e nutrientes que liberam energia. Fornecem energia para as reações anabólicas. Anabolismo Conjunto de processos biossintéticos que requerem energia e que formam os componentes celulares a partir de moléculas menores. As células bacterianas são formadas a partir de substâncias químicas denominadas nutrientes. Os nutrientes captados do ambiente são transformados em constituintes celulares ou usados para liberar energia para a célula. Os nutrientes são classificados de acordo com a sua concentração e importância para a célula – macronutrientes, micronutrientes e fatores de crescimento. Crescimento bacteriano: Os fatores necessários para o crescimento microbiano podem ser divididos em duas categorias principais: físicos e químicos. Os fatores físicos incluem temperatura, pH e pressão osmótica. Os fatores químicos incluem CHONPS* e fatores orgânicos de crescimento. Fatores físicos: Temperatura: A maioria dos microrganismos cresce bem nas temperaturas ideais para os seres humanos. Contudo, certas bactérias podem crescer em extremos de temperatura. São classificados em três grupos principais, com base na faixa de temperatura que eles preferem. psicrófilos (micróbios que gostam de frio) são encontrados geralmente nas bactérias, sobretudo nos alimentos, mesófilos (micróbios que gostam de temperaturas moderadas) e termófilos (micróbios que gostam de calor). Os psicrófilos crescem bem entre 10ºC-25ºC Os mesófilos, com temperatura ótima de crescimento de 25 a 40°C, são os microrganismos mais comuns. A temperatura ótima para a maioria das bactérias patogênicas é de cerca de 37°C. pH A maioria das bactérias cresce melhor em uma faixa estreita de pH próxima da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5. Poucas bactérias crescem em pH ácido abaixo de 4. Por essa razão, muitos alimentos, como o chucrute, os picles e muitos queijos, são protegidos da deteriorac ̧ão pelos ácidos produzidos pela fermentação bacteriana. Todavia, algumas bactérias, chamadas de acidófilas, são tolerantes à acidez.. As peptonas e os aminoácidos atuam como tampões em alguns meios, e muitos meios também contêm sais de fosfato. Os sais de fosfato têm a vantagem de exibir o seu efeito de tampão na faixa de pH de crescimento da maioria das bactérias. Pressão osmótica Os microrganismos obtêm a maioria dos seus nutrientes em solução da água presente no seu meio ambiente. Portanto, eles requerem água para seu crescimento, sendo que sua composicão é de 80 a 90% de água. Pressões osmóticas elevadas têm como efeito remover a água necessária para a célula. Quando uma célula microbiana está ambiente hipertônico, a água atravessa a membrana celular para o meio com a concentrac ̧ão mais elevada de soluto. Essa perda osmótica de água causa plasmólise, ou o encolhimento do citoplasma da O crescimento da célula e ́ inibido à medida que a membrana plasmática se afasta da parede celular. Alguns organismos, chamados de halófilos extremos, se adaptaram tão bem às altas concentrações de sais, que eles, de fato, necessitam dos sais para o seu crescimento, sendo halófilos obrigatórios – bactérias do mar morto. Os halófilos facultativos são mais comuns e não requerem altas concentrações de sais, mas são capazes de crescerem em concentrações salinas de até 2%, uma concentração que inibe o crescimento de muitos outros organismos. Nutrição: Macronutrientes: são nutrientes que a bactéria necessita em maior quantidade Fatores químicos: Carbono: O carbono é o esqueleto estrutural da matéria viva; é necessário para todos os compostos orgânicos que constituem uma célula viva. Os quimio-heterotróficos obtêm maior parte do seu carbono de sua fonte de energia – materiais orgânicos, como proteínas, carboidratos e lipídeos. Já os quimioautotróficos e os fotoautotróficos derivam seu carbono de dióxido de carbono. Nitrogênio, enxofre e fósforo Síntese de proteínas, de DNA, de RNA, de ATP requer nitrogênio. O nitrogênio constitui cerca de 14% do peso seco da célula bacteriana, e o enxofre e o fósforo juntos constituem aproximadamente 4%. Os organismos utilizam o nitrogênio essencialmente para formar grupo amino dos aminoácidos das proteínas. Algumas bactérias importantes utilizam o nitrogênio gasoso (N2) diretamente da atmosfera – fixação do nitrogênio - rhizobium, no qual esse nitrogênio é utilizado tanto pela planta quanto pelas bactérias. O enxofre é utilizado para sintetizar os aminoácidos contendo enxofre e vitaminas, como