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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/349464835 Apostila de Microbiologia Technical Report · February 2021 DOI: 10.13140/RG.2.2.30937.24161 CITATIONS 0 READS 1,684 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Projeto Fungus Extremus View project Jorge "Magoo" Fortuna Universidade Estadual da Bahia (UNEB) 54 PUBLICATIONS 135 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Jorge "Magoo" Fortuna on 22 February 2021. The user has requested enhancement of the downloaded file. https://www.researchgate.net/publication/349464835_Apostila_de_Microbiologia?enrichId=rgreq-4b16a347bbd9ec653f0f624622e3a9fd-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzM0OTQ2NDgzNTtBUzo5OTQxMzk2NjM1MjM4NDFAMTYxNDAzMjc3NDc5Mg%3D%3D&el=1_x_2&_esc=publicationCoverPdf https://www.researchgate.net/publication/349464835_Apostila_de_Microbiologia?enrichId=rgreq-4b16a347bbd9ec653f0f624622e3a9fd-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzM0OTQ2NDgzNTtBUzo5OTQxMzk2NjM1MjM4NDFAMTYxNDAzMjc3NDc5Mg%3D%3D&el=1_x_3&_esc=publicationCoverPdf https://www.researchgate.net/project/Projeto-Fungus-Extremus?enrichId=rgreq-4b16a347bbd9ec653f0f624622e3a9fd-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzM0OTQ2NDgzNTtBUzo5OTQxMzk2NjM1MjM4NDFAMTYxNDAzMjc3NDc5Mg%3D%3D&el=1_x_9&_esc=publicationCoverPdf https://www.researchgate.net/?enrichId=rgreq-4b16a347bbd9ec653f0f624622e3a9fd-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzM0OTQ2NDgzNTtBUzo5OTQxMzk2NjM1MjM4NDFAMTYxNDAzMjc3NDc5Mg%3D%3D&el=1_x_1&_esc=publicationCoverPdf https://www.researchgate.net/profile/Jorge-Fortuna-2?enrichId=rgreq-4b16a347bbd9ec653f0f624622e3a9fd-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzM0OTQ2NDgzNTtBUzo5OTQxMzk2NjM1MjM4NDFAMTYxNDAzMjc3NDc5Mg%3D%3D&el=1_x_4&_esc=publicationCoverPdf https://www.researchgate.net/profile/Jorge-Fortuna-2?enrichId=rgreq-4b16a347bbd9ec653f0f624622e3a9fd-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzM0OTQ2NDgzNTtBUzo5OTQxMzk2NjM1MjM4NDFAMTYxNDAzMjc3NDc5Mg%3D%3D&el=1_x_5&_esc=publicationCoverPdf https://www.researchgate.net/profile/Jorge-Fortuna-2?enrichId=rgreq-4b16a347bbd9ec653f0f624622e3a9fd-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzM0OTQ2NDgzNTtBUzo5OTQxMzk2NjM1MjM4NDFAMTYxNDAzMjc3NDc5Mg%3D%3D&el=1_x_7&_esc=publicationCoverPdf https://www.researchgate.net/profile/Jorge-Fortuna-2?enrichId=rgreq-4b16a347bbd9ec653f0f624622e3a9fd-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzM0OTQ2NDgzNTtBUzo5OTQxMzk2NjM1MjM4NDFAMTYxNDAzMjc3NDc5Mg%3D%3D&el=1_x_10&_esc=publicationCoverPdf UUNNIIVVEERRSSIIDDAADDEE DDOO EESSTTAADDOO DDAA BBAAHHIIAA ((UUNNEEBB)) DDEEPPAARRTTAAMMEENNTTOO DDEE EEDDUUCCAAÇÇÃÃOO CCAAMMPPUUSS XX –– TTEEIIXXEEIIRRAA DDEE FFRREEIITTAASS--BBAA CCUURRSSOO DDEE CCIIÊÊNNCCIIAASS BBIIOOLLÓÓGGIICCAASS –– LLIICCEENNCCIIAATTUURRAA AAPPOOSSTTIILLAA DDEE MMIICCRROOBBIIOOLLOOGGIIAA PPrrooff.. DDrr.. JJOORRGGEE LLUUIIZZ FFOORRTTUUNNAA 2ª edição jfortuna@uneb.br – magoofortuna@gmail.com Teixe ira de Fre i ta s -BA 2021 mailto:jfortuna@uneb.br Para referenciar esta apostila: FORTUNA, J. L. Apostila de Microbiologia. Teixeira de Freitas: UNEB, Campus X. 2021, 88 p. Fortuna, Jorge Luiz Apostila de Microbiologia / Jorge Luiz Fortuna – Teixeira de Freitas-BA, 2021. 88 f. : il. Organizador: Jorge Luiz Fortuna. Apostila (Ciências Biológicas) – Universidade do Estado da Bahia, Departamento de Educação – Campus X, 2021. 1. Microbiologia. 2. Biologia. 3. Laboratório. 4. Ensino. 5. Apostila. I. Fortuna, Jorge Luiz. II. Título. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA 1.1. HISTÓRICO DA MICROBIOLOGIA, p. 7 1.2. INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA, p. 12 1.3. IMPORTÂNCIA DA MICROBIOLOGIA, p. 12 1.4. ESPECIALIDADES DA MICROBIOLOGIA, p. 12 2. BIOSSEGURANÇA 2.1. INTRODUÇÃO, p. 14 2.2. CONCEITOS DE BIOSSEGURANÇA, p. 14 2.3. HISTÓRICO, p. 15 2.4. RISCOS, p. 15 2.5. TIPOS DE RISCOS, p. 15 2.6. CLASSIFICAÇÃO DE RISCO BIOLÓGICO, p. 16 2.7. NÍVEIS DE BIOSSEGURANÇA LABORATORIAL, p. 16 2.8. PERIGOS EXISTENTES NO LABORATÓRIO, p. 17 2.9. MÉTODOS UTILIZADOS NA BIOSSEGURANÇA LABORATORIAL, p. 17 2.10. PRÁTICAS PADRÕES NO LABORATÓRIO, p. 18 3. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS 3.1. VIDRARIAS, p. 19 3.2. EQUIPAMENTOS, p. 20 3.3. MATERIAIS DE CONSUMO, p. 22 3.4. PARTES DO MICROSCÓPIO ÓPTICO, p. 23 4. TAXONOMIA E FILOGENIA DOS MICRORGANISMOS 4.1 CONCEITOS, p. 24 4.2 HISTÓRICO, p. 24 4.3 NOMENCLATURA, p. 25 4.4 CLASSIFICAÇÃO, p. 25 4.5. HIERARQUIA TAXONÔMICA, p. 26 4.6. CONCEITO DE ESPÉCIE EM MICROBIOLOGIA, p. 26 4.7. VARIEDADES DENTRO DE UMA ESPÉCIE, p. 26 4.8. IDENTIFICAÇÃO, p. 26 5. ESTRUTURA GERAL DOS MICRORGANISMOS 5.1. INTRODUÇÃO, p. 27 5.2. ESTRUTURAS CELULARES DOS PROCARIOTAS, p. 28 5.3. VÍRUS, p. 30 5.4 DOMÍNIOS EUBACTERIA & ARCHAEABACTERIA, p. 30 5.5 REINO PROTOCTISTA (PROTISTA), p. 32 5.6. REINO FUNGI, p. 34 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 6. FISIOLOGIA MICROBIANA 6.1. TIPOS NUTRICIONAIS, p. 35 6.2. ENZIMAS, p. 35 6.3. METABOLISMO, p. 36 6.4. PRODUÇÃO DE ENERGIA, p. 36 6.5. CRESCIMENTO MICROBIANO, p. 37 6.6. MEIO DE CULTURA, p. 37 6.7. CURVA DE CRESCIMENTO POPULACIONAL, p. 38 6.8. TEMPO DE GERAÇÃO, p. 39 7. GENÉTICA BACTERIANA 7.1. ESTRUTURA GENÉTICA, p. 40 7.2. REPLICAÇÃO DO DNA, p. 40 7.3. SÍNTESE PROTÉICA, p. 40 7.4. PLASMÍDEOS, p. 40 7.5. TRANSPOSONS, p. 41 7.6. REGULAÇÃO GÊNICA, p. 41 7.7. MUTAÇÃO, p. 41 7.8. AGENTES MUTAGÊNICOS, p. 41 7.9. TIPOS DE MUTAÇÕES, p. 41 7.10. VARIAÇÕES FENOTÍPICAS, p. 42 7.11. RECOMBINAÇÃO GENÉTICA, p. 42 7.12. DNA RECOMBINANTE, p. 42 7.13. CRISPR, p. 43 8. INTERAÇÕES HOMEM-MICRORGANISMOS 8.1. MICROBIOTA ENDÓGENA, p. 44 8.2. MICROBIOTA DA PELE, p. 44 8.3. MICROBIOTA DA BOCA, p. 44 8.4. MICROBIOTA DOS OUVIDOS E OLHOS, p. 45 8.5. MICROBIOTA DO TRATO RESPIRATÓRIO, p. 45 8.6. MICROBIOTA DA ÁREA UROGENITAL, p. 45 8.7. MICROBIOTA DO TRATO GASTRINTESTINAL, p. 45 8.8. BENEFÍCIOS DA MICROBIOTA ENDÓGENA, p. 45 8.9. RELAÇÕES SIMBIÓTICAS, p. 46 8.10. CICLO DOS NUTRIENTES, p. 46 9. ECOLOGIA MICROBIANA 9.1. INTRODUÇÃO, p. 47 9.2. IMPORTÂNCIA DOS MICRORGANISMOS, p. 47 9.3. FATORES DETERMINANTES DA ECOLOGIA MICROBIANA, p. 47 9.4. INTERAÇÕES ENTRE OS SERES VIVOS, p. 48 9.5. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS, p. 48 9.6. PROCESSOS MICROBIOLÓGICOS, p. 49 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 10. CONTROLE DO CRESCIMENTO MICROBIANO 10.1. HISTÓRICO, p. 50 10.2. IMPORTÂNCIA, p. 50 10.3. CONTROLE DA FONTE DE INFECÇÃO, p. 50 10.4. CONCEITOS APLICADOS À MICROBIOLOGIA, p. 50 10.5. FATORES QUE INFLUENCIAM O CRESCIMENTO MICROBIANO, p. 51 10.6. MÉTODOS ANTIMICROBIANOS, p. 51 10.7. MÉTODOS ANTIMICROBIANOS FÍSICOS, p. 52 10.8. MÉTODOS ANTIMICROBIANOS QUÍMICOS, p. 52 10.9. COMO ATUAM OS ANTIMICROBIANOS QUÍMICOS, p. 53 10.10. QUIMIOTERAPIA, p. 53 10.11. CARACTERÍSTICAS DOS AGENTES QUIMIOTERÁPICOS, p. 53 10.12. MECANISMOS DE AÇÃO, p. 53 10.13. ATUAÇÃO DOS QUIMIOTERÁPICOS, p. 53 10.14. COMO ATUAM OS AGENTES QUIMIOTERÁPICOS, p. 54 10.15. EFEITOS COLATERAIS DOS AGENTES QUIMIOTERÁPICOS, p. 54 10.16. MECANISMOS DE RESISTÊNCIA, p. 55 10.17. MECANISMOS QUE LEVAM A RESISTÊNCIA BACTERIANA, p. 55 11. VÍRUS & PRIONS 11.1. VÍRUS, p. 56 11.2. CARACTERÍSTICAS VIRAIS, p. 56 11.3. ESTRUTURA VIRAL, p. 56 11.4. MORFOLOGIA GERAL, p. 56 11.5. REPLICAÇÃO DOS BACTERIÓFAGOS, p. 57 11.6. REPLICAÇÃO DE VÍRUS DE EUCARIONTES, p. 58 11.7. CLASSIFICAÇÃO DOS VÍRUS, p. 58 11.8. CLASSIFICAÇÃO TAXONÔMICA, p. 59 11.9. PRINCIPAIS FAMÍLIAS, p. 59 11.10. CLASSIFICAÇÃO EPIDEMIOLÓGICA, p. 60 11.11. PRINCIPAIS MECANISMOS DE TRANSMISSÃO DAS VIROSES, p. 60 11.12. PRIONS, p. 61 11.13. HIPÓTESE, p. 61 12. PATOGENICIDADE E PREVENÇÃO DAS DOENÇAS TRANSMISSÍVEIS 12.1. DOENÇAS E INFECÇÕES, p. 62 12.2. DESENVOLVIMENTO DA INFECÇÃO, p. 62 12.3.PROCESSO DA DOENÇA, p. 62 12.4. MECANISMOS DE DESENVOLVIMENTO DA DOENÇA, p. 63 12.5. EPIDEMIOLOGIA E TRANSMISSÃO DE DOENÇA, p. 64 12.6. RESERVATÓRIOS DE AGENTES INFECCIOSOS, p. 65 12.7. MODOS DE TRANSMISSÃO (CONTÁGIO) DE DOENÇAS, p. 65 12.8. CONTROLE DAS DOENÇAS INFECCIOSAS, p. 65 12.9. INFECÇÕES HOSPITALARES, p. 66 12.10. MEDIDAS GERAIS DE CONTROLE, p. 66 12.11. PROCEDIMENTOS DE CONTROLE DA INFECÇÃO, p. 67 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 12.12. ISOLAMENTO DE PACIENTES, p. 67 12.13. ELIMINAÇÃO DO LIXO HOSPITALAR, p. 68 12.14. MEDIDAS DE CONTROLE DE DOENÇA AMBIENTAL, p. 68 12.15. CALENDÁRIO DE VACINAÇÃO, p. 69 13. DIAGNÓSTICO MICROBIOLÓGICO 13.1. COLETA DE ESPÉCIMES (AMOSTRAS), p. 71 13.2. REMESSA DE ESPÉCIMES, p. 72 13.3. DIAGNÓSTICO MICROBIOLÓGICO, p. 72 PRINCIPAIS DOENÇAS INFECCIOSAS VIROSES – DOENÇAS CAUSADAS POR VÍRUS, p. 75 BACTERIOSES – DOENÇAS CAUSADAS POR BACTÉRIAS, p. 78 PROTOZOOSES – DOENÇAS CAUSADAS POR PROTOZOÁRIOS, p. 80 INFECÇÕES SEXUALMENTE TRANSMISSÍVEIS (I.S.T.), p. 82 REFERÊNCIAS REFERÊNCIAS, p. 84 SITES SITES, p. 85 BOAS PRÁTICAS DE LABORATÓRIO – BPL NORMAS GERAIS DOS LABORATÓRIOS, p. 87 7 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 1. INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA 1.1. HISTÓRICO DA MICROBIOLOGIA Antigas civilizações do Egito e da