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Vigilância Epidemiológica das Infecções Bacterianas 1. Microbiologia 1.1. Diferença entre procariotos e eucariotos O que determina a diferença entre um ser procarioto e eucarioto é a unidade fundamental da vida: a célula. A principal diferença entre as células desses seres é a existência ou ausência de envoltório envolvendo o núcleo, podendo ser classificadas em eucarióticas e procarióticas. As células eucarióticas possuem um núcleo contendo vários cromossomos circundados por uma membrana nuclear. Já o nucleoide das células procarióticas consiste em uma molécula circular única de DNA, que não está envolto por uma membrana, ficando em contato direto com o citoplasma (fig. 1). Dentre os microrganismos, é importante saber que bactérias são procariotas e fungos são organismos eucariotos1, 2. Além dessas diferenças do núcleo, outros aspectos distinguem uma célula eucariótica de procariótica, tais como: − Células eucarióticas contêm organelas, como as mitocôndrias e os lisossomos, e seus ribossomos, são maiores (subunidades 60S e 40S), enquanto as células procarióticas são desprovidas de organelas e seus ribossomos são menores (subunidades 50S e 30S). − A maioria dos procariotos possui sua parede celular composta por peptideoglicano (polímero de aminoácidos e açúcares). Os eucariotos não possuem peptideoglicano. Estes podem ser envoltos por uma membrana celular flexível ou, no caso dos fungos, a parede celular é composta por quitina, ou ainda nos vegetais, que contêm celulose em sua parede celular. − A membrana celular dos eucariotos contém esteróis (colesterol) que aumentam sua resistência. Já os procariotos não possuem tal membrana. − Em bactérias, é possível encontrar moléculas circulares de DNA, denominadas plasmídeos, o que não ocorre em eucariotos 3. A tabela abaixo resume as principais diferenças entre as células procarióticas e eucarióticas: Células procarióticas Células eucarióticas Envoltório nuclear Ausente Presente Cromossomos Único Múltiplos Célula Eucariótica Organelas Ausente Presente Parede Celular Peptideoglicano Quitina em fungos, celulose em vegetais Ribossomos Menores Maiores Membrana celular Sem esteróis Com esteróis Plasmídeos Presente Ausente Fig.1. Diferenças entre célula procariótica e célula eucariótica( e ). 1.2. Estrutura e classificação bacteriana 1.2.1. Forma e arranjo As bactérias podem apresentar-se de forma esférica, chamadas de cocos, cilíndrica, que são os bacilos, e de espiral, os espiralados 2. Os cocos são redondos e podem ser encontrados em diferentes arranjos dependendo do seu plano de divisão: diplococos, estreptococos, estafilococos, tétrade e sarcina 2 (fig. 2). Ao contrário dos cocos, o plano de divisão dos bacilos é limitado, dividindo-se somente em sentido vertical. Dessa forma, são poucos seus arranjos ou agrupamentos: diplobacilos, que aparecem aos pares e estreptobacilos, que ocorrem em cadeias. Alguns bacilos são alongados, porém um pouco esféricos, sendo denominados de cocobacilos 2 (fig. 3). Bactérias espiraladas podem ter um ou mais espirais. Os vibriões são como vírgulas (possuem uma curvatura) e seu corpo é rígido. Os espirilos possuem mais Célula procariótica curvatu curvatu (). m.svg>). (). tes em ecreção grão de de essa positivas do pelo onsiste, do pelo o lugol, cias no esentam ação do somente elha do corado xa e as que não todo de 1.2.3. Estruturas bacterianas e suas funções As bactérias apresentam várias estruturas essenciais para sua sobrevivência: Membrana citoplasmática Essa estrutura forma uma barreira responsável pela separação do meio interno (citoplasma) e externo, sendo vital para a célula. A membrana é composta de proteínas imersas em uma bicamada de lipídeos. Os ácidos graxos dos lipídeos são responsáveis pela condição hidrofóbica da porção interna da membrana, enquanto a parte hidrofílica deles fica exposta ao meio externo 2. A barreira é altamente seletiva, impedindo a passagem livre de moléculas e íons, possibilitando a concentração somente de metabólitos específicos dentro da célula. Além disso, a membrana citoplasmática também é responsável pela excreção de substâncias inúteis à célula 2. O transporte de substância através da membrana do meio externo para o interno e vice-versa ocorre com o auxílio de “proteínas de transporte de membrana”. O mecanismo de transporte passivo é o que envolve uma proteína transportadora e que ocorre sempre a favor de um gradiente, sendo denominado de “difusão facilitada”. Quando os solutos são transportados contra um gradiente de concentração e envolve gasto de energia, esse transporte é ativo. Há ainda o mecanismo de translocação de grupo, em que a substância é alterada quimicamente durante sua passagem pela membrana 2. A membrana citoplasmática é responsável também pela biossíntese de algumas macromoléculas e pela duplicação do DNA 2. Parede celular As bactérias possuem água em seu interior e, geralmente, a pressão osmótica é superior à do meio externo. Devido a isso, se não fosse à parede celular, as bactérias estourariam. Além disso, a manutenção da forma bacteriana deve-se a essa estrutura. A parede celular também desempenha um papel importante na divisão celular 2. As paredes de bactérias Gram-positivas e Gram-negativas apresentam diferenças marcantes. A parede das Gram-negativas é mais complexa que a parede das Gram-positivas que, apesar de mais espessa, apresenta predominantemente um único tipo de macromolécula, o peptideoglicano 2.complicações, quando diagnosticadas, apresentam-se como: meningite, colecistite aguda, Síndrome de Guillain–Barre (mais rara, com sintomas de fraqueza muscular, podendo se tornar paralisia) 30 e aborto séptico. As vias de transmissão são alimentos mal cozidos como carne de frango e leite, e contato com animais como: gado, moscas, entre outros que estejam contaminados, como filhotes de cachorros e gatos, além da água (fig. 31). A incubação é de 2 a 5 dias após a contaminação 2, 29. É necessário notificar à Vigilância Epidemiológica Municipal, em caso de surtos 29. Fig. 31. Transmissão de bactérias do gênero Campylobacter através de moscas (). 