a tiamina e a biotina. O fósforo é essencial para a síntese de ácidos nucleicos e dos fosfolipídeos das membranas celulares. Elementos-traço Os microrganismos requerem quantidades muito pequenas de outros elementos minerais, como ferro, cobre, molibdênio e zinco – que são os elementos-traço A maioria é essencial às funções de certas enzimas, geralmente como cofatores. Oxigênio: Os organismos aeróbios obrigatórios precisam de O2, sendo que esses estão em desvantagem, uma vez que o O2 é pouco solúvel na água de seu ambiente – bactérias do solo. Exemplos de anaeróbios obrigatórios: gênero Clostridium, qual contem espécies que causam tétano e botulismo. Por isso, muitas bactérias aeróbias têm desenvolvido, ou mantido a capacidade de continuar a crescer na ausência de O2, sendo esses chamados de anaeróbios facultativos. Um exemplo de anaeróbio é a família Escherichia coli, encontrada do trato intestinal. Microaerófilas: necessitam de baixo teor de oxigênio. Fatores de crescimento orgânicos Os compostos orgânicos essenciais incapazes de serem sintetizados por um organismo são conhecidos como fatores de crescimento orgânico; eles precisam ser obtidos diretamente do ambiente. Um grupo de fatores orgânicos de crescimento para os seres humanos é o das vitaminas. A maioria das vitaminas funciona como coenzimas, os cofatores orgânicos requeridos por certas enzimas para seu funcionamento. Muitas bactérias podem sintetizar suas próprias vitaminas e não dependem de fontes externas. Contudo, algumas bactérias não têm as enzimas necessárias para a síntese de certas vitaminas, que são para elas fatores orgânicos de crescimento. Outros desses fatores requeridos por certas bactériassão aminoácidos, purinas e pirimidinas. Curva de crescimento: Fase Taxa de crescimento Latência Zero Exponencial Constante Estacionária máxima Zero Declínio Negativa (morte) Tempo de geração é o tempo necessário para uma célula se dividir e sua população duplicar. A maioria das bactérias tem tempo de geração de 1 a 3 horas, e outras requerem mais de 24h para se multiplicar. Quando algumas bactérias são inoculadas em um meio liquido de crescimento e a população é contada em intervalos regulares, e ́ possível representar graficamente a curva de crescimento bacteriano, que mostra o crescimento das células em função do tempo. Há quatro fases básicas de crescimento: a fase lag, a fase log, a fase estacionária e a fase de morte celular. FASE LAG Durante certo tempo, o número de células muda pouco, pois elas não se reproduzem imediatamente em um novo meio. Esse período de pouca ou nenhuma divisão é chamado de fase lag, podendo durar de uma hora a vários dias. Durante esse tempo contudo, as células não estão dormentes. A população microbiana passa por um período de intensa atividade metabólica, envolvendo principalmente a síntese de enzimas e várias moléculas. Quando uma bactéria é transferida para outro local. FASE LOG: Por fim, as células começam a se dividir e entram em um período de crescimento, ou aumento logarítmico, chamado de fase log, ou fase de crescimento exponencial. A reprodução celular é mais ativa durante esse período, e o tempo de geração (intervalo durante o qual a população dobra) atinge um mínimo constante. Como o tempo de geração é constante, uma representação logarítmica do crescimento durante a fase log gera uma linha reta. A fase log é o momento de maior atividade metabólica, sendo o preferido para fins industriais, pois o produto precisa ser produzido de maneira eficiente. FASE ESTACIONÁRIA Se a fase de crescimento continua sem controle, ocorre a formação de um grande número de células. Por exemplo, uma única bactéria dividindo a cada 20 minutos por somente 25,5 horas pode, teoricamente, produzir uma população exorbitante. Contudo, isso não ocorre. Eventualmente, a velocidade de reprodução diminui, o número de mortes microbianas é equivalente ao número de células novas, e a população se estabiliza. Esse período de equilíbrio é chamado de fase estacionária. A causa da interrupção do crescimento exponencial não é sempre clara. O esgotamento dos nutrientes, o acúmulo de resíduos e mudanças no pH danosas à célula podem ser os motivos, no qual entra a competição dos microrganismos. FASE DE MORTE CELULAR O número de mortes eventualmente excede o número de novas células, e a população entra em uma fase de morte, ou fase de declínio logarítmico. Essa fase continua até que a população tenha diminuído para uma pequena fração do número de células da fase anterior ou até que a população morra totalmente. Algumas espécies passam por toda a sequência de fases em somente poucos dias; outras mantém algumas células sobreviventes indefinidamente. Reprodução bacteriana: Geralmente reproduzem-se assexuadamente por fissão binária ou cissiparidade. 