China Banhos com água para prevenção de doenças. Produção de vinhos e pães. Sabiam que algumas doenças eram transmitidas. Isolavam os doentes. Pacientes que sobreviviam a algumas doenças ficavam protegidos e podiam cuidar de outros doentes. Uso de sandálias mofadas para evitar infecções bacterianas nos pés. Guerra biológica usavam sangue e corpos de animais e pessoas mortas por doenças para contaminar o suprimento de água dos inimigos e disseminar doenças. Velho Testamento Primeiro registro de leis referentes à saúde pública. Êxodo 30:19: “E lançada água, Aarão e seus filhos lavarão nela as suas mãos, e os seus pés.” Levítico 11:24-25: “Tudo o que tocar, estando mortos, será produto, e ficará imundo até a tarde.” “Se lhe for necessário pegar em algum destes animais depois de mortos, lavará os seus vestidos, e ficará imundo até o pôr do Sol.” Isaías 38:21: “Ora Isaías mandou que tomassem uma massa de figos, e que feita dela uma cataplasma lhe pusessem sobre a chaga, e sararia.” Povo hebreu tinha que praticar a higiene pessoal. Enterrar o lixo longe dos acampamentos. Isolar os doentes e queimar roupas contaminadas. Proibidos de comer animais que tinham morrido naturalmente. Procedimentos para matar os animais. Séc. XI Avicena (980-1037) Nome original Abu Ali Huceine ibne Abdala ibne Sina. Escreveu duas importantes enciclopédias: “O Livro da Cura” e “Cânone da Medicina”. Foram traduzidas para o latim e serviu de base para as grandes universidades da Europa. O Cânone da Medicina é considerado um dos livros mais famosos da história da medicina. Séc. XII – Séc. XVIII Período das Trevas (Santa Inquisição) Perda dos conhecimentos sobre saúde pública e transmissão de doenças. Séc. XIV – Séc. XVI Renascimento Pesquisas sobre como as doenças eram transmitidas. Maioria do povo acreditava que as doenças eram provocadas por vontade de Deus tratamentos estranhos sangria, abertura de buracos na cabeça, sanguessuga, vômitos usados para remover o mal ou os sintomas. 8 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Séc. XIV Peste “Negra” / Peste Bubônica Pandemia causada pela bactéria Yersinia pestis; Transmitida pela picada da pulga (Xenopsylla cheopis) do rato-preto (Rattus rattus); Iniciou-se em 1333 na China Chegou à Europa em 1347 25 milhões de mortes. 1546 Girolamo Fracastorius (1478-1553) Sugeriu que os agentes das doenças contagiosas eram germes vivos que poderiam ser transmitidos. 1590 Hans Janssen (15??-1???) & Zacharias Janssen (1580-1638) Invenção do microscópio. 1609 Galileo Galilei (1564-1642) Microscópio composto. 1650 – 1850 Abiogênese X Biogênese Abiogênese Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.); Jean Baptista van Helmont (1579-1644); John Needham (1713-1781). Biogênese Francesco Redi (1626-1697); Lazzaro Spallanzani (1729-1799); Louis Pasteur (1822-1895). 1660 Robert Hooke (1635-1703) Microscópios compostos Lentes múltiplas. 1667 Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) “Pai da Microbiologia”. Microscópio rudimentar. Animálculos ou animalículos. Séc. XVIII Conhecimento da “variolação” chegou ao ocidente (Europa). 1717-1721 Lady Mary Wortley Montagu (1689-1762) – MULHERES NA CIÊNCIA 1717 “Letters From the Levant” menciona sobre a “variolação” que presenciou na Turquia. 1718 Realizou a “variolação” em seu filho de 5 anos de idade. 1721 “Variolação” em sua filha de 4 anos de idade. 1795 Nicolas Appert (1749-1841) Aquecimento de alimentos em recipientes fechados. Impedia o processo de fermentação. Processo de Apertização. 1796 Edward Jenner (1749-1823) Inventor da vacina contra a Varíola. Vacca Vaccina. Menino James Phipps (8 anos). 1847 Ignaz Semmelweis (1818-1865) Demonstrou a importância da lavagem das mãos dos médicos antes de realizarem o parto. Controle da febre puerperal causadora de morte de mulheres e recém-nascidos. 9 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 1861 Louis Pasteur (1822-1895) Comprovou definitivamente a Biogênese Pescoço de cisne. 1864 Louis Pasteur (1822-1895) Criou a Pasteurização Aquecimento do alimento em determinado tempo: Pasteurização Lenta aplicação de temperatura +65oC por 30 minutos. Pasteurização Rápida aplicação de temperatura 72-75 oC por 15-20 segundos. 1865 Joseph Lister (1827-1912) Demonstrou que o ácido carbólico (fenol) era um efetivo antisséptico. Redução de mortes por infecções pós-operatórias. 1870 Ferdinand Cohn (1828-1898) Classificou as bactérias de acordo com as suas formas esféricas; hastes curtas; linhas e espirais. Primeiro a mostrar que os Bacillus spp. Podem formar esporos. 1871 Louis Pasteur (1822-1895) Obrigou os médicos militares a ferverem os instrumentais e as bandagens antes do uso. 1880 Julius Richard Petri (1853-1921) Desenvolveu a placa de Petri. Desenvolveu a técnica de cultura bacteriana em placas contendo Ágar. 1881 Angelina Fanny Hesse (1850-1934) – MULHERES NA CIÊNCIA Possibilitou o isolamento de bactérias ao sugerir que o Ágar, para crescimento de microrganismos, fosse colocado em placas de Petri. 1882 Robert Koch (1843-1910) Descobriu o bacilo causador da tuberculose (Bacilo de Koch) Mycobacterium tuberculosis. 1884 Hans Christian Joachim Gram (1853-1938) Desenvolveu a técnica de coloração das bactérias. Procedimento padrão da microbiologia Bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. 1884 Robert Koch (1843-1910) Postulados de Koch O agente causador deve estar presente em todos os casos de doenças e não deve estar presente em animais saudáveis. O patógeno deve ser isolado do animal hospedeiro doente e deve crescer em cultura pura. A mesma doença deve ser produzida quando os micróbios da cultura pura são inoculados em animais sadios suscetíveis. O mesmo patógeno deve ser recuperado outra vez do hospedeiro animal artificialmente infectado e ser capaz de crescer novamente em cultura pura. Exceções aos Postulados de Koch: Muitas pessoas sadias carregam patógenos, mas não exibem sintomas de doença. Alguns micróbios são muito difíceis em crescer in vitro em meios artificiais. Alguns animais são resistentes às infecções microbianas. Certas doenças se desenvolvem somente quando um patógeno oportunista invade um hospedeiroenfraquecido. Nem todas as doenças são causadas por microrganismos. 10 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 1902-1904 Oswaldo Cruz (1872-1917) Revolta da Vacina Campanha de vacinação obrigatória contra a varíola. Maioria da população era contra desinformação. Agentes sanitários invadiam as casas e vacinavam as pessoas à força. Reforma urbana desalojou milhares de pessoas dos cortiços construção de avenidas, jardins e prédios modernos. 1909 Carlos Chagas (1876-1934) Lassance-MG Descobre a tripanossomíase (Trypanosoma cruzi) americana Doença de Chagas. Primeiro a descobrir o vetor, o agente etiológico e o quadro clínico da doença. 1918-1919 Gripe Espanhola Pandemia do vírus da Influenza A do subtipo H1N1. 1928 Frederick Griffith (1881-1941) Experimentos com pneumococos (Streptococcus pneumoniae). Transferência genética (ácido nucleico) de uma bactéria para outra, transmitindo suas características. 1928 Alexander Fleming (1881-1955) Descobriu a penicilina e suas propriedades antimicrobianas. Placas de Petri com cultura de Staphylococcus aureus contaminadas por Penicillium notatumm. Anos 30 Maud Menten (1879-1960) – MULHERES NA CIÊNCIA Caracterizou as toxinas bacterianas de Bacillus paratyphosus, Streptococcus scarlatina e Salmonella ssp. Primeira mulher no Canadá a obter um doutorado (1913). 1931 Ernst Ruska (1906-1988) Inventou o microscópio eletrônico: Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET) observação de cortes ultrafinos. Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) alta ampliação para a observação de superfícies. Microscópio Eletrônico de Varredura de tunelamento (MEVT) para visualização de átomos. 1945 Ernst Boris Chain (1906-1979) & Howard Walter Florey (1898-1968) Descobriram um método de purificação da penicilina permitindo a síntese e distribuição comercial 1946 Joshua Lederberg (1925-2008) Descobriu a conjugação bacteriana troca ou transferência de material genético entre bactérias. Bactérias doadoras de DNA (F+) e receptoras (F-). 1947 Gerty Theresa Radnitz Cori (1896-1957) – MULHERES NA CIÊNCIA Descobriu o mecanismo pelo qual o glicogênio é transformado em ácido lático nos músculos. Ganhadora do Prêmio Nobel de Fisiologia. 11 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 1948 Elizabeth Lee Hazen (1885-1975) & Rachel Fuller Brown (1898-1980) – MULHERES NA CIÊNCIA Desenvolveram o primeiro antifúngico Nistatina. 1950 Esther Miriam Lederberg (1922-2006) – MULHERES NA CIÊNCIA Descobriu o Fago Lambda bacteriófago (vírus que ataca a bactéria Escherichia coli). Junto com seu marido Joshua Lederberg descobriu a transferência de genes entre bactérias através de transdução. Os estudos que ela desenvolveu com as bactérias renderam ao seu marido Joshua Lederberg o Prêmio Nobel de Fisiologia, em 1958 Dizem que em seu discurso, no dia da premiação, ele não mencionou a participação de Esther nas pesquisas nem tampouco a agradeceu. 