1.9. Patologias causadas por bacilos Gram-negativos 1.9.1. Familia Enterobacteriaceae Na maioria das bactérias desta família há presença de flagelos e diferentes tipos de fímbrias. São anaeróbios facultativos e estão entre os principais agentes patogênicos de infecção hospitalar e intestinal 2. 1.9.2. Escherichia coli Existe a E. coli que habita o intestino humano e de vários outros animais, e a patogênica, que provoca infecções. As patogênicas apresentam grupos como: E. coli enteropatogênica, E. coli enteroemorrágica, E. coli enteroinvasora, E. coli enteroagregativa, E. coli enteroxigênica e a E. coli que provoca infecções extraintestinais 2 (figs. 32 e 33). Em humanos provoca: • A E. coli patogênica tem origem intestinal, faz migração por vários órgãos até atingi-los produzindo toxinas, causando: pielonefrite, infecção urinária, gastroenterite, cistite (infecção da bexiga), meningite, bacteremia, septicemias, diarreia infantil com presença de muco, em que a criança pode sofrer desidratação e apresentar febre, deixando sequelas ou levando, em alguns casos, à morte. Isso acontece quando a doença torna-se mais severa 2,31. Fig. 32. E. coli patogênica (). Fig. 33. A seta indica as fímbrias (). • Essa bactéria não atinge apenas os humanos, provoca colibacilose em suínos, enterite do desmame, causando diarreia anorexia e febre, ambas levando leitões à morte; doença entérica em bovinos; ovinos apresentam colibacilose entérica e bacteriâmica e, quando menos severas, provocam menigite e artrite. Provoca abortos em equinos, bacteremia em filhotes caninos e felinos, a colibacilose atinge também as aves, com presença da chamada diarreia viária, devido à inalação de poeira e fezes contaminados 32. • Vias de transmissão: hospitais com uso de cateteres, mãos, objetos e alimentos contaminados fecal-oral. As mulheres são as mais suscetíveis, devido à proximidade da uretra com o ânus 2. • Reservatório: humanos e animais como ovinos e bovinos. • Diagnóstico: exame de urina e fezes. Em caso de surtos é necessário notificar a Vigilância Epidemiológica Municipal 31. 1.9.3. Salmonella Essa bactéria não fermenta lactose, algumas são imóveis, outras, porém, possuem flagelos. As espécies pertencentes a este grupo são: S. entérica e S. bongori, entres outras 2 (fig. 34). Fig. 34. Salmonella entérica (). As Salmonellas podem provocar: • Gastroenterites, a famosa intoxicação alimentar, que atinge a mucosa intestinal com infecção aguda, diarreia, náuseas, dor de cabeça, febre e vômitos, dores abdominais. Os sintomas podem apresentar de 12 a 72 horas após a contaminação 2, 33. • Febre tifoide: infecção sistêmica que tem início na mucosa intestinal. Causa febre prolongada, dores de cabeça e incômodo abdominal. Em alguns casos, há perfuração do intestino delgado, sendo uma das formas mais severas. As pessoas mais suscetíveis são as crianças 2. • A Salmonella faz parte do trato natural de aves e de vários outros animais, com isso a contaminação do ovo é facilitada, dentro do ovário da galinha ou quando se quebra a casca e contamina gema e clara. Devido a este risco, o ovo é considerado principal alimento responsável pela salmonelose 33. • Essa doença pode levar a óbito pessoas mais suscetíveis, como grávidas, crianças, idosos e imunocomprometidos, que adquirem essa doença e não passam por tratamento adequado, devido à severidade com que podem ser atingidos 33. • Vias de transmissão: alimentos crus, carnes, ovos, leite mal preparados. • Prevenção: hábitos higiênicos corretos no tratamento de aves, refrigeração correta de ovos e verduras que também podem estar contaminados. Lavar bem as mãos ao entrar em contato com ovos crus e realizar o cozimento correto dos alimentos 33. • Diagnóstico: exames laboratoriais para identificar a colônia isolada e o tratamento. Quando são casos mais graves como febre tifoide, são utilizados antibióticos 2. 1.9.4. Shigella A principa toxinas sonnei E aquosa aquosa serem sinais devido gênero A prepara básico através mentais também As Shigell almente e s neurotóxi 2 (fig. 35). Em casos a. Em cas a, febre, c mucopuru meningític a inflama os aproveita Fig. 35 . são podem uas. Porta o, a transm pessoas, exo oral-an ntaminaçã causam sh homem, écies: S. d higelose, o a doença as fezes festações a ou reat ndo há ru e também i m ser atrav anto, luga missão é fa transmiss nal. Alimen o mecânic higelose (d macacos dysenteriae o sintoma é toxêm ainda po são: anor tiva, mega uptura da nfectam 2, Fi . inada e ali uem sane mbém pod creches, h por mosca Ocorrem oduzem ydii e S. diarreia diarreia ngue e vulsões, plicação outros imentos eamento dem ser ospitais as, que Fig.37. Falta de saneamento básico, disseminação da doença Foto A – . Foto B – . Prevenção: higiene pessoal, tratamento da água, controle dos vetores e principalmente educação e conscientização da população 34. A incubação é de 12 a 48 horas e o tratamento em casos leves, é a reposição de líquido, e em casos mais severos, utilização de antibióticos 2. 1.10. Patologias causadas por bacilos Gram-positivos 1.10.1. Gênero Clostridium Bactérias desse gênero são esporuladas. Seu habitat natural é o solo e o intestino. Algumas são anaeróbias obrigatórias e outras aerotolerantes 2. 1.10.2. Clostridium perfringens Essas bactérias produzem toxinas letais para os animais e enterotoxinas, responsáveis por causar diarreia no homem. Formam esporos, habitam o trato intestinal de humanos e animais e também são encontradas no solo 2, 35 (fig. 38). A B Fig. 38. Clostridium perfringens (). Clostridium perfringens pode provocar: • Gangrena gasosa: devido à sua toxidade destroem músculos, considerada uma infecção rápida, está associada a traumas de cirurgias, corpos estranhos e infecções associadas com outros agentes patogênicos 2. • Toxinfecção alimentar: apresenta diarreias. Em casos graves pode causar enterite necrótica 2, 35. • Vias de transmissão: alimentação contaminada, com incubação de 6 a 24 horas após a ingestão desses alimentos2, 35. • Prevenção: é necessária a refrigeração adequada dos alimentos, principalmente se o consumo não for imediato 2. • Tratamento: hidratação e, em casos mais graves, utilizar antibióticos. Em caso de surtos é necessário notificar a Vigilância Epidemiológica Municipal 34. 