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MICROBIOLOGIA CAPÍTULO 1 OS MICRÓBIOS EM NOSSAS VIDAS. • Microrganismos são seres vivos que são impossíveis ser visto a olho nu. Inclui bactérias, fungos, protozoários e algas microscópicas. • Vírus: limite entre seres vivos e não vivos. • Auxilia na manutenção do equilíbrio da vida no nosso meio ambiente. • São utilizados na síntese de produtos químicos, vitaminas, ácidos orgânicos, enzimas, álcoois e outros fármacos. TESTE SEU CONHECIMENTO ✓ Descreva algumas das atividades prejudiciais e benéficas dos micróbios. NOMEANDO E CLASSIFICANDO OS MICRORGANISMOS. • Primeiro nome se refere ao gênero e o segundo nome é o epiteto específico (nome da espécie). • É escrito com a primeira letra em maiúscula e o segundo nome com letras minúsculas, escrito em itálico ou sublinhado. • Exemplo: Staphylococcus aureus ou Staphylococcus aureus. TIPOS DE MICRORGANISMOS • Bactérias: unicelulares, procariotos. São envoltas por uma parede celular. Reprodução é a fissão binária. Nutrição é por compostos orgânicos ou fotossíntese. • Arqueias: consiste em células procarióticas, para ter parede celular necessitam de peptideoglicano. Dividem-se em três grupos: metanogênicas (produz metano); halófilas extremas (vivem em ambientes extremamente salgados); termófilas extremas (vivem em águas quentes e sulfurosas). • Fungos: São eucariotos, contém material genético circundado por um envelope celular – membrana nuclear. A reprodução é sexuada/assexuada. A nutrição ocorre por absorção de materiais orgânicos do ambiente. • Protozoários: unicelular eucarióticos, sua movimentação ocorre por meio de pseudópodes, flagelos ou cílios. A reprodução é sexuada/assexuada. • Algas: em geral, unicelulares eucariotos fotossintéticos, a reprodução é sexuada/assexuada. Parede celular contendo carboidrato de celulose. • Vírus: Os vírus têm sua composição simples, contendo um núcleo com um ácido nucleico de RNA ou DNA, sua reprodução só é possível com a maquinaria celular de outros organismos. Não são considerados seres vivos porque fora do seu hospedeiro são inertes. • Parasitos multicelulares de animais: eucarios, vermes chatos e redondos – helmintos. CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS Três grandes domínios: 1. Bactéria: as paredes celulares contêm um complexo carboidrato proteína chamado de peptideoglicano. 2. Archaea: (as paredes celulares, se presentes, não possuem peptideoglicano). 3. Eukarya: inclui os seguintes grupos: 3.1. Protistas (micetozoários, protozoários e algas); 3.2. Fungos (leveduras unicelulares, bolores multicelulares e cogumelos); 3.3. Plantas (musgos, samambaias, coníferas e plantas com flores); 3.4. Animais (esponjas, vermes, insetos e vertebrados). . TESTE SEU CONHECIMENTO ✓ Quais são os três domínios? UMA BREVE HISTÓRIA DA MICROBIOLOGIA. • Robert Hooke: teoria celular – a teoria de que todas as coisas vivas são compostas por células. • Anton van Leeuwenhoek: animáculos, primeira observação de organismos vivos. O DEBATE SOBRE A GERAÇÃO ESPONTÂNEA. • Francesco Redi: iniciou um trabalho para demonstrar que as larvas não eram geradas espontaneamente. • John Needham: reforçou a teoria da geração espontânea fervendo caldo de galinha por pouco tempo. • Lazzaro Spallanzani: refutou o experimento de Needham dizendo que as partículas de ar entraram em contato com o caldo e contaminou o experimento. • Rudolf Virchow: hipotetizou o conceito que as células vivas surgiriam de células já preexistentes. • Louis Pasteur: demonstrou que os microrganismos estão presentes no ar e podem contaminar soluções estéreis. A IDADE DE OURO DA MICROBIOLOGIA • Desenvolveram vacinas e técnicas cirúrgicas. • Fermentação e pasteurização: foi empregado para evitar a deterioração de vinhos. • A teoria do germe da doença: microrganismos