1952 Rosalind Elsie Franklin (1920-1958) – MULHERES NA CIÊNCIA Ajudou a elucidar as estruturas moleculares do DNA e dos vírus. Anos 60 Margaret Pittman (1901-1995) – MULHERES NA CIÊNCIA Realizou avanços na luta contra coqueluche, tétano, febre tifoide, cólera, meningite e conjuntivite. 1964 Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-1994) – MULHERES NA CIÊNCIA Determinou a estrutura da penicilina e da vitamina B12. Vencedora do Prêmio Nobel de Química. 1970 Howard Temin (1934-1994); David Baltimore (1938-) & Satoshi Mizutani Descobriram a enzima transcriptase reversa Vírus. 1974 Johanna Liesbeth Kubelka Döbereiner (1924-2000) – MULHERES NA CIÊNCIA Primeira a descrever a associação entre bactérias fixadoras de Nitrogênio do gênero Azospirillum e a gramínea Paspalum notatum. Fixação biológica do Nitrogênio em leguminosas tropicais melhoramento da soja. Indicada ao Nobel de Química em 1997. É a sétima cientista brasileira mais citada pela comunidade científica mundial e a primeira entre as mulheres. 1980 Erradicação da Varíola Causada pelo Orthopoxvirus Primeira doença erradicada pelo ser humano. 1981 HIV / AIDS Primeira descrição de um caso de AIDS nos EUA Causada pelo vírus HIV. 1983 Barbara MaClintock (1902-1992) – MULHERES NA CIÊNCIA Transposição genética. Vencedora do Prêmio Nobel de Fisiologia. 1983 Françoise Barré-Sinoussi (1947-) – MULHERES NA CIÊNCIA & Luc Montainger (1932-) Descobrem o retrovírus HIV Causador da AIDS. Vencedores do Prêmio Nobel de Fisiologia por terem descobertos o vírus HIV. 12 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 1988 Gertrude Bell Elion (1918-1999) – MULHERES NA CIÊNCIA Medicamentos no tratamento da AIDS, Herpes (Aciclovir) e Leucemia. Diferenças bioquímicas entre células humanas normais e patógenos. Vencedora de Prêmio Nobel de Fisiologia. Séc. XXI Biotecnologia 2019-2020 Início da Pandemia de COVID-19 SARS-CoV-2 2020 Ester Cerdeira Sabino (1960-) & Jaqueline Goes de Jesus (1990-) – MULHERES NA CIÊNCIA Determinaram, em apenas 48 horas, a sequência completa do genoma viral encontrado no Brasil, que foi chamado de SARS-CoV-2. 2020 Emmanuelle Charpentier (1968-) & Jennifer Doudna (1964-) – MULHERES NA CIÊNCIA Prêmio Nobel de Química, pelo desenvolvimento de um método de edição de genoma utilizando CRISPR-Cas9. 1.2. INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA MICROBIOLOGIA MIKROS = pequeno; BIOS = vida; LOGOS = ciência. Estudo dos organismos microscópicos (microrganismos) estudo da vida dos seres vivos microscópicos. Bactérias; vírus; fungos; protozoários e algas. Micróbios ou germes Apenas 1% dos microrganismos causam doenças. Microrganismos originaram-se aproximadamente há 4 bilhões de anos. Ancestrais de todas as outras formas de vida. 1.3. IMPORTÂNCIA DA MICROBIOLOGIA Ecologia microbiana. Ciclos biogeoquímicos. Fertilização do solo. Reciclagem de nutrientes. Auxilia no estudo e interpretação das funções fisiológicas de outros seres vivos. Microbiota endógena. Indústrias alimentícias e farmacêuticas. Biotecnologia. Estudo das doenças infecciosas. 1.4. ESPECIALIDADES DA MICROBIOLOGIA MICROBIOLOGIA GERAL: Classificação e Fisiologia Geral dos microrganismos. Abrange todas as áreas da Microbiologia. MICROBIOLOGIA MÉDICA: Estudo dos patógenos, das doenças e das defesas do corpo. Relaciona-se com a epidemiologia, transmissão, profilaxia, tratamento e imunologia. 13 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia MICROBIOLOGIA VETERINÁRIA: Estuda a disseminação e o controle das doenças infecciosas entre os animais e também entre animais e homens (zoonoses). MICROBIOLOGIA DE ALIMENTOS: Produção e higiene de alimentos (inspeção de produtos de origem animal). Microbiologia dos alimentos. Produção, processamento, estocagem, cozimento e utilização adequada dos alimentos. Toxinfecção alimentar. MICROBIOLOGIA AGRÍCOLA: Microrganismos responsáveis pela formação e fertilização do solo. Ciclos biogeoquímicos. MICROBIOLOGIA SANITÁRIA: Processamento e eliminação de lixo e esgoto. Purificação e processamento dos estoques de água. Inspeção de instalações de produção de alimentos e estabelecimentos de alimentação. MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: Indústria alimentícia. Indústria farmacêutica. MICROBIOLOGIA AMBIENTAL: Biodegradação de produtos químicos tóxicos. Ciclos biogeoquímicos. MICROBIOLOGIA GENÉTICA e FISIOLÓGICA: Estuda as funções dos microrganismos e a estrutura do DNA. Manipulação genética. Biotecnologia. 14 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – CiênciasBiológicas – Apostila de Microbiologia 2. BIOSSEGURANÇA 2.1. INTRODUÇÃO BIOSSEGURANÇA Bio = Vida + Segurança = Livre de Perigo; Laboratório Clínico; Biológico; Biomédico; Saúde; Microbiológico; Parasitológico; etc. Microrganismos Doenças infecciosas. Obrigatório Condições de Biossegurança. 2.2. CONCEITOS DE BIOSSEGURANÇA Pode ser considerada como ações que contribuem para a segurança de pessoas. Conjunto de medidas para minimização dos riscos para os humanos, outros animais e o meio ambiente. Conjunto de cuidados e procedimentos que devem ser tomados para prevenir acidentes em laboratórios e/ou diminuir ou eliminar os riscos destes acontecerem, assegurando assim a execução apropriada do trabalho, além de proteger os profissionais do laboratório. Qualidade na segurança do trabalho. Conjunto de ações (técnicas, administrativas, educacionais, biológicas, médicas, psicológicas, comportamentais) empregadas para a prevenção, minimização ou eliminação de riscos inerentes às atividades de pesquisa, produção, ensino, desenvolvimento tecnológico e prestação de serviços, assegurando o avanço dos processos (bio)tecnológicos, visando a proteger a saúde humana, dos outros animais e do meio ambiente; e também a qualidade dos resultados e/ou produtos desenvolvidos. Biossegurança Profissional: Todas as profissões envolvem riscos inerentes à natureza de sua própria atividade e ao ambiente onde o profissional exerce suas atividades, podendo ser responsáveis por acidentes ocupacionais ou doenças profissionais. Biossegurança Laboratorial: Conjunto de medidas, princípios de contenção, tecnologias e práticas que são usadas para evitar a exposição não intencional a agentes biológicos e toxinas ou a sua liberação acidental. Biosseguridade Biológica: Conjunto de medidas de proteção, controle e responsabilidade para agentes biológicos e toxinas de modo a evitar sua perda, roubo, uso indevido, extravio, acesso não autorizado ou liberação intencional. Biosseguridade Veterinária: Conjunto de medidas e procedimentos de cuidados com a saúde do plantel aplicados em todas as etapas da criação, em interação com os diversos setores que compõem o sistema produtivo para diminuir o risco de infecções, aumentar higidez nos plantéis, minimizar a contaminação do ecossistema, resguardar a saúde do consumidor final do produto. 15 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 2.3. HISTÓRICO 1973 Transferência e expressão do gene insulina para a bactéria Escherichia coli. 1974 Conferência de Asilomar (Califórnia): Questões sobre os riscos das técnicas de engenharia genética e sobre a segurança dos espaços laboratoriais. Origem do Conceito: Anos 70 Conferência de Asilomar. Proteção aos pesquisadores e demais profissionais envolvidos nas áreas onde se realiza o projeto da pesquisa. Saúde dos trabalhadores frente aos riscos biológicos no ambiente ocupacional. Anos 80 Incorporação aos riscos periféricos presentes em ambientes laboratoriais que trabalhavam com agentes patogênicos para o homem (diferentes tipos de riscos). Anos 90 Inclusão de temas como ética em pesquisa, meio ambiente, animais, DNA recombinante, etc. 1997 Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio) Instrução Normativa (IN) nº 7 (06.06.1997): Classificação de Agentes Etiológicos Humanos e Animais com Base no Risco Apresentado. 2005 Lei de Biossegurança Lei nº 11.105 (24.03.2005): Normas de Segurança e Mecanismos de Proteção para Pesquisas. 2.4. RISCOS A Biossegurança envolve a análise dos riscos a que os profissionais estão constantemente expostos em suas atividades e ambientes de trabalho. Função da Biossegurança despertar a consciência dos profissionais em relação aos riscos a que estão expostos e conduzi-los a adotarem os procedimentos de segurança durante suas atividades de rotina. AÇÕES HUMANAS E RISCOS SÃO CONCEITOS INSEPARÁVEIS: • Risco de não obter os resultados desejados. • Risco de danificar ferramentas e/ou equipamentos. • Risco de acidentes HUMANO + RISCO. • NÃO EXISTE RISCO ZERO!!!! 2.5. TIPOS DE RISCOS Acidente; Ergonômico; Físico; Químico; Biológico. Acidente (Mecânico) situações de perigo que possam afetar a integridade, o bem estar físico e moral dos indivíduos presentes no local de trabalho pisos lisos; instalações elétricas; equipamentos desregulados. 