1.10.3. Clostridium botulinum Essas bactérias apresentam esporos ovais subterminais, são anaeróbias. Seu habitat natural é o solo, poeira e sedimentos marinhos. Em produtos frescos e industrializados, produz toxina botulínica, uma das mais potentes que se conhece. Assim, causam o botulismo, sendo considerada uma doença de alta letalidade 2 (fig. 39). A toxina tem ação no sistema nervoso, sendo considerada um veneno biológico. Bloqueia as transmissões neuromusculares e paralisa a musculatura fazendo com que a haja dificuldade na respiração, levando então à morte por parada cardiorrespiratória 2. Quando há colonização no intestino ou se ingere alimentos com a toxina botulínica pré-formada, essa toxina chega à corrente sanguínea, causando paralisia aguda flácida, alterando a liberação de acetilcolina, que é um neurotransmissor 2. Outros sintomas que podem ser citados são: mudança na voz, alteração na visão, dificuldade de movimento, entre outros. No início da doença, pode apresentar diarreia e vômito 36. • V a q • T • s • 1.10.4. B em tod patolog Vias de t aerossóis raro). O p quantidade Tratament paciente 37 Diagnóstic suspeitos Notificar a neurológic Clostridiu Bactéria e o o mundo gia causad Fig. 40. Fig. 39. Clo transmissã (classifica período mé e de toxina to: com so 7. co: atravé e lesão 2. a Vigilânc cos súbitos um tetani m forma d o. É móvel a por esta Clostridium ostridium bo ão: alimen ado em bi édio de inc as ingerida oro botulín s da det cia Epidem s 36. e bacilo co l e seu per bactéria é m tetani () os, toxinas meio de e 36 hora cessidade no soro, l, em ca É anaerób é de 2 a 14 a/images/site . s em form ferimentos as, variand de interna fezes, ali sos de q bia e habita 4 dias. A p e/large>). mas de s (mais do pela ação do imentos quadros a o solo principal Pode provocar: • Hipertonias musculares como: masseteres que provocam o riso sardônico, pescoço, retos abdominais, paravertebrais ocasionando opistóteno e diafragma gerando insuficiência respiratória 2. • Os estímulos visuais, auditivos e táteis também são prejudicados, gerando espasmos que podem ser desencadeados pela luz, sons e movimentos. A evolução desses espasmos pode levar o paciente a uma parada respiratória ou fratura de vértebras 2. • Outras manifestações são as arritmias cardíacas, taquicardia, hipotensão ou hipertensão arterial 38, 39. • Vias de transmissão: os esporos entram no organismo por ferimentos (fig. 41). Eles germinam e produzem a exotoxina tetanospasmina, que atinge o sistema nervoso central 2. Fig. 41. Ferimento, porta de entrada para o tétano (). • Prevenção: a principal é a vacinação (tríplice) 2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CHEIDA, Luiz Eduardo. Biologia integrada. Volume único. São Paulo: FTD, 2003. 2. TRABULSI, Luiz & ALTERTHUM, Flávio. Microbiologia. 5. ed. São Paulo: Atheneu, 2008. 3. LEVINSON, Warren & JAWETZ, Ernest. Bacteriologia Básica. In: Microbiologia médica e imunologia. 7. ed. Artmed, 2005. 4. CÉLULAS procarióticas. Disponível em: . Acesso em 15 de maio, 2010. 5. BACTÉRIAS. Disponível em: . Acesso em: 30 abr. 2010. 6. MADIGAN. Michael et al. Microbiologia de Brock. 10. ed. 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A este último, encontram-se ligadas cadeias laterais de tetrapeptídeos (CLT). A todo esse conjunto chamamos de muropeptídeo. O conjunto de vários muropeptídeos forma uma estrutura como se fosse uma “rede”, que é o peptideoglicano, conferindo rigidez à parede celular 2. Protoplastos e esferoplastos O peptideoglicano pode ser hidrolisado pela ação de uma enzima chamada lisozima, também encontrada em secreções dos animais como lágrimas, saliva, muco nasal, entre outros, ou no citoplasma de células fagocitárias. Essa enzima rompe as ligações glicosídicas entre o NAG e o NAM, destruindo, consequentemente, a parede celular 2, 4. Desprovidas de parede, as bactérias Gram-positivas transformam-se em “protoplastos” (formas esféricas), ficando extremamente vulneráveis às variações da pressão osmótica. A mesma coisa ocorre com as bactérias Gram-negativas, transformando-se em “esferoplastos”, porém nestas é conservada a membrana externa 4. A ação do antibiótico penicilina conduz ao mesmo efeito, porém não por destruir o peptideoglicano, mas por inibir sua síntese durante o crescimento bacteriano 4. 1.2.3.1. Componentes da parede celular de bactérias Gram-positivas: Nas bactérias Gram-positivas, 70 a 75% da parede são compostos de peptideoglicano. Apresentam também ácidos teicoicos, ligados ao peptideogliano e os ácidos lipoteicoicos, ligados à membrana citoplasmática. Esses ácidos facilitam a ligação e a regulação da entrada e saída de cátions nas células, regulam a atividade das autolisinas, que são enzimas que atuam no peptideoglicano no sentido de romper seus componentes em pontos específicos, permitindo assim a inserção de novos muropeptídeos, permitindo o crescimento da bactéria. Os ácidos teicoicos também constituem sítios receptores de bacteriófagos, também conhecidos como fagos (vírus que infectam bactérias) e servem de sítio de ligação com o epitélio do hospedeiro em algumas bactérias patogênicas. Ainda constituem, graças a sua localização na célula, importantes antígenos celulares, tornando possível a identificação sorológica de muitas bactérias Gram-positivas 2 (fig. 5). 