pudessem ter relações similares com plantas e animais – especificamente, que os microrganismos pudessem causar doenças. • Ignaz Semmelweis: partículas cadavéricas, implementou o hábito de lavar as mãos para procedimentos cirúrgicos. • Joseph Lister: aplicou a teoria do germe nos procedimentos médicos, utilizou o fenol para tratar feridas cirúrgicas. • Postulados de Koch: é uma sequência de etapas experimentais capazes de relacionar diretamente um micróbio específico a uma doença específica. • Edward Jenner: iniciou um método para descobrir como proteger as pessoas da varíola. Coletou raspados de ferida de varíola bovina e inoculou em uma criança de 8 anos saudável. Após contrair uma forma amena da doença, ele se recuperou e adquiriu imunidade. O NASCIMENTO DA QUIMIOTERAPIA MODERNA: OS SONHOS DE UMA “BALA MÁGICA”. • Quimioterapia é o tratamento químico de uma doença. • Quimioterápicos sintéticos: produzidos em laboratórios; antibióticos é o resultado da produção de metabólitos de bactérias ou fungos para inibir o crescimento de outra bactéria em uma competição pelo organismo. • Paul Ehrlich tratamento de sífilis, composto químico com arsênio. • Alexander Fleming cultura de fungos Penicillium que inibiam o crescimento bacteriano. OS MICRÓBIOS E O BEM-ESTAR HUMANO • Fungos e bactérias reciclam os elementos químicos para serem utilizados pelas plantas e pelos animais vivos. • Bactérias e vírus são utilizados: limpeza de esgotos; processos de biorremediação (resíduos tóxicos); controle biológico de pragas; utilização na produção de alimentos; produção de vacinas (técnicas de RNA recombinante); terapia gênica (somente vírus nesse caso); utilização de bactérias nas agriculturas para aumentar a resistência de plantas ao frio e as pragas, prolonga a vida útil de um produto na prateleira. OS MICRÓBIOS E AS DOENÇAS HUMANAS • Todas as pessoas possuem microrganismos no corpo, constituindo a microbiota e flora normal. • O que determina se um microrganismo causará doenças é a resistência do mesmo e sua patogenicidade. • Biofilmes: complexa agregação de micróbios sobre uma superfície sólida. Os biofilmes protegem as membranas mucosas de microrganismos nocivos. Os biofilmes podem ser nocivos e ocasionar: infecções como a endocardite. Os biofilmes formam uma barreira protetora para a bactéria, tornando-a resistente a antibióticos. • Uma doença infecciosa é aquela em que o patógeno invade um hospedeiro suscetível. • Uma doença infecciosa emergente (DIE) é uma doença nova ou modificada que apresenta um aumento em sua incidência em um passado recente ou um potencial para aumento em breve. CAPÍTULO 4 ANATOMIA FUNCIONAL DE CÉLULAS PROCARIÓTICAS E EUCARIÓTICAS Comparação entre as células procarióticas e eucarióticas: • Células procarióticas e eucarióticas são semelhantes em composição e reação química. • Células procariontes: não possui organelas revestida por membrana – incluindo núcleo. • Peptideoglicano é encontrado somente nas células procariontes. • Células eucariontes possuem um núcleo limitado por membrana e organelas. A CÉLULA PROCARIÓTICA • Bactérias são em sua maioria unicelulares e sua reprodução é por fissão binária. • As bactérias se diferenciam por sua composição química, morfologia, necessidades nutricionais, atividades bioquímicas e fontes de energia. Tamanho, forma e arranjo bacteriano: • Tamanho entre 0,2 a 2 um de diâmetro e 2 a 8 um de comprimento. • Formas: 1. Cocos: esféricos; 2. Bacilos: bastões; 3. Espiralada: retorcida; 4. Polimórficas: várias formas Estruturas externas à parede celular: • Glicocálice: polissacarídeo extracelular gelatinoso/revestimentopolipeptídico; 1. As cápsulas protegem a bactéria da fagocitose; 2. As cápsulas permitem a adesão a superfícies, impedem dessecação e fornece nutrientes. • Flagelos: apêndices de filamentos – gancho e corpo basal. 