16 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Ergonômico qualquer ocorrência que venha a interferir nas características psicofisiológicas do indivíduo, podendo gerar desconforto ou afetando sua saúde LER (lesões por esforço repetitivo); DORT (doenças osteomoleculares relacionadas com o trabalho). Físico diversas formas de energia que os indivíduos estão expostos ruídos; vibrações; temperaturas extremas; radiações; ultrassom; materiais cortantes e pontiagudos. Químico todas as substâncias, compostos ou produtos que possam penetrar no organismo por via respiratória, pele/mucosas ou ingestão gases; vapores; poeiras; fumaças; névoas; neblinas. Biológico abrange a manipulação de agentes e materiais biológicos vírus; bactérias; fungos; parasitas; OGM; tecidos vivos; excreções. 2.6. CLASSIFICAÇÃO DE RISCO BIOLÓGICO Classificação de risco de um determinado microrganismo patogênico depende do potencial de risco que ele oferece ao indivíduo, à comunidade e ao meio ambiente. Classe de Risco 1 Risco individual e para a comunidade é ausente ou muito baixo Microrganismos com baixa probabilidade de causar infecções Bacillus subtilis. Classe de Risco 2 Risco individual é moderado e para a comunidade é baixo Microrganismos que podem causar infecções, mas apresentam medidas terapêuticas e profiláticas eficientes com risco de propagação limitado Vírus da febre amarela; Schistosoma mansoni. Classe de Risco 3 Risco individual é alto e para a comunidade é limitado Microrganismos podem provocar infecções graves no homem e nos outros animais, podendo se propagar entre os indivíduos, mas existem medidas terapêuticas e profiláticas Vírus da encefalite equina; Mycobacterium tuberculosis. Classe de Risco 4 Risco individual e para a comunidade é alto Microrganismos que representam sério risco para o homem e para os outros animais, sendo altamente patogênicos, fácil dispersão, sem medidas terapêuticas e profiláticas Vírus Ebola. 2.7. NÍVEIS DE BIOSSEGURANÇA LABORATORIAL Níveis de Biossegurança 1 (NB1) Laboratórios de ensino e pesquisa acadêmica Microrganismos da Classe de Risco 1 Adoção de Boas Práticas Laboratoriais (BPL). Níveis de Biossegurança 2 (NB2) Laboratórios clínicos ou hospitalares de níveis primários de diagnóstico Microrganismos da Classe de Risco 2 BPL + Barreiras físicas primárias Cabine de segurança biológica e uso obrigatório de Equipamentos de Proteção Individual (EPI). Níveis de Biossegurança 3 (NB3) Laboratórios especiais de diagnóstico Microrganismos da Classe de Risco 3 ou grandes volumes e altas concentrações de microrganismos da Classe de Risco 2 Roupas especiais e acesso controlado. 17 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Níveis de Biossegurança 4 (NB4) Laboratórios especiais Microrganismos patogênicos perigosos Procedimentos especiais de Biossegurança Acesso totalmente restrito. 2.8. PERIGOS EXISTENTES NO LABORATÓRIO Formação de aerossóis. Atividades com grandes volumes e/ou altas concentrações de microrganismos. Sobrelotação de pessoal e equipamento. Infestação de roedores e artrópodes. Entradas não autorizadas. Fluxo de trabalho. Utilização de amostras e reagentes específicos. 59% das infecções de origem laboratorial ocorrem em laboratóriosde pesquisa e de aula e 17% em laboratórios clínicos. Em geral, a aquisição da infecção é decorrente da manipulação profissional de agentes infecciosos (40%) e em segundo lugar pela ocorrência de acidentes no laboratório. A fonte de exposição está relacionada a procedimentos com risco de ingestão, de inoculação, de contaminação da pele e/ou mucosas e de inalação de aerossóis. 18% dos acidentes são decorrentes de descuido por parte do funcionário ou de erro humano. Dos acidentes em laboratório: 27% por materiais que espirram durante sua manipulação; 25% são associados ao uso e descarte incorreto de agulhas; 16% por ferimentos com materiais cortantes (tubos e vidraria); 13% pela pipetagem com a boca. As pessoas que menos se acidentam tem como características pessoais: A aderência aos regulamentos de BIOSSEGURANÇA; Hábitos defensivos no trabalho; Habilidade em reconhecer situações de risco. As pessoas envolvidas em grande número de acidentes: Têm pouca opinião formada sobre os programas de BIOSSEGURANÇA; Se expõem a riscos excessivos; Trabalham rápido demais; Têm pouco conhecimento sobre os materiais que estão manipulando. 2.9. MÉTODOS UTILIZADOS NA BIOSSEGURANÇA LABORATORIAL Contenção (ou Barreira) Primária: Proteção do trabalhador e do ambiente de trabalho contra a exposição a agentes infecciosos. Obtida através das práticas microbiológicas seguras e pelo uso adequado dos equipamentos de segurança. 18 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Contenção (ou Barreira) Secundária: Proteção do ambiente externo contra a contaminação proveniente do laboratório e/ou setores que manipulam agentes nocivos. Alcançada tanto pela adequada estrutura física do local como também pelas rotinas adequadas de trabalho. 2.10. PRÁTICAS PADRÕES NO LABORATÓRIO Limitar ou restringir o acesso ao laboratório Local de Trabalho. Lavar as mãos. Não comer, beber, fumar, mascar chicletes, manusear lentes de contato, aplicar cosméticos ou armazenar alimentos para consumo nas áreas de trabalho. Evitar a pipetagem com a boca. Evitar o uso de calçados abertos. Manter as unhas cortadas e os cabelos presos. Não usar anéis, pulseiras, relógios e cordões longos, durante as atividades laboratoriais. Não lamber as etiquetas ou colocar objetos na boca. Não utilizar a pia do laboratório como lavatório. Usar roupa de proteção durante o trabalho Equipamentos de Proteção Individual (EPI): Essas peças de vestuário não devem ser usadas em outros espaços que não sejam do laboratório (escritório, biblioteca, salas de estar e refeitório). Jalecos, luvas, toucas, óculos, máscaras, protetores, dispositivos para pipetagem, etc. Verificar os equipamentos de proteção coletiva (EPC) Extintores, chuveiro de água fria e lava-olhos. Manter Boas Práticas de Laboratório (BPL). Restringir ao máximo a utilização de agulhas. Todos os procedimentos da análise devem ser realizados Protocolos. As superfícies de trabalho devem ser descontaminadas antes e depois das atividades. Todas as culturas, colônias e outros resíduos devem ser descontaminados antes de serem descartados. Afixar o símbolo internacional de "Risco Biológico" na entrada do laboratório. Providenciar o exame médico adequado. Presença de kits de primeiros socorros, na área de apoio ao laboratório. O responsável pelo laboratório precisa assegurar a capacitação da equipe em relação às medidas de segurança e emergência. Deve haver um programa de controle de roedores e artrópodes. 19 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 3. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS 3.1. VIDRARIAS Alça Drigalsky Almofariz com Pistilo Balão de Fundo Chato Balão de Fundo Redondo Balão Volumétrico Bastão de Vidro Becker Bureta Condensador Erlenmeyer Frascos de Vidros (Transparente / Âmbar) Funil de Buchner Funil de Vidro (Haste Longa / Curta) Funil de Separação Kitassato Lâminas de Vidro e Lamínulas Pipeta Volumétrica Pipetas de Vidro Placas de Petri Proveta Tubos de Ensaio Vidro de Relógio 20 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 3.2. EQUIPAMENTOS Autoclave Balança de Precisão Bico de Bunsen Cabine de Fluxo Laminar Cabo Kolle + Alça Bacteriológica / Agulha Bacteriológica Capela de Exaustão Chapa Aquecedora Condutivímetro Contador de Colônias Deionizador Destilador de Água Espectrofotômetro ou Espectrômetro Estante para Tubos de Ensaio Estereoscópio ou Estereomicroscópio (Lupa) Estufa de Banho-Maria Estufa de Esterilização (Forno Pasteur) Estufa de Incubação (Estufa Microbiológica) Freezer Hastes de Ferro + Garras + Suportes Homogeneizador (Agitador) de Tubos de Ensaio Manta Aquecedora Medidor de pH Microscópio Oxímetro 21 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Refrigerador Tela de Amianto Tripé Turbidímetro 22 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 3.3. MATERIAIS DE CONSUMO Álcool Algodão Hidrofílico Algodão Hidrofóbico Caneta Marcadora Corantes Detergente Escova para Tubos 23 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Esponja Hipoclorito de Sódio (Água Sanitária) Lápis Dermatográfico Meios de Cultura Microtubos (Tubos Eppendorf) Microplacas Óleo de Imersão Papel Alumínio Papel Toalha Pipeta Pasteur Pisseta Potes Coletores Reagentes Químicos Swabs (Suabes) (Zaragatoa) 3.4. PARTES DO MICROSCÓPIO ÓPTICO 24 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 4. TAXONOMIA E FILOGENIA DOS MICRORGANISMOS 4.1 CONCEITOS TAXONOMIA Taxis = Arranjo + Nomia = Método. Classifica os seres vivos em categorias de acordo com suas similaridades e diferenças. FILOGENIA File/Filon = Tribo ou Raça + Genia = Origem ou Nascimento. Classifica os seres vivos de acordo com sua história evolutiva. 4.2 HISTÓRICO Bíblia ADÃO Nomeou os seres vivos. Gênesis 2:19 “Tendo, pois, o Senhor Deus formado da terra todos os animais dos campos, e todas as aves dos céus, levou-os ao homem, para ver como ele os havia de chamar; e todo o nome que o homem pôs aos animais vivos, esse é o seu verdadeiro nome.” Séc. IV a.C. ARISTÓTELES (384-322 a.C.) Classificação dos seres vivos Plantas e animais. 1650 JOHN RAY (1627-1705) Tentou catalogou os organismos da Terra. Classificou diversas plantas. Primeiro a usar o termo ESPÉCIE. 1735 KARL VON LINNÉ (1707-1778) Pai da Taxonomia Moderna. Criou o sistema binominal dos seres vivos. 