1.2.3.2. Componentes da parede celular de bactérias Gram-negativas: A parede celular destas bactérias apresenta uma camada menos espessa de peptideoglicano, mas é mais complexa 2. Possuem membrana externa, formada por dupla camada lipídica. Na parte interna possui uma camada composta basicamente de fosfolipídeos e uma externa contendo lipopolissacarídeos e proteínas 2. Os Lipopolissacarídeos (LPS) são constituídos de um lipídeo complexo (lipídeo A), ao qual está ligado um polissacarídeo chamado antígeno O, que é responsável pela característica antigênica em bactérias Gram-negativas. O LPS é tóxico, provocando muitas vezes respostas fisiológicas, como febre em animais, incluindo o homem 2. A membrana externa é um mosaico fluido, com um conjunto de proteínas imersas na matriz lipídica. As principais proteínas e suas funções são: a) Porinas: proteínas triméricas que permitem a entrada de solutos de forma passiva desde que sejam do mesmo tamanho de seus poros 2. b) Proteínas da membrana externa: também estão envolvidas no transporte de alguns solutos, além de funcionarem como receptores da fímbria sexual e de fagos 2. c) Lipoproteínas: proteínas com função estrutural, que ligam o peptideoglicano à membrana externa, fazendo uma ponte entre os dois componentes 2. A membrana externa confere algumas vantagens às bactérias Gram- negativas, como evasão destas bactérias à ação de células fagocitárias. Age também como uma barreira adicional à entrada de algumas substâncias como: antibióticos, detergentes, metais pesados, alguns corantes, entre outras. Mas não constitui barreira para todas as substâncias do meio, assim, ela age com uma permeabilidade parcialmente seletiva, que se deve, sobretudo, às porinas 2. Espaço periplasmático é o espaço compreendido entre as membranas externa e citoplasmática 2. Além do peptideoglicano, contém uma série de enzimas e proteínas, tais como: a) Enzimas hidrolíticas (proteases, nucleases, lipases) são responsáveis pela quebra de macromoléculas, às quais a membrana citoplasmática é impermeável, produzindo moléculas menores para que possam entrar para o interior da célula 2. b) Enzimas capazes de inativar drogas, tornando as células resistentes a elas. c) Proteínas transportadoras de solutos, que participam do transporte de substâncias para o interior das células 2 (fig. 6). Fig. 5. Parede celular de bactéria Gram-positiva (). Fig. 6. Parede celular de bactéria Gram-negativa (). Algumas bactérias não possuem parede celular, como os Micoplasmas, ou sua composição não é de peptideoglicano, como as Arqueobactérias 2. Cápsulas Vários procariotos sintetizam polímeros orgânicos que são depositados para fora da parede. A cápsula é restrita a uma camada que fica ligada à parede celular como um revestimento externo de extensão limitada e estrutura definida 2. Apesar de não essenciais à vida das células, as cápsulas desempenham papéis muito importantes para as bactérias: a) Reservatório de água e nutrientes: devido a serem formadas por macromoléculas muito hidratadas, servem como proteção contra dessecação do meio e podem ser fonte de nutrientes 2. b) Aumento da capacidade invasiva de bactérias patogênicas: devido a escaparem da ação de fagócitos 2. c) Aderência: as cápsulas possuem receptores específicos que servem como sítios de ligação com outras superfícies, facilitando a formação de biofilmes, que são aglomerados microbianos 2. d) Aumento da resistência microbiana a biocidas: pois os biofilmes tornam- se mais resistentes à ação destes 2. Flagelos A principal função dos flagelos é permitir a locomoção das bactérias. São formados por uma estrutura basal, um gancho e um longo filamento externo à membrana. O filamento é composto por uma única proteína: a flagelina 2. A localização (polares ou peritríquios) e o número de flagelos são utilizados na classificação das bactérias em certos grupos taxonômicos 2. O movimento que algumas bactérias realizam, estimuladas por fatores físicos ou químicos, é chamado de taxia 2. Há ainda o endoflagelo, que está localizado internamente na célula, conferindo a esta um movimento de contração, semelhante ao movimento dos espiroquetas 2. Fímbrias ou pili Estruturas filamentosas não relacionadas à mobilidade e sim à adesão da bactéria na célula do hospedeiro. Outra função do pili é a transferência de material genético de uma bactéria para outra através de um processo chamado “conjugação” 5. Plasmídeos Algumas bactérias podem ter situados no seu citoplasma os plasmídeos, moléculas de DNA circulares extracromossomais cujos genes não determinam características essenciais às bactérias, contudo, conferem vantagens seletivas às células que os possuem, como a resistência aos antibióticos. Os plasmídeos são capazes de autorreplicação, independentemente da replicação cromossômica da bactéria e podem existir em número variável 2. Esporos bacterianos Os esporos bacterianos, denominados endósporos, são estruturas formadas por algumas bactérias Gram-positivas, sobretudo quando o meio se torna carente de água ou de nutrientes essenciais. São altamente resistentes aos agentes físicos e/ ou químicos 2. O processo de formação do esporo dentro de uma célula vegetativa é chamado de esporogênese. Bactérias capazes de esporular são mais comumente encontradas no solo 2. Assim, a formação do esporo em bactérias é um tipo de diferenciação celular que ocorre como resposta a uma situaçãodesfavorável do meio ambiente. 1.2.4. Nutrição O objetivo de toda bactéria é crescer e multiplicar. A perpetuação das bactérias é garantida pela divisão, mas para se dividirem elas precisam primeiramente crescer. O crescimento de uma bactéria é garantido pelo aumento de suas estruturas, que crescem devido ao aumento de proteínas, provenientes dos nutrientes e de seu metabolismo. Os macronutrientes totalizam 90% dos constituintes das bactérias (dentre as massas secas). Dentre estes, a principal fonte é o carbono. Dependendo da capacidade de nutrir-se de fontes orgânicas ou inorgânicas, as bactérias podem ser heterotróficas ou autotróficas respectivamente 2. Para as autotróficas, a única fonte de carbono é o CO2 ou o íon bicarbonato, a partir dos quais conseguem sintetizar destes compostos inorgânicos todos os compostos orgânicos de que necessitam 2. As heterotróficas exigem fontes orgânicas de carbono, como os carboidratos, lipídeos, aminoácidos, álcoois, até mesmo amido e celulose podem ser