1. Flagelos procarióticos giram para empurrar a célula. 2. Taxia positiva: atração; taxia negativa: longe do repelente. 3. Proteína flagelar é um antígeno. • Filamentos axiais: 1. Espiroquetas; 2. Similares aos flagelos – distingue-se, portanto, pelo enovelamento em torno da célula. • Fímbrias e pili: 1. Ajuda na adesão; 2. Pili: motilidade e transferência de DNA. A parece celular. Composição e características: • Circunda e protege as células das alterações de pressão osmótica. • Parede celular bacteriana possui peptideoglicano; • A penicilina interfere na síntese desse peptideoglicano; • As paredes celulares gram- positivas consistem em muitas camadas de peptideoglicano e contêm ácidos teicoicos. • A membrana externa protege a célula da fagocitose e da penicilina. • Porinas: canais de proteínas específicas que permite a passagem de moléculas na membrana externa. Paredes celulares e mecanismo da coloração de Gram: • O complexo cristal violeta-iodo se combina ao peptideoglicano. • O agente descolorante retira a membrana lipídica externa das bactérias gram-negativas e remove o cristal violeta. Dano à parede celular • Na presença de lisozima, as paredes celulares gram-positivas são destruídas e o conteúdo celular restante é denominado protoplasto. • Na presença de lisozima, as paredes celulares gram- negativas não são completamente destruídas e o conteúdo celular restante é de nominado esferoplasto. • Os antibióticos, como a penicilina, interferem com a síntese da parede celular. Estruturas internas à parede celular. A membrana plasmática (citoplasmática): • Bicamada fosfolipídica contendo proteínas integrais e periféricas. • Permeabilidade seletiva. • Contém enzimas para reações metabólicas. • As membranas plasmáticas podem ser destruídas por álcoois e polimixinas. O movimento de materiais através das membranas: • Processos passivos – sem gasto energético. • Difusão simples – íons se movem até o equilíbrio. • Difusão facilitada – ocorre por proteínas transportadoras. • Osmose: movimento de água a favor do gradiente de concentração iônico. • Transporte ativo: proteínas carreadoras, envolve gasto de ATP. Citoplasma: • Líquido dentro da membrana plasmática. • Constituído por: água, moléculas inorgânicas, DNA, ribossomos, prot. Citoesqueleto. Nucleoide: • Contém o DNA do cromossomo bacteriano. • Plasmídeos: moléculas de DNA extracromossômicos. Ribossomos: • Ribossomos 70s, rNA e proteínas. • Síntese proteica pode ser inibida por determinados antibióticos. Endósporos: • Estruturas de repouso que permite a sobrevivência em ambiente hostil. A CÉLULA EUCARIÓTICA Flagelos e cílios • Flagelos são longos e poucos; cílios são numerosos e curtos. • Função: motilidade. A parede celular e o glicocálice: • Parede celular de algas e alguns fungos contém celulose. • Material da parede celular é quitina. • Glicocálice: reforça a célula e promove a fixação. A membrana plasmática (citoplasmática): • Bicamada fosfolipídica igual aos procarióticos. • Contém carboidratos aderidos as proteínas na membrana. • Transporte de materiais através da membrana é dado por processos passivos, ativos e endocitose. Citoplasma • As características químicas do citoplasma das células eucarióticas lembram as do citoplasma das células procarióticas. Ribossomos • Os ribossomos 80S são encontrados no citoplasma ou aderidos ao retículo endoplasmático rugoso. Organelas • As organelas são revestidas por membranas. • Contém núcleo característico, envelope nuclear conectado ao retículo endoplasmático. • Contém complexo de Golgi, lisossomos formados a partir dessa organela, vacúolos revestidos por membranas, mitocôndrias, ribossomos 70s e DNA, reprodução por fissão binária. Cloroplastos para a fotossíntese. CAPÍTULO 6 CRESCIMENTO MICROBIANO Fatores necessários para o crescimento. Fatores físicos: • Faixas de temperaturas preferidas, dessa forma, microrganismo: 1. psicrófilos (baixas temperaturas), 2. mesófilos (temperaturas moderadas), 3. termófilos (altas temperaturas). • Temperatura mínima: mais baixa que permite o crescimento. Temperatura ótima: temperatura em que o organismo melhor se reproduz. Temperatura máxima: maior temperatura de crescimento possível. • pH ideal de crescimento: 6,5 e 7,5. • Em meio hipertônico, os microrganismos sofrem plasmólise – halofílicos: toleram altas concentrações de sais. Fatores químicos: • Todos os microrganismos requerem carbono – quimioheteroteróficos utilizam matéria orgânica; autotróficos utilizam CO2. • Nitrogênio é necessário para síntese proteica e de ácidos nucleicos, algumas bactérias podem fixar nitrogênio. • Organismos são classificados como aeróbios obrigatórios, anaeróbios facultativos, anaeróbios obrigatórios, anaeróbios aerotolerantes e microaerofílicos. • Aeróbios, anaeróbios facultativos e anaeróbios aerotolerantes precisam das enzimas superóxido dismutase e catalase, ou peroxidade. Biofilmes: • Os microrganismos se aderem a superfícies e se acumulam na forma de biofilmes nas superfícies sólidas em contato com a água. • Os micróbios em biofilmes são mais resistentes aos antibióticos do que os micróbios natatórios de vida livre. Meio de cultura: • Material preparado para crescimento em laboratório. • Cultura: microrganismos que crescem/ se multiplicam dentro do meio de cultura. • Ágar: agente solidificante comum utilizado nos meios de cultura. Crescimento de culturas bacterianas Divisão bacteriana: • Fissão binária, brotamentos, esporos aéreos ou fragmentação. Tempo de geração: • Tempo requerido para uma célula se dividir ou uma população se duplicar. Fases de crescimento: • Fase lag: nenhuma alteração/pouca – intensa atividade metabólica Fase log: alta multiplicação Fase estacionária: ocorre equilíbrio entre multiplicação e morte celular. Fase de morte celular: número de morte excede o número de multiplicação. Medida direta do crescimento microbiano: • Uma contagem em placas heterotróficas reflete o número de microrganismos viáveis e assume que cada bactéria se desenvolve em uma colônia. • A contagem pode ser feita por métodos de incorporação ou esgotamento em placa. • Filtração: método para reter bactérias na superfície de um filtro de membrana – transferida posteriormente para o meio de cultura para proliferação e contagem. A vantagem desse método é que não altera as propriedades do líquido. • Método do número mais provável – microrganismos que crescem em meio líquido. • Contagem de microscopia direta é utilizada uma lâmina especialmente desenvolvida. Determinação do número de bactérias por métodos indiretos: • Espectrofotômetro: quantidade de luz que atravessa uma suspensão de células • Medir a atividade metabólica da população. • Organismos filamentosos utilizam-se a medida de peso seco – para fungos. CAPÍTULO 7 CONTROLE DO CRESCIMENTO MICROBIANO A terminologia do controle microbiano: • O controle do crescimento microbiano pode prevenir infecções e a deterioração dos alimentos. • A esterilização é o processo de remoção ou destruição de toda a vida microbiana em um objeto. (REMOÇÃO DE ESPOROS). • A esterilização comercial é o tratamento com calor dos alimentos enlatados paradestruir os endósporos de C. botulinum. • Desinfecção: reduzir/inibir o crescimento microbiano em uma superfície inanimada. • Antissepsia: redução/inibição dos microrganismos em tecidos vidos. • O sufixo -cida significa matar; o sufixo -statico significa inibir. • Sepse é a contaminação bacteriana. A taxa de morte microbiana: • População de bactérias submetidas ao calor/ produtos químicos morrem a uma taxa constante. • Curva de morte – logarítmica. • Tempo para morte é proporcional a população microbiana. • Presença