1857 CARL VON NÄGELI (1817-1891) Classificou as bactérias e os fungos no Reino Plantae. 1859 CHARLES DARWIN (1809-1882) Descreveu que a seleção natural era responsável pelas similaridades e diferenças entre os seres vivos. 1866 ERNEST HAECKEL (1834-1919): Classificou as bactérias, protozoários, algas e fungos no Reino Protista. 1925 ÉDOUARD CHATTON (1883-1947): Diferenciou organismos com células com núcleo (eucariontes) e os anucleados (procariontes). 1961 ROGER STANIER (1916-1982): Autor da definição atual de procarioto. 1968 ROBERT GEORGE EVERITT MURRAY (1919-): Criou o Reino Procaryotae (Monera). Bactérias Gram-Positivas; Bactérias-Negativas; Micoplasmas. 25 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 1969 ROBERT H. WHITTAKER (1920-1980): Criou o sistema de classificação com cinco (5) Reinos. Monera Protista Fungi Plantae (Metaphyta) Animalia (Metazoa). 1978 CARL R. WOESE (1928-2012): Criou o sistema de classificação com três (3) Domínios. Análise filogenética do RNA-r (ribossomal) 16S. Archaea + Eubacteria Prokaryotes. Eukarya Eukaryotes 4.3 NOMENCLATURA Regulamentada pelo Código Internacional de Nomenclatura, que se baseia no Sistema Binominal desenvolvido por Karl Von Linné. Regras de Nomenclatura: A nomenclatura de espécie é obrigatoriamente binominal, sendo o primeiro deles a designação de gênero; Sua grafia deve obedecer à colocação de ambos em destaque representado por letras em itálico ou sublinhado; A primeira letra referente ao gênero em maiúsculo e o termo específico em minúscula; As palavras correspondentes devem ter origem latina ou latinizada Escherichia coli; Opcionalmente se, já citada no texto, as demais vezes em que uma espécie for escrita, poderá ser colocada de forma que a primeira letra do gênero seja seguida de ponto Clostridium perfringens (1ª citação) e C. perfringens (próximas citações); Caso não se especifique a espécie, mas sabe-se o gênero, deve ser escrito o gênero seguido do termo spp. (gênero com diferentes espécies) Clostridium spp. 4.4 CLASSIFICAÇÃO É responsável pelo agrupamento de bactérias que compartilham certas características comuns em grupos taxonômicos. Os sistemas de classificação podem ser artificiais ou naturais. Artificiais características fenotípicas (morfológicas e fisiológicas). 26 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Naturais relações filogenéticas (moléculas de RNA-r; parede celular; lipídeos; proteínas). 4.5. HIERARQUIA TAXONÔMICA Domínio Reino Filo Classe Ordem Família Gênero Espécie. 4.6. CONCEITO DE ESPÉCIE EM MICROBIOLOGIA Populações clonais que apresentam alto grau de similaridade fenotípica e genotípica, além de apresentarem dissimilaridade com outros grupos relacionados. Espécie microbiana representa um grupo de biotipos semelhantes à cepa (estirpe) padrão e diferente de outras. Para cada espécie é designada uma cepa padrão ou type strain, que é mantida em coleções especializadas. 4.7. VARIEDADES DENTRO DE UMA ESPÉCIE BIOTIPO Comportamento bioquímico. SOROTIPO Composição antigênica. FAGOTIPO Receptores para bacteriófagos. PATOTIPO Propriedades patogênicas. 4.8. IDENTIFICAÇÃO Consiste na determinação da espécie ou de outra unidade taxonômica de uma bactéria recém-isolada. Características Fenotípicas: Cultivo Características nutricionais; características morfológicas e tintoriais; Microscopia Formato das células; Técnica de coloração de Gram; Testes Bioquímicos Primários (Família; Gênero); Secundários e Terciários (Espécie). Características Genotípicas: PCR Identifica fragmentos específicos de DNA; Porcentagens de Guanina e Citosina (%GC); RNA-ribossomal. Características Antigências: Sorotipagem Soros com anticorpos específicos. SOROTIPO BIOTIPO 27 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 5. ESTRUTURA GERAL DOS MICRORGANISMOS 5.1. INTRODUÇÃO Célula Unidade viva fundamental dos seres vivos. 1665 Robert Hooke (1635-1703) Visualizou pequenas câmaras vazias na estrutura da cortiça Microscópio. 1838 Matthias Schleiden (1804-1881) & Theodore Schwann (1810-1882) Teoria Celular. 1858 Rudolf Virchow (1821-1902) Células surgem de outras pré-existentes. Célula Procariota X Célula Eucariota Estrutura das Células Procariotas (Procarióticas) Estrutura das Células Eucariotas (Eucarióticas) Plasmídeo + Cromossomo (Material Genético) Citoplasma Partículas Citoplasmáticas (Ribossomos e Polirribossomos) Membrana Celular Parede Celular Cápsulas Flagelos Pili (Fímbrias) Esporos (Endosporos) Membrana Celular Membrana Nuclear Núcleo (Material Genético) Citoplasma: Ribossomos Retículos Endoplasmáticos Complexo Golgiensi Lisossomos Mitocôndrias Centríolos Parede Celular Flagelos e Cílios ESTRUTURAS CELULARES CÉLULAS PROCARIÓTICAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS PAREDE CELULAR Todas as bactérias (PEPTIDOGLICANO) Protozoários e animais (AUSENTE) Vegetais (CELULOSE) Fungos (QUITINA) MEMBRANA NUCLEAR Ausente Presente ORGANELAS MEMBRANOSAS Ausentes (exceto MESOSSOMOS) Presentes MICROTÚBULOS E CENTRÍOLOS Ausentes Presentes RIBOSSOMOS Menores (70S) Maiores (80S) CROMOSSOMOS Somente DNA DNA e Proteínas FLAGELOS E CÍLIOS Estrutura proteica (FLAGELINA) Ausência de cílios A partir dos MICROTÚBULOS dos CENTRÍOLOS 28 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Classificação dos Seres Vivos: DOMÍNIOS REINOS EXEMPLOS EUBACTERIA ------------- Cyanobacteria; Bactérias Gram-Positivas e Gram-Negativas ARCHAEABACTERIA Thermophila; Halophila; Methanobacterium EUKARYA PROTISTA Protozoários e Algas microscópicas FUNGI Fungos, Mofos e Leveduras PLANTAE Talófitas, Briófitas, Pteridófitas, Gimnospermas e Angiospermas ANIMALIA Poríferos, Cnidários, Platelmintos, Nematelmintos, Anelídeos, Artrópodes, Anelídeos, Moluscos, Equinodermos, Peixes, Anfíbios, Répteis, Aves e Mamíferos Diferenças Entre os Principais Microrganismos: DIFERENÇAS ALGAS (MICROSCÓPICAS) PROTOZOÁRIOS FUNGOS BACTÉRIAS VÍRUS TIPO CELULAR Eucariota Eucariota Eucariota Procariota Acelular PAREDE CELULAR Presente (celulose) Ausente Presente (quitina) Presente (peptidoglicano) -------- FOTOSSÍNTESE Sim Não Não Sim / Não -------- MOTILIDADE Sim / Não Sim Não Sim / Não -------- ÁCIDO NUCLÉICO Ambos Ambos Ambos Ambos Único (DNA ou RNA) METABOLISMO Próprio Próprio Próprio Próprio Dependente 5.2. ESTRUTURAS CELULARES DOS PROCARIOTAS Membrana Plasmática: Não contem esteróis Exceto Micoplasmas. Mesossomos: Replicação do DNA. Sítio da respiração celular. Parede Celular: Peptidoglicano (Mureína): NAG Ácido N-Acetilglucosamina. NAM Ácido N-Acetilmurâmico (Acetilgalactosamina). Peptídeo. Formação de monômeros. Bactoprenol Transporta os monômeros (NAG+NAM). Ligação Horizontal (Transglicolização) NAM + NAG. Ligação Cruzada (Transpeptidase) Peptídeo + NAM. Bactérias Gram-Positivas Camada espessa de PEPTIDOGLICANO. Bactérias Gram-Negativas Fina camada de PEPTIDOGLICANO + Membrana externa de LIPOPOLISSACARÍDEOS (LPS). 29 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Membrana de LPS: Sítio de ligação de bacteriófagos. Antígeno O Antígeno de membrana. Lipídeos + Polissacarídeos. Micobactérias: Parede celular mais resistente. Ácido Micólico. Bactérias Álcool-Ácido Resistentes (BAAR). Ribossomos: Formado por 60% de RNA-r e 40% de proteínas ribossomais (RNA-r + Ptns ribossomais). Eucariontes 80S 60S+40S 18S RNA-r + Proteínas. Procariontes 70S 50S+30S 16S RNA-r + Proteínas. S Coeficiente de Sedimentação Velocidade. Polissomos / Polirribossomos Agrupados. Nucleóide: Cromossomo único circular. DNA (dupla hélice) + Proteínas. Cápsula: Dificulta a fagocitose pelas células de defesa. Função de aderência. Polissacarídeos semelhantes aos eucariotos. Flagelos: Formados por proteína Flagelina. Função de locomoção. Nem todas as bactérias possuem. Classificação das bactérias de acordo com o número de flagelos: Monotríquias Possuem um único flagelo. Anfitríquias Tem um flagelo em cada extremidade da célula. Lofotríquias Apresentam múltiplos flagelos em um único ponto da célula. Peritríquias Possuemflagelos em toda a superfície da célula. Pilus / Fímbrias: Pilus Proteína Pilina Mais longo Adesão, receptores, conjugação. Fímbrias Mais curtos Adesão, receptora. Grânulos ou Inclusões Citoplasmáticas: Polímeros insolúveis. Reserva de nutrientes. Endósporos ou Esporos: Envoltório composto por cálcio. Ambiente inóspito Condições desfavoráveis Bactéria se esporula. Função Resistência Dessecação, calor, agentes químicos, radiações, lisozima (quebra ligação glicolítica). Germinação Volta a ser uma célula germinativa. 30 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 5.3. VÍRUS Possuem DNA ou RNA. Parasitas intracelulares. Constituído de um genoma (material genético) de DNA ou RNA revestido por um CAPSÍDIO (capa de proteína), o qual é composto por várias unidades proteicas menores chamadas CAPSÔMEROS. REPLICAÇÃO VIRAL Ciclo lisogênico e ciclo lítico. Bacteriófagos Vírus que infectam bactérias. Viroides Formados por uma única fita de RNA circular que pode infectar uma célula vegetal. Príons Pequenas proteínas que causam doenças no sistema nervoso do homem e dos outros animais. 