utilizados. Os elementos químicos oxigênio e hidrogênio geralmente fazem parte dos compostos orgânicos 2. O nitrogênio é outro nutriente essencial às bactérias. Suas fontes podem ser divididas em três categorias. Algumas bactérias retiram o nitrogênio diretamente da atmosfera (N2) e o converte em nitrogênio orgânico. A maioria das bactérias utiliza compostos inorgânicos de nitrogênio, principalmente sais de amônio e ocasionalmente nitratos e raramente nitritos. Outras bactérias exigem fontes orgânicas de nitrogênio, representadas por um número variável de aminoácidos. De modo geral, a adição de aminoácidos favorece o crescimento de bactérias heterotróficas 2. O enxofre faz parte de alguns aminoácidos e vitaminas, também complexa-se com determinadas proteínas 2. O fosfato tem atuação estrutural, propiciando formação de ligações ricas em energia. Além desses macronutrientes, as bactérias utilizam como fonte de nutrientes os micronutrientes, como o cobre, cobalto, zinco, manganês, sódio, entre outros. O papel de cada micronutriente não é tão bem conhecido, dadas às dificuldades de seu estudo 2. Observações: Fatores de crescimento: são compostos orgânicos indispensáveis às bactérias, mas que elas não conseguem sintetizar, retirando estes fatores do meio para que possam crescer. Muitos desses fatores são vitaminas, principalmente do complexo B, aminoácidos, nucleotídeos e ácidos graxos. Quando um microrganismo exige um determinado fator, seu crescimento será limitado pela quantidade deste fator presente no meio. Assim, seu crescimento será proporcional ao teor do composto limitante 2, 6. Fermentação: processo metabólico para obtenção de energia que ocorre em meio anaeróbio, por não necessitar de oxigênio. Neste processo, as bactérias transformam alguns substratos, como glicose, em piruvato, que depois é transformado em algum outro produto, como álcool e lactato 7. Água: não constitui um nutriente, mas é absolutamente indispensável para o crescimento das bactérias. Estas nutrem-se pela passagem de substâncias em solução através da membrana citoplasmática, o que é mediado pela água,que ainda proporciona a regulação da pressão osmótica e a regulação térmica da bactéria 2. 1.2.4.1. Meios de culturas Nos laboratórios, o crescimento de bactérias é conseguido pela semeadura destas em “meios de cultura”. A composição destes meios deve atender aos princípios dos nutrientes citados no item anterior. Em meios de cultura é possível visualizar as bactérias a olho nu devido à formação de “colônias”, que se formam através de sua multiplicação (fig. 7). Há diversos tipos de meios de cultura que irão variar conforme a necessidade nutricional de cada tipo de bactéria. Por exemplo, um meio de cultura para bactérias heterotróficas não é ideal para o crescimento de bactérias autotróficas 2, 6. Basicamente, existem dois grandes grupos de meios de cultura: os sintéticos, cuja composição química é totalmente conhecida, e os complexos, cuja composição química não é inteiramente conhecida 6. Há também os meios seletivos e diferenciais. Os seletivos são aqueles cujas suas características impedem o crescimento de determinados microrganismos e favorecem o crescimento de outros. Essa seletividade depende, muitas vezes, da adição de algum composto inibidor dos microrganismos indesejáveis. Por exemplo: em um meio de cultura aonde deveram ser estudadas somente as bactérias Gram- positivas, deverão ser eliminadas as bactérias Gram-negativas. Isso é possível através da adição de azida sódica, que inibe o crescimento das Gram-negativas 2. Os meios diferenciais são aqueles que conferem características especiais às colônias, sendo possível diferenciá-las. Por exemplo: em uma mesma cultura é possível diferenciar bactérias fermentadoras de lactose das não-fermentadoras, através de um indicador que é adicionado ao meio de cultura 2. Fig. 7. Colônias de Salmonella sp em meio de cultura seletiva Oxoid Xylose Lactose Tergitol™ 4 (XLT-4) Agar (). 1.2.4.2. Crescimento bacteriano2 1)O crescimento individual de uma bactéria requer observações cuidadosas, pois o processo de crescimento é rápido se comparado aos organismos multicelulares. Apesar de o aumento em tamanho ser uma característica de crescimento, não é uma condição suficiente, pois uma bactéria acumulando substâncias, por exemplo, não está crescendo 2. O crescimento ocorre devido aos processos metabólicos progressivos, que depois conduzem à divisão (reprodução). A divisão bacteriana ocorre, na grande maioria, por divisão binária, quando uma célula mãe origina duas células filhas idênticas. Entretanto, algumas espécies formam brotos que crescem até atingir o tamanho da célula-mãe e, então, destacam-se 2. 2)O crescimento da populacional das bactérias pode ser observado em meios de cultura. Esse crescimento é dividido em fases e observado em uma curva de crescimento (fig. 8): a) Fase lag: nesta fase, bactérias estão se adaptando ao meio de cultura e , por isso, praticamente não ocorre divisão celular. b) Fase log ou exponencial: fase de aumento da população, em que a divisão ocorre a uma velocidade máxima e constante. c) Fase estacionária: velocidade da multiplicação diminui. A taxa de crescimento nesta fase é igual à taxa de morte. Essa diminuição no crescimento populacional pode ser, principalmente, por falta de nutrientes e mudanças no meio de cultura, devido aos produtos de excreção. d) Fase de declínio ou de morte: A taxa de morte nesta fase é maior que a de crescimento 5. Fig. 8. Curva de crescimento bacteriano (QUEIROZ, Alexandre). 1.2.5. Oxigênio atmosférico Lag Log Estacionária Morte Tempo O oxigênio atmosférico também não é um nutriente, mas funciona como receptor final de hidrogênio nos processos de respiração aeróbia. As bactérias têm comportamentos diferentes na presença de oxigênio livre, assim podemos classificá- las 2: a) Aeróbias: exigem a presença de oxigênio livre. b) Microaerófilas: exigem oxigênio em pequena quantidade, não tolerando pressões normais de O2 atmosférico. c) Anaeróbias estritas: morrem rapidamente na presença de oxigênio livre. d) Anaeróbias não estritas: não utilizam o oxigênio atmosférico, mas este não é tóxico a elas. e) Facultativas: podem crescer tanto na presença quanto na ausência de oxigênio livre 2. 