1 a célula se alonga e o DNA é replicado 2 a parede celular e a membrana plasmática começam a se dividir 3 paredes intermediárias se formam, separando completamente as duas copias de DNA 4 As células se separam Nesse processo ocorre a replicação do cromossomo e uma única célula divide-se em duas; em seguida ocorre a divisão do cromossomo bacteriano replicado e o desenvolvimento de uma parede celular transversal. A fissão binária não é o único método reprodutivo assexuado entre as bactérias. Também pode ocorrer esporulação e brotamento. 1 célula parental 2 e 3 elongação cellar 4 invaginação da parede celular e distribuição do material nuclear 5 formação de uma parede celular transversa (septo) e distribuição do material celular 6 separação em duas células-filhas idênticas • A fissão binária não é o único método reprodutivo assexuado entre as bactérias. Também pode ocorrer esporulação e brotamento. Embora não ocorra reprodução sexuada, pode ocorrer troca de material genético entre as bactérias. Essa recombinação genética pode ocorrer por transformação, conjugação ou transdução. Vias do metabolismo das bactérias: O crescimento bacteriano exige uma fonte de energia e as matérias-primas para a produção de proteínas, estruturas e membranas que compõem e fornecem energia para a célula. As bactérias devem obter ou sintetizar os aminoácidos, carboidratos e lipídios utilizados como componentes básicos da célula. É importante lembrar que todas as células necessitam de um suprimento constante de energia para sobreviver, que essa se dá, normalmente, na forma de ATP. Essa 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 são denominados metabolismo intermediário. O processo metabólico inicia com a hidrólise de grandes macromoléculas por enzimas no espaço extracelular. As menores moléculas que são produzidas são transportadas através da membrana até o citoplasma, seja por transporte ativo ou passivo específicos para cada metabólito. 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. Metabolismo da glicose: Em vez de liberar toda a energia da glicose na forma de calor (como para combustão), as bactérias degradam a glicose em etapas distintas que permitem que a energia seja capturada em formas utilizáveis. Bactérias podem produzir energia a partir da glicose por – em ordem de aumento de eficiência – fermentação, respiração anaeróbica (ambas ocorrem na ausência de oxigênio) ou respiração aeróbica. A respiração aeróbica é capaz de converter completamente os seis carbonos da glicose em CO2 e água (H2O) mais energia, enquanto os produtos da fermentação são compostos de dois ou três carbonos. Via glicolítica: Bactérias utilizam três vias metabólicas principais no catabolismo da glicose. A mais comum entre elas é a via glicolítica, para a conversão de gliose a piruvato. O ácido pirúvico produzido pela glicólise é então convertido a diversos produtos finais, dependendo da espécie bacteriana, em um processo conhecido como fermentação. Muitas bactérias são identificadas baseando- se nos seus produtos finais da fermentação. A fermentação alcoólica é incomum em bactérias, as quais usualmente utilizam a conversão, em uma etapa, de ácido pirúvico a ácido lático. Esse processo é responsável pela transformação de leite em iogurte e repolho em chucrute. Outras bactérias utilizam vias fermentativas mais complexas, produzindo diversos ácidos, alcoóis e, frequentemente, gases (muitos dos quais possuem odores desagradáveis). Esses produtos conferem sabores a diversos queijos e vinhos e odores a feridas e outras infecções. Mecanismos de transferência gênica e sua importância na variabilidade genética. A troca de DNA entre as células permite o intercâmbio de genes e características entre elas, produzindo novas bactérias. O DNA transferido pode ser integrado ao cromossomo do receptor ou ser mantido de forma estável como um elemento extracromossômico (plasmídeo) ou vírus bacteriano (bacteriófago) e ser passado às bactérias-filhas como uma unidade autônoma de replicação. Plasmídeos são elementos genéticos que se replicam independentemente