5.4 DOMÍNIOS EUBACTERIA & ARCHAEABACTERIA Classificação: Arqueobactérias Bactérias primitivas (antigas). Eubactérias Bactérias verdadeiras. Cianobactérias Algas cianofíceas (algas azuis). Arqueobactérias: Bactérias que habitam locais com características extremas: HALÓFILAS: lagos salgados. TERMOACIDÓFILAS: fontes de águas quentes e ácidas. METANOGÊNICAS: pântanos e trato digestivo de herbívoros, produzem Metano. Eubactérias: Cianofíceas: Autotróficas fotossintetizantes. Maioria dulcícolas, isoladas ou em colônias. Clorofila; Ficocianina; Ficoeritrina. Reprodução assexuada. Bactérias. Características das Bactérias: Procariontes. Parede celular PEPTIDOGLICANO. Importância das bactérias: Decompositoras Reciclagem da matéria orgânica. Associações Bactérias nitrificantes; microbiota endógena. Indústrias de alimentos e farmacêutica. Muitas características fornecem dados para a identificação e classificação das bactérias: Morfologia Crescimento Metabolismo Composição Genética Coloração Atmosfera Patogenicidade Temperatura Motilidade Nutrição Aminoácidos 31 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Morfologia: Três formas básicas: COCOS Células esféricas: Diplococo Cocos em dupla Neisseria meningitides; Streptococcus pneumoniae Tétrade Cocos em quarteto Sarcina spp. Sarcina Oito cocos agrupados formando um cubo Sarcina spp. Estafilococos Cocos agrupados em forma de cachos Staphylococcus aureus Estreptococos Cocos agrupados em fila Streptococcus pyogenes Cocobacilos Célula apresentando morfologia entre um coco e um bacilo Acinetobacter spp. BACILOS Células em forma de bastão Mycobacterium spp.; Escherichia coli; Salmonella spp.: Diplobacilo Bacilos em dupla; Estreptobacilo Bacilos agrupados em fila; Vibrião Bacilos curvados parecendo uma vírgula Vibrio cholerae HELICÓIDES Células espiraladas (espirais): Espirilos Apresentam menos espirais, são menos espiralados Treponema pallidum Espiroquetas São mais espiralados Leptospira spp. COCOS BACILOS ou BASTONETES DIPLOCOCO TÉTRADE SARCINA PNEUMOCOCO ESTREPTOCOCO ESTAFILOCOCO DIPLOBACILO ESTREPTOBACILO VIBRIÃO HELICÓIDES ou ESPIRALADOS ESPIRILO ESPIROQUETA Crescimento: Tamanho, cor, forma das colônias dependem do meio de cultura utilizado, sendo característico de cada espécie; A sua velocidade de crescimento é também uma característica importante. Motilidade: Associada à presença de flagelos; Bactérias móveis e imóveis. Coloração: Método de GRAM Método de ZIEHL-NEELSEN Bactérias Álcool-Ácido Resistentes (BAAR) GRAM-POSITIVAS (púrpuras ou violetas) Corante: Cristal Violeta BAAR-POSITIVAS (vermelhas) Corante: Fucsina GRAM-NEGATIVAS (vermelhas) Corante: Safranina ou Fucsina BAAR-NEGATIVAS (azuis) Corante: Azul de Metileno 32 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Exigências Atmosféricas: Aeróbia Obrigatória (Estrita) Aeróbia Microaerofílica (Microaerófila) Anaeróbia Obrigatória (Estrita) Anaeróbia Facultativa Anaeróbia Aerotolerante CAPNÓFILAS Bactérias que crescem melhor na presença de concentrações aumentadas de CO2 Exigências Nutritivas: Necessidade de alguma substância que forneça CARBONO, HIDROGÊNIO, OXIGÊNIO, ENXOFRE, FÓSFORO e NITROGÊNIO. Atividades Bioquímica e Metabólica: Em meios específicos, certas bactérias são caracterizadas pela produção de CO2, H2SO4, O2 ou Metano. Patogenicidade: Presença de cápsulas, toxinas (endo e exo) e enzimas que danificam células e tecidos. Sequência de Aminoácidos das Proteínas: Algumas proteínas encontradas nas bactérias são específicas daquela espécie. Composição Genética: Composição do material genético (DNA) é única para cada espécie. Temperatura: BACTÉRIAS TEMPERATURAS PSICRODÚRICAS Congelamento (<0oC) PSICRÓFILAS 0oC – 20oC PSICROTRÓFILAS -5oC – 35oC (Ideal: 25oC – 30oC) MESÓFILAS 20oC – 40oC (Ideal: 35oC – 37oC) TERMÓFILAS 40oC – 90oC (Ideal: 45oC – 55oC) TERMODÚRICAS Fervura (>100oC) 5.5 REINO PROTOCTISTA (PROTISTA) Representado pelos Protozoários e Algas Unicelulares. Características dos Protozoários: Heterótrofos. Aeróbicos. Vida livre / parasitas; 33 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Associação com seres vivos: cupim /fungos / mamíferos. Reprodução assexuada (cissiparidade); reprodução sexuada (conjugação). Formação de CISTOS: condições desfavoráveis. Classificação dos Protozoários: PROTOZOÁRIOS CARACTERÍSTICAS EXEMPLOS SARCODÍNEOS (RIZÓPODES) Não possuem cílios nem flagelos. Locomovem-se através de PSEUDÓPODES ou PSEUDOPÓDIOS. Fagocitose ou Pinocitose. Entamoeba histolytica Amoeba proteus FLAGELADOS (MASTIGÓFORAS) Movem-se por meio de um ou mais FLAGELOS. Trypanosoma cruzi Giardia lamblia Trichomonas vaginalis CILIADOS (CILIÓFORAS) Movem-se por meio de um grande número de CÍLIOS. Balantidium coli Paramecium aurelia ESPOROZOÁRIOS Não são móveis. Plasmodium malariae Toxoplasma gondii Algas: ALGAS UNICELULARES: São organismos eucarióticos. Classificados no Reino Protoctista. ALGAS PLURICELULARES: Formadas por várias células eucarióticas. Classificadas como TALÓFITAS no Reino Vegetal. Características das Algas Unicelulares: Autótrofas fotossintetizantes. Formam o PLÂNCTON FITOPLÂNCTON + ZOOPLÂNCTON; MARÉ VERMELHA: Temperatura; Luminosidade; Nutrientes EUTROFIZAÇÃO. Classificação das Algas Unicelulares: ALGAS CARACTERÍSTICAS CRISÓFITAS Algas douradas, conhecidas como DIATOMÁCEAS. Possuem FUCOXANTINA e SÍLICA. PIRRÓFITAS Capacidade de BIOLUMINESCÊNCIA. Dotadas de dois flagelos, se movimentam em rodopios. Conhecidas como DINOFLAGELADAS. São responsáveis pela MARÉ VERMELHA. EUGLENÓFITAS Principalmente dulcícolas. Dois flagelos (um emergente e outro não-emergente). 34 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 5.6. REINO FUNGI Características dos Fungos: Cogumelos; bolores; mofos e leveduras. Heterotróficos: matéria orgânica em decomposição. Parede celular QUITINA. Muitos fungos são unicelulares LEVEDURAS. Outros crescem como filamentos (HIFAS), que se entrelaçam para formar uma massa (MICÉLIO). Alguns formam o CORPO FRUTÍFERO (ESTROMA) Estruturas reprodutoras. Reprodução assexuada Esporos. Reprodução sexuada: fusão de duas HIFAS haplóides. MUTUALISMO: LÍQUENS: fungos + cianofíceas; MICORRIZAS: fungos + raízes de plantas. Classificação dos Fungos: FUNGOS CARACTERÍSTICAS EXEMPLOS OOMYCOTA Reproduzem-se sexuadamente por meio de esporos móveis e flagelados. Phytophtera infestans Plasmopara viticola ZIGOMYCOTA Parasitas microscópicos de plantas e animais inferiores, e alguns bolores que causam mofos. Bolor Negro do Pão. Rhyzopus stolonifer ASCOMYCOTA Formam ASCÓPOROS, esporos originados no interior de ASCOS. Fabricação de queijos. Levedos; trufas; bolores; parasitas de plantas. Aspergillus fumigatus Aspergillus flavus Saccharomyces cerevisae Penicillium roquefortii Penicillium camembertii BASIDIOMYCOTA Formados por MICÉLIO, que crescem no solo ou madeira em decomposição. Apresenta basidioma (COGUMELO), que libera esporos (BASIDIÓSPOROS) formados nos BASÍDIOS. Agaricus campestri Amanita muscaria DEUTEROMYCOTA (FUNGOS IMPERFEITOS) Fungos parasitas, causadores de doenças (MICOSES). Candida albicans Trichophyton purpureum Epidermophyton floccosum 35 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 6. FISIOLOGIA MICROBIANA 6.1. TIPOS NUTRICIONAIS SERES VIVOS FONTE DE ENERGIA FONTE DE CARBONO EXEMPLOS FOTOAUTOTRÓFICOS (FOTOLITOTRÓFICOS) LUZ CO2 e outros (INORGÂNICA) Vegetais; algas; cianobactérias; bactérias sulfurosas. FOTOETEROTRÓFICOS (FOTORGANOTRÓFICOS) LUZ ORGÂNICA Bactérias não sulfurosas. QUIMIOAUTOTRÓFICOS (QUIMIOLITOTRÓFICOS) QUÍMICA (H2S; S; NH3; NO2-; H2; Fe-2) CO2 e outros (INORGÂNICA) Bactérias nitrificantes; hidrogênicas; ferrosas e sulfurosas. QUIMIOETEROTRÓFICOS (QUIMIORGANOTRÓFICOS) QUÍMICA (Glicose) ORGÂNICA (Glicose) Animais; protozoários; fungos; maioria das bactérias. 6.2. ENZIMAS Enzimas: Proteínas que aceleram a velocidade das reações químicas. Componentes das enzimas: APOENZIMA Porção proteica. COENZIMA (COFATOR) Componente não-proteico. HOLOENZIMA APOENZIMA + COFATOR. Mecanismo de Ação: Substrato entra em contato com o sítio da enzima. Forma-se o COMPLEXO ENZIMA+SUBSTRATO. Transformação da molécula do substrato: Quebra da molécula; Combinação com outra molécula. Liberação dos produtos da reação. Enzima livre para reagir com outras moléculas do substrato. Fatores que Influenciam a Atividade Enzimática: Temperatura. Ph. Concentração do substrato. Inibidores: Inibidores Competitivos Ocupam o sítio ativo de uma enzima, competindo com o substrato. Inibidores Não-Competitivos (Alostéricos) Interagem com uma parte da enzima, causando uma deformidade no sítio ativo da enzima Inibição Alostérica. 36 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Enzimas Metabólicas: ENDOENZIMAS Encontradas dentro das células. EXOENZIMAS Secretadas para fora da célula. 