1.2.6. Temperatura A absorção de nutrientes está intimamente ligada à temperatura ótima das bactérias, relacionando-se também ao crescimento e desenvolvimento das culturas 2. As bactérias podem ser: a) Psicrófilas: crescem melhor entre temperaturas de 0°C a 18°C. b) Mesófilas: crescem melhor entre temperaturas de 25°C a 40°C. c) Termófilas: crescem melhor entre temperaturas de 50°C a 80°C. 1.3. Métodos de controles microbiológicos O maior interesse para praticaro controle microbiano é inibir a propagação de agentes patogênicos entre os homens e os animais e evitar a contaminação de alimentos. Para isso, são empregados métodos de controle microbiológicos que podem ser por agentes químicos ou físicos. É importante citar alguns conceitos antes de falarmos dos agentes de controle microbiológico: Definição Esterilização Processo de destruição, inativação definitiva e/ou remoção de todas as formas de vida de um objeto ou material, incluindo os esporos. Desinfecção Eliminação de microrganismos na forma vegetativa, em um material inanimado (detergentes). Antissepsia Desinfecção química da pele, mucosa ou tecidos vivos (destruição de patógenos vegetativos em tecidos vivos). Assepsia Conjunto de técnicas utilizadas para impedir a penetração de um microrganismo em um determinado local. Degerminação Remoção mecânica de microrganismos de uma área limitada. Microbicida Agente físico ou químico capaz de matar bactérias, fungos, vírus e esporos. Microbiostático Agente físico ou químico capaz de inibir a multiplicação de fungos e bactérias. 1.3.1. Agentes físicos Os principais agentes físicos que promovem o controle microbiano são: temperatura, radiação, filtração, dessecação, entre outros. a) Temperatura: pode-se utilizar temperaturas altas ou baixas como método de esterilização e/ou desinfecção. Alta (calor): uso disseminado desde épocas remotas, correspondendo ainda a um dos agentes físicos mais práticos e eficientes para a esterilização e/ou desinfecção. Louis Pasteur empregou o uso do calor para fazer a primeira pasteurização, em 1864. O calor pode dividir-se em duas formas: calor úmido e calor seco. Dentre suas vantagens, podemos ressaltar o emprego de basicamente dois parâmetros a serem controlados: o tempo e a temperatura. A desvantagem deste método é que seu uso é limitado, ou seja, pode ser utilizado somente em objetos resistentes ao calor. O calor atua nos microrganismos oxidando ou desnaturando suas proteínas e compostos celulares, ou seja, essas moléculas perdem sua estrutura e capacidade funcional. • Calor úmido: age desnaturando proteínas e ácidos nucleicos, podendo também romper membranas. – Água fervente a 100° C (10 min.): mata microrganismos na forma vegetativa, mas requer em torno de 5 horas para eliminar esporos. – Água aquecida ou pasteurização ( 100°C): realiza a esterilização a 121°C (15 min.), sendo capaz de eliminar também esporos. • Calor seco: seu mecanismo principal é a oxidação de compostos celulares. – Fornos ou estufas: são bastante utilizados em vidrarias e demais materiais. São menos eficientes que as autoclaves e requerem mais tempo. – Flambagem: muito utilizado para esterilizar alças de platina em laboratórios diretamente na chama do fogo, queimando os microrganismos. – Incineração: queima dos microrganismos até se tornarem cinzas 2, 8. Baixa (frio): a baixa temperatura age como microbiostático, pois reduz o metabolismo das bactérias e pode ocasionar possíveis alterações nas proteínas. A refrigeração e o congelamento profundo são muito utilizados para conservação de alimentos e drogas 2, 8. b) Radiação: terá seu efeito dependente do comprimento de onda, da intensidade, da duração e da distância da fonte. Existem dois tipos: as ionizantes e as não-ionizantes 2, 8. • Ionizantes: raio-X e radiações gama, que possuem comprimento de onda mais curto e de altíssima energia e penetrabilidade. Agem promovendo a ionização de átomos, fazendo-os perderem elétrons, gerando radicais livres extremamente reativos, que podem destruir até mesmo o DNA 2, 8. • Não-ionizantes: possuem comprimento de onda mais longo e a mais empregada é a luz ultravioleta (UV). Agem formando dímeros de pirimidinas (timina), que alteram a replicação do DNA no momento da reprodução. A desvantagem do uso deste método é a baixa penetrabilidade, não atravessando vidros, filmes sujos e outros materiais, além de seu efeito poder ser revertido por eventos de fotorreativação, ou seja, enzimas de reparo das bactérias podem ser ativadas pela luz 2, 8. c) Filtração: atua impedindo a passagem de microrganismos através de filtros, que possuem poros suficientemente pequenos capaz de retê-los. É eficiente na remoção de bactérias e fungos, deixando passar, entretanto, a maioria dos vírus. Método muito empregado na esterilização de soluções termossensíveis (vacinas, antibióticos) e na entrada de salas ou ambientes hospitalares e laboratoriais, por exemplo 2, 8. d) Dessecação: o método mais empregado de dessecação é a liofilização, no qual a água é totalmente dessecada, impedindo o desenvolvimento dos microrganismos, sendo por isso, microbiostático. Entretanto, quando a água é novamente reposta, os microrganismos readquirem a capacidade de crescimento 2, 8. Além desses principais, há outros métodos físicos utilizados no controle microbiano, como: micro-ondas, osmoralidade (muito empregado para o controle microbiológico de doces e compotas), vácuo e pressão de oxigênio. 