do cromossomo bacteriano, sendo essas moléculas de DNA de dupla-fitacirculares. Os plasmídeos carregam informações genéticas que podem não ser essenciais, mas que criam uma vantagem seletiva para as bactérias. Por exemplo, plasmídeos podem codificar a produção de mecanismos de resistência a antibióticos, bacteriocinas, toxinas, determinantes de virulência e outros genes que podem fornecer às bactérias vantagens únicas de crescimento em relação a outros microrganismos ou ao hospedeiro. O número de cópias do plasmídeo produzidas pelas células é determinado pelo próprio plasmídeo. A variabilidade genética envolve: mutação e recombinação genética. Mutação: alteração na sequência de bases do DNA sem aquisição de genes de outro microrganismo. Processo vertical: Ocorre durante replicação cromossomo Esta alteração genética pode modificar o produto (proteína) codificado pelo gene. GENÓTIPO X FENÓTIPO As mutações podem ser: Neutras ou silenciosas – código genético degenerado Desvantajosas – célula perde uma característica fenotípica de que ela necessita Benéficas – enzima alterada codifica pelo gene mutante possui atividade nova ou intensificada que beneficia a célula Espontânea – Ocorre naturalmente sem a adição de um agente mutagênico específico, geralmente decorrente de erros cometidos pela DNA polimerase Recombinação genética: alteração no genótipo que ocorre pela aquisição de material genético de outro microrganismo. Processo horizontal: Ocorre durante transformação, transdução e conjugação. Induzida – Resultado da exposição do microrganismo a um agente mutagênico que é capaz de introduzir danos ou alterações no DNA. *físico – radiações UV *químico – nitrosoguanidina, óxido nitroso Transformação: A transformação é o processo pelo qual as bactérias captam fragmentos de DNA livres/ dispersos e incorporam-nos em seus genomas. Esses DNA disperso pode ser sido perdido por outra bactéria que se rompeu. Esse mecanismo demonstra que o DNA é a base química da hereditariedade. Conjugação: Na conjugação, o DNA é transferido de uma bactéria para outra em um único sentido, a partir de uma célula doadora (ou macho) e uma receptora (ou fêmea), através do pili sexual. Depois que a célula doadora se aproxima da bactéria receptora usando uma estrutura chamada de pilus, o DNA é transferido entre as células. Na maioria dos casos, este DNA está sob a forma de um plasmídeo. As células doadoras agem como doadores porque elas tem uma região no DNA chamada de fator de fertilidade (ou fator F). Essa região codifica proteínas que compõem o pilus sexual, ela também contém uma região especial onde começa a transferência de DNA na conjugação. Se o fator F é transferido durante a conjugação, a célula receptora se transforma em uma doadora F+ que pode fazer o seu próprio pilus e transferir o DNA para outras células. O plasmídeo F é definido como conjugativo porque transporta todos os genes necessários para a sua própria transferência, incluindo a capacidade de fazer pili sexuais e iniciar a síntese de DNA na origem de transferência (oriT) do plasmídeo. Os pili sexuais são um dispositivo de secreção do tipo IV especializado. Após a transferência do plasmídeo F, os receptores se tornam células-macho F + Transdução: Moléculas de DNA são transferidas de uma bactéria para outra usando os vírus como vetores (bacteriófagos). Quando o bacteriófago entra numa célula bacteriana, o DNA do vírus mistura-se com uma parte do DNA Célula doadora Lise celular; liberação de fragmentos de DNA O DNA entra na célula bacteriana receptores e se integra ao DNA bacteriano, de modo que o vírus passa a carregar essa parte do DNA. Se o vírus infecta uma segunda bactéria, o DNA da primeira pode misturar-se com o DNA da segunda. Essa nova informação genética é então replicada a cada nova divisão. Colonização X infecção (haverá um processo de invasão). Infecção e doença: pode se ter a infecção, mas não necessariamente ter a doença Fatores que influenciam a microbiota nor2mal: agua, nutrientes, temperatura, disponibilidade de oxigênio, pH. Composição da microbiota normal: firmicutes, bacterioidetes, actinobactérias, proteobactérias e outros. Fatores que influenciam a colonização da microbiota: A partir do nascimento que ocorre o processo de cononizalçao da microbiota Genética Parto Alimentação Vacinação Infecções Medicamentos Interação do hospedeiro com o ambiente.
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