6.3. METABOLISMO Metabolismo Celular: Soma de todas as reações químicas dentro de um organismo vivo, podendo ser dividido em duas classes de reações químicas: Aquelas que liberam energia Catabolismo. Aquelas que requerem energia Anabolismo. CATABOLISMO Degradação metabólica de compostos orgânicos, resultando na produção de energia e moléculas menores. ANABOLISMO Processos biossintéticos que usam energia para a síntese de substâncias necessárias para o crescimento, manutenção e funções celulares. As reações catabólicas (degradativas) fornecem a energia necessária para as reações anabólicas (biossintéticas). Biossíntese Metabólica (Anabolismo): Conversão de Energia. Uso de Energia. Fotossíntese: Quimiossíntese Envolve uma fonte química de energia e matéria-prima para sintetizar os metabólitos e macromoléculas necessários ao crescimento e realização das funções do organismo. Oxidação aeróbica (Quimioautotróficos). Nutrientes a partir de materiais orgânicos (Quimiorganotróficos). Metabolismo Energético: Reações de OXIRREDUÇÃO. 6.4. PRODUÇÃO DE ENERGIA Respiração (Aeróbica) Celular da Glicose: Glicólise. Ciclo do Ácido Cítrico e Sistema Transportador de Elétrons. 37 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Respiração Anaeróbica (Fermentação Anaeróbica): Fermentação Láctica: Fermentação Alcoólica: Oxidação Aeróbica pelos Quimiolitotróficos (Quimioautotróficos): São capazes de realizar as reações da respiração oxidando: H2 H2O NH3 e NO2 - NO3 - Hidrogênio Água Amônia Nitrito Nitrato C e CO CO2 H2S e S SO4 -2 Carbono Monóxido Carbono Dióxido de Carbono Gás Sulfídrico Enxofre Sulfato Respiração Anaeróbica pelos Quimioautotróficos: O doador de elétrons normalmente é um composto orgânico, tal como a glicose. Os compostos inorgânicos servem como aceptores finais de elétrons no lugar do oxigênio. NO3- NO2- e N2 Nitrato Nitrito Gás Nitrogênio CO3-2 CO2 e CH4 Carbonato Dióxido Carbono Metano SO4- S e H2S Sulfato Enxofre Gás Sulfídrico 6.5. CRESCIMENTO MICROBIANO O crescimento bacteriano é considerado o aumento do número de indivíduos (populacional) e não o aumento de tamanho (individual) de uma determinada célula Aumento do número de microrganismos. Divisão binária Cissiparidade ou Bipartição. Depende de: Temperatura e pH. Umidade. Nutrientes. Atmosfera. 6.6. MEIO DE CULTURA Composição: Complexo Natural (extrato de carne). Sintético Quimicamente conhecido. 38 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Consistência: Líquido. Semi-sólido. Sólido. Utilização: Enriquecido Contem um rico suprimento de nutrientes especiais que promovem o crescimento dos microrganismos: Ágar Sangue 5% de sangue de carneiro. Ágar Chocolate Hemoglobina. Seletivo Apresenta inibidores: Ágar MaConkey Inibe o crescimento de bactérias Gram-Positivas (G+). Ágar Dextrose Sabouraud Seletivo para fungos. Ágar Verde Brilhante Inibe bactérias Gram-Negativas (G-). Diferencial ou Indicador Permite a diferenciação de microrganismos: Ágar MaConkey Lactose + (colônias cor-de-rosa); Lactose – (colônias sem cor). Ágar Manitol Salgado Crescimento de Staphylococcus aureus. Ágar Sangue Diferentes tipos de hemólise. COMPOSIÇÃO CONSISTÊNCIA UTILIZAÇÃO Complexo Sintético Líquido Semi-sólido Sólido Enriquecido Seletivo Diferencial (Indicador) 6.7. CURVA DE CRESCIMENTO POPULACIONAL 1 – FASE INICIAL (LAG ou LATÊNCIA): Bactéria absorve nutrientes, sintetiza enzimas e se prepara para a reprodução. 2 – FASE LOGARÍTMICA DO CRESCIMENTO (LOG ou EXPONENCIAL): Bactéria se multiplica rapidamente, o número de população dobra a cada TEMPO DE GERAÇÃO. 39 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 3 – FASE ESTACIONÁRIA: Equilíbrio entre o número de novas bactérias e o número de bactérias mortas. 4 – FASE DE MORTE (DECLÍNIO): O número de bactérias mortas excede o número de novas bactérias Extinção da colônia. 6.8. TEMPO DE GERAÇÃO Contaminação inicial. Taxa de crescimento Variação no número ou massa por unidade de tempo. Tempo de geração Intervalo de tempo necessário para que uma célula se duplique Número de gerações. Reprodução assexuada Divisão binária (bipartição). Cálculo do número final de células: N = N0 x 2n N Número total de bactérias após determinado tempo. N0 Número inicial de células bacterianas; n Númerode gerações. Cálculo do número de gerações: n = log N – log N0 / 0,301 Cálculo do tempo de geração: g = t / n n = t / g g Tempo de geração. t Tempo de crescimento. n Número de gerações. Exemplo: Três (3) bactérias iniciais (N0) com um tempo de geração (g) de dez (10) minutos. Quantas bactérias (N) em uma hora e vinte minutos (t)? 40 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 7. GENÉTICA BACTERIANA 7.1. ESTRUTURA GENÉTICA Molécula DNA. Molécula RNA. 7.2. REPLICAÇÃO DO DNA Semiconservativa. 5’ 3’: fita líder (Ladding Strand) continua. 3’ 5’: fragmentos de OKASAKI + DNA-ligase. 7.3. SÍNTESE PROTÉICA TRANSCRIÇÃO síntese de uma fita complementar de RNA (RNA-m) a partir de um molde de DNA. TRADUÇÃO síntese de proteínas, através da decodificação do RNA-m convertendo a sua informação em proteínas. 7.4. PLASMÍDEOS Moléculas extracromossomiais circulares de DNA. Replicação independente Autorreplicante. Todos os plasmídeos contem pelo menos uma sequência de DNA que serve como uma "origem de replicação" ou ori (ponto inicial para a replicação de DNA), e que permite ao DNA do plasmídeo replicar-se independentemente do DNA cromossômico. Tipos de plasmídeos: PLASMÍDEOS CONJUNTIVOS Contem um gene chamado tra-gene, que pode iniciar a conjugação. PLASMÍDEOS NÃO-CONJUNTIVOS São incapazes de iniciar a conjugação e, por esse motivo, não há movimento independente para outra bactéria, mas podem ser transferidos com plasmídeos conjuntivos durante a conjugação. PLASMÍDEO SEXUAL (PLASMÍDEO F): Genes dos PILIS sexuais; FATOR F Fator de fertilidade; Hfr (Hfr+) Alta frequência de recombinações. PLASMÍDEO R Resistência a antibióticos; PLASMÍDEO Col Produz colicinas Matam outras bactérias; PLASMÍDEO VIRULENTO Favorece a virulência Bactéria torna-se agente patogênico; PLASMÍDEO DEGRADATIVO Permite a degradação de substâncias; EPISSOMAS Plasmídeos que conseguem se integrar no DNA cromossômico. F+ F- F+ cromossomo Hfr 41 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 7.5. TRANSPOSONS Pequenos segmentos de DNA que podem se mover de uma região de uma molécula de DNA para outra. Mediadores da evolução nos organismos Mutações. 7.6. REGULAÇÃO GÊNICA A célula conserva energia produzindo somente aquelas proteínas necessárias em um momento particular Regulação da transcrição do RNA-m. REPRESSÃO Diminui a síntese das enzimas, mediada por PTNs reguladoras (repressoras). INDUÇÃO Ativa a transcrição de um gene ou genes (indutor) Formando enzimas induzíveis. 7.7. MUTAÇÃO Alterações na estrutura química ou física do DNA. Alterações na sequência de bases do DNA, causando uma alteração no produto codificado por aquele gene. Espontânea ou influenciada. 7.8. AGENTES MUTAGÊNICOS QUÍMICOS: Ácido Nitroso. Análogo de Base Similares às bases nitrogenadas (drogas antivirais e antitumorais). Benzopireno Presente na fumaça e na cinza; Aflatoxina Aspergillus flavus. Acridinas Corantes. RADIAÇÕES: Raio X. Raio Gama; Luz Ultravioleta (UV). 7.9. TIPOS DE MUTAÇÕES Substituições de pares de bases (mutação de ponto): Transição Pirimídica Pirimídica ou Púrica Púrica. Transversão Púrica (A-G) Pirimídica (T-C-U). Mutações sem sentido Não especificam nenhum aminoácido. Mutações de sentido errado (perda de sentido) Afetam uma base, ocorrendo substituição de um aminoácido por outro. 42 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Mutações silenciosas Substituição de uma base do DNA por outra mas que codifica o mesmo aminoácido. Mutações de fase de leitura (frameshif) Afetam toda a sequência de bases, devido a inserções ou deleções numa sequência. Mutações supressoras Formando códon sem sentido (UAG / UGA / UAA). 7.10. VARIAÇÕES FENOTÍPICAS AUTOTRÓFICAS São incapazes de sintetizar fatores de crescimento. RESISTENTE A DROGAS Exibem tolerância a drogas. MORFOLÓGICAS Apresentam alterações estruturais. TEMPERATURA-SENSÍVEIS Incapazes de sintetizar substâncias ou função a temperaturas diferentes à normal (temperatura restrita). SUPRESSOR-SENSÍVEIS Incapazes de funcionar, a menos que uma segunda mutação ou fator, ou supressor, esteja presente. 7.11. RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Refere-se à troca de genes entre duas moléculas de DNA, para formar novas combinações de genes em um cromossomo. Variabilidade genética. TRANSFORMAÇÃO Processo pelo qual o DNA livre no meio é tomado pela célula, resultando em alterações genotípicas desta Experimento de Griffith. CONJUGAÇÃO Mecanismo de transferência de informação genética que requer contato entre as células Fator F. TRANSDUÇÃO Processo no qual o DNA bacteriano é transferido entre células mediado por um vírus Bacteriófago. 7.12. DNA RECOMBINANTE Técnica de transferência de genes dentro de uma espécie ou entre espécies diferentes. Engenharia Genética Manipulação gênica feita em ambiente de laboratório. Biotecnologia Termo que inclui todas as aplicações industriais de sistemas ou processos biológicos, identifica as aplicações industriais da Engenharia Genética. Principais objetivos: Isolamento de um gene particular, parte de um gene ou de uma região do genoma de interesse. Produção de um RNA particular e proteínas. Melhoramento na produção de compostos bioquímicos. Produção de plantas com características desejáveis. Produção de vacinas. Terapia genética Geneterapia. 