1.3.2. Agentes químicos Na metade do século XIX, o médico Ignatz Semmelweiss institui a lavagem das mãos na maternidade em que atuava com hipoclorito de cloro, pois percebera que as constantes mortes das gestantes poderiam estar relacionadas com algo que as mãos dos médicos traziam, uma vez que estes realizavam autópsias e partos sem lavar as mãos de um para outro. Entretanto, ainda não se sabia da existência dos microrganismos, o que levou aos médicos que trabalhavam com Semmelweiss a não acreditarem que as mortes das gestantes estariam relacionadas com as mãos deles. Em 1865, Joseph Lister iniciou uma nova era no campo da cirurgia, pois começou a utilizar ácido carbólico (fenol) como um agente antisséptico para a higienização das mãos, o que reduziu o número de mortes por infecções pós- operatórias. O processo de esterilização por agentes químicos vem sendo cada vez mais amplamente utilizado. Os agentes químicos agem em alvos letais da bactéria, como: altera a permeabilidade da membrana, inibe seu metabolismo, desnatura proteínas e pode inibir síntese de ácidos nucleicos. Abaixo serão citados os principais agentes químicos 2, 8: a) Álcoois – seus principais grupos são: etanol e isopropanol. Seu mecanismo de ação é desnaturar proteínas e causar lesão na membrana citoplasmática, devido a serem solventes lipídicos. São usados como desinfetantes e antissépticos e agem sobre células vegetativas de fungos, bactérias e vírus com envelope lipídico 2, 8. b) Fenóis e derivados – seus principais grupos são: fenol, cresol (criolina), timol e derivados halogenados. Seu mecanismo de ação é causar lesão na membrana citoplasmática e desnaturar proteínas. São usados como desinfetantes e antissépticos, agindo como bactericidas ou bacteriostáticos (incluindo Micobactérias – responsáveis pela tuberculose), fungicidas ou fungistáticos e viricidas 2, 8. c) Aldeídos e derivados – seus principais grupos são: formaldeído e glutaraldeído. Seu mecanismo de ação é a destruição de proteínas (incluindo enzimas) e ácidos nucleicos. São usados como desinfetantes e esterilizantes, capazes de aniquilar até mesmo esporos. Estes agentes são altamente perigosos à saúde humana dependendo das concentrações e tempo de exposição 2, 8. d) Halogênios e derivados – seus principais grupos são: iodo e cloro. Seu mecanismo de ação é a oxidação de componentes celulares e inibição da função de proteínas. São usados como antissépticos e desinfetantes. Agem como bactericidas, fungicidas e viricidas e também sobre algumas micobactérias 2, 8. e) Biguanidas – seu principal grupo é a clorexidina, que é antisséptico e atua na alteração da permeabilidade citoplasmática, desnaturaproteínas e inibe o metabolismo (glicólise). Dependendo de sua concentração pode ser microbicida ou microbiostático 2, 8, sendo um dos agentes químicos que mais se aproximam das características de um agente químico ideal. f) Agentes de superfície – os principais são os sabões e os detergentes. Estes agentes realizam uma interação química com as estruturas celulares, lisando a membrana citoplasmática e desnaturando proteínas, além remover mecanicamente os microrganismos. Agem como descontaminantes, desinfetantes e antissépticos 2, 8. g) Conservantes químicos dos alimentos – seus principais grupos são o ácido sórbico e o propionato de cálcio. Agem na interferência do metabolismo e na membrana citoplasmática como microbiocidas e microbiostáticos. São utilizados principalmente em pães, queijos e refrigerantes 2, 8. h) Quimioesterilizantes gasosos – óxido de etileno, que inativa as proteínas, enzimas e ácidos nucleicos promovendo esterilização. Muito utilizado para esterilizar ambientes como hospitais e espaçonaves 2, 8. i) Peroxigênios – principais grupos são ozônio e peróxido de hidrogênio. Realizam oxidação de compostos orgânicos, através de desinfecção ou antissepsia. São muito utilizados em água de piscinas e limpeza de ferimentos 2, 8. j) Metais pesados – prata, mercúrio e cobre. Desnaturam enzimas e possuem efeitos microbicidas. Utilizados para infecções oculares gonocócicas (nitrato de prata) e desinfecção de pele 2, 8. 1.4. Mecanismo de variação genética bacteriana É graças à variação genética que existem indivíduos com características tão distintas e é devido a ela que podemos estudar e observar o processo de evolução biológica de todo organismo vivo, dada pelas alterações sofridas no seu material genético. Além disso, a variabilidade genética permite a seleção natural daqueles indivíduos mais adaptados, uma vez que fatores de adaptação, como resistência a antibióticos, são passados através de mecanismos que serão citados mais abaixo 2. A informação contida no material genético está codificada na grande maioria dos organismos, pelo ácido desoxirribonucleico (DNA), e em alguns vírus pelo ácido ribonucleico (RNA) 2. O DNA das bactérias é uma macromolécula em forma de fita dupla circular, medindo em torno de 1,1 mm, altamente empacotado e dobrado para se manter dentro da célula, que mede em torno de 1 a 2 µm de comprimento 2. A variabilidade genética pode ser proporcionada por mecanismos que alteram o DNA: mutações e transferência genética horizontal. 1.4.1. Mutações São alterações químicas ou físicas que ocorrem na molécula de DNA deixando-a diferente da original. Podem ser ocasionadas por agentes físicos ou químicos chamados mutagênicos ou agentes genotóxicos. As mutações podem ser ainda espontâneas, causadas por erro durante a replicação do DNA, ou induzidas, causadas quando o organismo é exposto à ação de um agente genotóxico 2. Tipos de mutações que podem ocorrer nos genes: a) Mutação pontual: quando ocorre a substituição dos pares de base no DNA. Existem dois tipos de substituição: a transição, quando ocorre a substituição de uma pirimidina por outra pirimidina (C por T ou T por C) ou de uma purina para outra purina (A por G ou G por A), e a transversão, quando ocorre a substituição de uma purina para uma pirimidina ou vice e versa (A por C, por exemplo). O esquema abaixo resume os tipos de substituição: Transição T C Transversão Transversão A G Transição b) Inserção: ocorre pela adição de um ou mais nucleotídeos na sequência de DNA 2. c) Deleção: ocorre pela remoção de um ou mais nucleotídeos da sequência de DNA 2. Tipos de mutações que ocorrem nas proteínas: a) Mutação sem sentido: quando o produto do códon não especifica para nenhum aminoácido, sendo reconhecido pelos ribossomos como sinal de terminação da tradução 2. b) Mutação de fase de leitura: afeta a sequência da leitura de códons como um todo, pois é produto de deleções ou inserções numa sequência 2. c) Mutações supressoras: são mutações que ocorrem para suprimir outras mutações, a fim de não ocasionar danos à bactéria 2. 