de matéria orgânica por interferir nos tratamentos de calor/agentes químicos. Ações dos agentes de controle microbiano. Alteração na permeabilidade da membrana: • A suscetibilidade da membrana plasmática se deve a seus componentes lipídicos e proteicos. • Certos agentes de controle químico lesam a membrana plasmática, alterando sua permeabilidade. Danos às proteínas e aos ácidos nucleicos: • Lesão nas proteínas celulares – comprometem as ligações de hidrogênios e covalentes. • Outros agentes interferem na replicação do DNA e RNA – afeta diretamente a síntese proteica. Métodos físicos de controle microbiano. Calor: • Elimina microrganismos. • Desnaturação de proteínas – calor úmido. • Fervura a 100ºC elimina muitas células vegetativas e vírus em 10 minutos. • A autoclave (vapor sob pressão) é o método mais efetivo de esterilização com calor úmido. O vapor deve entrar em contato direto com o material a ser esterilizado. – TOPICO QUE CAIU NA PROVA. • Pasteurização HTST: 72ºC em 15 segundos – elimina patógenos sem alterar o sabor. • UHT 140ºC em 4 segundos – usado em laticínios. Filtração: • Filtro com poros para reter a passagem em meio líquido ou gasoso de pequenos microrganismos. • HEPA – retém microrganismos, são filtros de alta eficiência. • Filtros de membrana composto – para microrganismos de alto peso molecular. Baixas temperaturas: • Maiorias dos microrganismos não se reproduz em temperaturas comuns de refrigerador. • Muitos microrganismos sobrevivem, porém, não crescem nas temperaturas abaixo de zero. Alta pressão: • A alta pressão desnatura as proteínas. Dessecação: • Ausência de água os microrganismos não se proliferam, podem permanecer viáveis. • Vírus e endósporos podem resistir a dessecação. Pressão osmótica: • Plasmólise em altas concentrações de sais/açúcares. • Bolores e leveduras são capazes de resistir a baixa umidade e pressão osmótica. Radiação: • Depende do comprimento da onda. • A radiação ionizante (raios gama, raios X e feixes de elétrons de alta energia) tem um alto grau de penetração e exerce seu efeito principalmente ionizando a água e formando radicais hidroxila altamente reativos. • Radiação violeta (UV): baixo grau de penetração, causa lesão celular pela formação de dímeros de timina no DNA, interfere na replicação do DNA. Métodos químicos de controle microbiano • Antissépticos: tecidos vivos • Desinfetantes: objetos inanimados. Avaliando um desinfetante: • Vírus, bactérias formadoras de endósporos, micobactérias e fungos também podem ser usados no teste de uso-diluição. • No método de discodifusão, um disco de papel de filtro é embebido em uma substância química e colocado em uma placa de ágar inoculada; a presença de uma zona de inibição indica efetividade. Tipos de desinfetantes: • Compostos fenólicos. • Triclosoano e hexaclorofeno. • Biguanidas – lesão em membranas plasmáticas. • Iodo e cloro • O etanol aquoso (60 a 95%) e o isopropanol são usados como desinfetantes. • Nanopartículas de prata. • Os sabões possuem ação germicida limitada, mas auxiliam na remoção dos microrganismos pela escovação. • Os quats são mais efetivos contra as bactérias gram- positivas. • O óxido de etileno é o gás mais frequentemente usado para a esterilização. Ele penetra na maioria dos materiais e destrói todos os microrganismos por desnaturação das proteínas. Características e controle microbiano: • As bactérias gram-negativas geralmente são mais resistentes do que as bactérias gram- positivas aos desinfetantes e antissépticos. • As micobactérias, os endósporos, os cistos e os oocistos dos protozoários são muito resistentes aos desinfetantes e aos antissépticos. • Os vírus não envelopados geralmente são mais resistentes do que os vírus envelopados aos desinfetantes e antissépticos. • Os príons são resistentes à desinfecção e à autoclavação.