43 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 7.13. CRISPR CRISPR Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Espaçadas). Este termo surgiu em 2001 artigo de Francisco Mojica e Ruud Jansen mas a primeira observação da sua ação foi feita em 1987 por Yoshizumi Ishino, da Universidade de Osaka. O lócus CRISPR é uma área do material genético de bactérias e arqueas onde se encontram repetições, que são “intercaladas” com pequenos fragmentos de DNA de vírus que infectaram esses organismos no passado (ou seus antepassados). Esse processo é parte de um mecanismo de defesa das bactérias e arqueas contra esses vírus invasores. Quando um vírus, com uma sequência de DNA que já está contida nesse “histórico de ameaça” da bactéria ou arquea invade essa célula, ela envia uma enzima capaz de cortar a fita dupla do DNA viral na região em que há essa compatibilidade proteínas Cas9 (CRISPR associada a proteína 9). Para essa enzima conseguir identificar essa parte do material genético do vírus que já é reconhecida como perigosa, a célula produz um complexo guia, contendo um RNA feito a partir da sequência de DNA viral que já está em seu genoma os nucleotídeos que compõem esse RNA são complementares a área alvo do vírus invasor. Possíveis aplicações: Ferramenta de edição do genoma totalidade dos genes em vez de cortar o DNA viral invasor, a Cas9 é “carregada” com um RNA guia que indicará que parte do DNA de um ser vivo deve ser cortada reparo, que geralmente leva a retirada ou adição de nucleotídeos, descaracterizando a informação contida na antiga sequência, inutilizando o gene. Inativar ou “destruir” genes causadores de doenças, como a hemofilia, que é hereditária. Ajudar a identificar a função de determinado gene, analisando a diferença entre organismos com o gene ativo, e outros com o gene silenciado pelo processo. Em um segundo tipo de restauração, um novo pedaço de DNA, que traz novas informações, pode ser incorporado para ligar as duas pontas queforam desconectadas. Possibilitando inserir características de interesse nos organismos, como tornar espécies agrícolas mais resistentes a condições climáticas ou mais produtivas. Em 2020, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna receberam o Prêmio Nobel de Química, pelo desenvolvimento de um método de edição de genoma utilizando CRISPR- Cas9. 44 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 8. INTERAÇÕES HOMEM-MICRORGANISMOS 8.1. MICROBIOTA ENDÓGENA Microbiota normal de uma pessoa incluindo todos os microrganismos usualmente encontrados na superfície ou no interior do corpo; Células do corpo humano 1013 células 10 trilhões 10.000.000.000.000; Células bacterianas no corpo humano 1014 bactérias 100 trilhões 100. 000.000.000.000; Um feto NÃO tem microbiota endógena; Umidade, pH, temperatura, oxigênio, nutrientes Favorecem crescimento de microrganismos; Microbiota residente; Microbiota transiente Instala-se temporariamente: Retiradas pelo banho; Competição com microbiota residente; Eliminados pelas excreções ou secreções. Antibioticoterapia destrói microbiota intestinal; Oportunistas Normalmente não causam doença em seu habitat normal, em uma pessoa saudável. 8.2. MICROBIOTA DA PELE Bactérias e fungos; Umidade da pele Suor; gordura Axilas; virilha; dedos; Staphylococcus spp.; Streptococcus spp.; Candida albicans; Áreas secas Poucos microrganismos; Áreas úmidas Muitos microrganismos. 8.3. MICROBIOTA DA BOCA Boca e garganta possuem ótima umidade e temperatura; Partículas de alimentos e resíduos de células epiteliais ao redor dos dentes; Lactobacillus spp., Streptococcus spp. e Staphylococcus spp.; Doença periodôntica e gengivite Alimentos favorecem as bactérias Baixa acidez; PORTADORES SADIOS Resistentes a patógenos, mas transmitem a pessoas suscetíveis Difteria; meningite; pneumonia; tuberculose. 45 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 8.4. MICROBIOTA DOS OUVIDOS E OLHOS Ouvidos médio e interno são estéreis; Ouvido externo e canal auditivo Microbiota idêntica à boca e nariz; Tosse; espirro; assoar Microrganismos carregados pela Tuba Auditiva (ouvido médio) Podendo causar infecção; Membranas mucosas dos olhos são lavadas por lágrimas que contêm LISOZIMA. 8.5. MICROBIOTA DO TRATO RESPIRATÓRIO Abaixo da laringe livre de microbiota; Trato superior com rica microbiota; Streptococcus spp.; Staphylococcus spp.; Neisseria spp.; leveduras. 8.6. MICROBIOTA DA ÁREA UROGENITAL Rins, ureteres e bexiga são estéreis; Abertura da uretra abriga muitos microrganismos; Staphylococcus spp.; Enterococcus spp.; leveduras; Não invadem, pois a urina é ácida e fluxo constante da micção; Relação sexual fluxo urinário; Sistemas reprodutores estéreis, exceto vagina; Puberdade e menopausa secreções vaginais são alcalinas Streptococcus spp.; Staphylococcus spp. e coliformes; Período reprodutivo e gravidez secreções vaginais ácidas Lactobacillus spp. e leveduras. 8.7. MICROBIOTA DO TRATO GASTRINTESTINAL Meio ácido do estômago impede crescimento de microbiota endógena; Bile inibe o crescimento de microbiota; Duodeno Poucas bactérias; Parte inferior do intestino delgado Staphylococcus spp.; Lactobacillus spp.; Streptobacillus spp.; Clostridium spp. Intestino Escherichia coli produz BACTERIOCINAS Inibem o crescimento de outras bactérias; Cólon ou intestino grosso Grande número de microrganismos. 8.8. BENEFÍCIOS DA MICROBIOTA ENDÓGENA Vitaminas K, B12, ácido pantotênico, piridoxina e biotina a partir de coliformes intestinais; 46 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia Fonte de substâncias irritantes e antígenos para estimular sistema imune Produção de anticorpos; Competição de local e nutrientes com microrganismos patogênicos; Produção de antibióticos por certos microrganismos residentes. 8.9. RELAÇÕES SIMBIÓTICAS SIMBIOSE Relação entre diferentes organismos (SIMBIONTES) vivendo juntos em estreita relação; Pode ser benéfico, inofensivo ou prejudicial: MUTUALISMO Ambos os organismos são beneficiados e um depende do outro metabolicamente: Bactéria Escherichia coli Vitamina K; COMENSALISMO Relação na qual um dos seres é beneficiado mas o outro não é nem beneficiado nem prejudicado: COMENSAIS Micróbios da microbiota humana recebem nutrientes e habitat sem causar nenhum efeito no hospedeiro; INDIFERENÇA ou NEUTRALISMO Quando os organismos ocupam o mesmo nicho, mas um não afeta o outro; ANTAGONISMO ou ANTIBIOSE Quando os produtos de excreção de um microrganismo podem destruir certas bactérias vizinhas. PARASITISMO Relação na qual um organismo se beneficia com prejuízo do hospedeiro: ECTOPARASITAS INFESTAÇÃO; ENDOPARASITAS INFECÇÃO. RELAÇÕES PATOGÊNICAS Quando os microrganismos causam danos ao hospedeiro durante um processo infeccioso: Comensal fora do seu lugar normal Staphylococcus spp. na pele Infecção em queimaduras ou feridas; Microrganismo altamente virulento; Oportunista Baixa imunidade Invasão Sangue; bexiga urinária; pulmões. MICRÓBIOS NÃO-PATOGÊNICOS Nunca causam doença. Exceto pacientes imunossuprimidos AIDS. 8.10. CICLO DOS NUTRIENTES SAPRÓBIOS Fungos e bactérias de vida livre que decompõem matéria orgânica; FOTOSSÍNTESE; CICLO DO NITROGÊNIO Importante para o solo Agricultura. 47 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 9. ECOLOGIA MICROBIANA 9.1. INTRODUÇÃO Ecologia. Ecossistema. Habitat. Nicho. 9.2. IMPORTÂNCIA DOS MICRORGANISMOS Produtores Microrganismos autótrofos fotossintetizantes. Decompositores Decomposição da matéria orgânica Reciclagem. Equilíbrio ecológico. Ciclos biogeoquímicos. Relações ecológicas. Indústria de alimentos e bebidas Fermentação. Indústria farmacêutica Antimicrobianos. Controle biológico Agricultura / Poluição. Biotecnologia Engenharia genética. Doenças. Eutrofização: 9.3. FATORES DETERMINANTES DA ECOLOGIA MICROBIANA Nutrientes. Aeração. Umidade. Temperatura. pH. Manejo do solo. Relações ecológicas. Ciclos biogeoquímicos. Aumento de matéria orgânica Proliferação de microrganismos decompositores Aumento do consumo de O2 disponível e diminuição da fotossíntese Morte dos seres vivos aeróbios 48 UNEB – Campus X – Prof. Dr. Jorge Luiz Fortuna – Ciências Biológicas – Apostila de Microbiologia 9.4. INTERAÇÕES ENTRE OS SERES VIVOS MUTUALISMO (++): Ambos organismos se beneficiam. Algas + Fungos LÍQUENS. Fungos + Raízes Vegetais MICORRIZAS. Rhizobium + Raízes Leguminosas NÓDULOS. AMENSALISMO (+–): Um organismo inibe outro pela ação ou produção de substâncias tóxicas. Agaricus X Coprinus ANTIBIOSE (+–): Produção e difusão de substâncias químicas capazes de matar ou impedir o desenvolvimento de outros microrganismos. Penicillium X Staphylococcus PARASITISMO (+–): Organismo se beneficia da extração de nutrientes, com prejuízo ao outro organismo Patogenia Parasitose. Bacteriófagos Parasitas de bactérias. Microrganismos patogênicos Causadores de doenças. PREDATISMO (+–): Organismos de uma espécie (predadora) se alimentam de organismos de outra espécie (presa). Microrganismos que participam na produção de alimentos e bebidas. 9.5. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Carbono. Oxigênio. Nitrogênio: AMONIFICAÇÃO Decompositores PTN Aminoácido (AA) NH3 NITRIFICAÇÃO Nitrosomonas NH3 Nitrato. DENITRIFICAÇÃO Pseudomonas Nitrato N2
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