1.4.2. Transferência genética horizontal Os mecanismos envolvidos na transferência horizontal são: transformação, conjugação e transdução. Esses mecanismos permitem a recombinação genética, garantindo que diferentes combinações de genes sejam possíveis. a) Transformação: quando uma bactéria morre, algumas enzimas se tornam ativas para fragmentar o seu DNA, ocorrendo a lise da célula. Esses fragmentos de DNA exógenos ficam livres no meio, o que chamamos de “DNA nu”. Algumas bactérias, chamadas competentes, conseguem capturar este DNA e integrá-lo, caso seja homólogo, ao seu DNA cromossômico. Nem todas as bactérias são competentes e, devido a isso, em laboratório, induzimos a entrada do DNA, tratando-as com cálcio para desestabilizar a parede da bactéria. Após, utilizamos a técnica de eletroporação, em que se aplicam choques na bactéria, formando poros em sua parede, permitindo a entrada do DNA exógeno (fig. 9). Fig. 9. Mecanismo de Transformação. b) Conjugação: mecanismo pelo o qual ocorre a transferência de material genético de uma bactéria doadora para uma bactéria receptora. As bactérias doadoras serão aquelas que possuírem o plasmídeo F. Essas bactérias d s s ( éria que bo” que smídeo) mples de as duas ar e se então, a ency of bém irá ). >). c) Transdução: processo no qual o DNA bacteriano é transferido entre células, mediado por um bacteriófago. A transdução pode ser generalizada ou especializada. Generalizada: quando os fagos infectam as bactérias ocorre um ciclo chamado ciclo lítico. Neste ciclo, os fagos introduzem seu material genético nas bactérias e interrompem as funções normais das células hospedeiras, pois utilizam do seu DNA. Ocorre a síntese de DNA viral e proteínas e a destruição do cromossomo bacteriano neste momento. Eventualmente, durante o empacotamento do DNA viral em capsídeos, pode ocorrer o empacotamento de DNA bacteriano. Neste momento ocorre a lise da célula e a liberação dos fagos, inclusive daquele contendo DNA bacteriano. Este fago, agora com DNA bacteriano, pode infectar outra bactéria ocasionando o ciclo lisogênico. Neste ciclo, o fragmento de DNA bacteriano depositado na célula por um fago, irá se integrar ao DNA desta célula. Assim, uma célula doou, através de um fago, um fragmento de seu DNA para uma célula receptora 2 (fig. 12). Especializada: quando no ciclo lítico ocorre o empacotamento de DNA viral e este é liberado depois da lise da célula, ele pode entrar no ciclo lisogênico, ou seja, infectar uma bactéria, e agora incorporar o seu DNA no DNA da bactéria hospedeira. Temos, agora, um DNA viral integrado ao DNA bacteriano, ao qual chamamosde profago. Devido a certos estímulos, este profago pode se desintegrar do DNA bacteriano e entrar novamente no ciclo lítico. Ocorre por vezes que, ao se desintegrar, leva consigo fragmento de DNA bacteriano. Agora este vírus poderá transferir este DNA bacteriano para outras células 2 (fig. 13). Fig. 12. Transdução Generalizada. Linhagem doadora infectada Linhagem recombinante Linhagem receptora infectada Fago contendo DNA bacteriano Fig. 13. Transdução Especializada . A incorporação de nova informação genética em um DNA, como observado na transformação e transdução, só ocorre devido ao processo chamado de Recombinação Gênica. Neste processo, regiões homólogas dos DNAs cromossomais e exógenos se pareiam, possibilitando a incorporação de informações genéticas, o que proporciona a variabilidade genética. 1.4.3. Transposons São segmentos móveis de DNA e reguladores que se deslocam de um sítio a outro no genoma, afetando a expressão gênica 2. A transposição dos elementos móveis é um processo de intercâmbio do DNA, como se fosse uma recombinação, mas se difere da recombinação descrita anteriormente, que é realizada entre regiões homólogas, uma vez que não é necessária a ocorrência de homologia 2. Esses elementos de transposição possuem sequências repetidas de nucleotídeos e, entre elas, algum ou alguns genes que são codificados em algo a ser utilizado pelas bactérias, no seu metabolismo, por exemplo (fig. 14). A enzima transposase é responsável pela movimentação do transposon no genoma. Essa enzima cliva o transposon nas sequências repetidas e o insere em outra região ativa do DNA (fig. 15). Existem os transposons tipo Sequências de Inserção (do inglês, Insertion Sequences –IS), e os do tipo Tn, que são os transposons complexos e compostos. Estes tranposons são distintos quanto ao tamanho e a quantidade de informação que contêm 2. As Sequências de Inserção são menores e contêm apenas a informação necessária para promover sua transposição. Em geral não contêm marcadores genéticos (genes adicionais), como de resistência a antibióticos. profago DNA bacteriano DNA fago DNA bacteriano DNA do fago Linhagem doadora DNA do fago + DNA da bactéria doadora Os Transposons Tn são mais complexos e maiores. Além da informação genética necessária para sua transposição, trazem genes adicionais relacionados com resistência a antibióticos, toxinas e metabolismo. O transposon pode também estar no plasmídeo e ser incorporado no DNA cromossomial da bactéria. Ou ainda, existem transposons capazes de se transferir de uma célula a outra sem o auxílio de um plasmídeo, através do contato direto entre as células doadoras e receptoras, chamados de transposons conjugativos. Esse tipo de transposon é amplamente difundido entre Streptococcus 2. Tais elementos de transposição são responsáveis por 80% das mutações espontâneas em alguns organismos. Os tranposons têm papel fundamental na variabilidade genética, uma vez que podem ter sido importantes na organização genômica e na evolução molecular dos organismos hoje existentes. Além de terem um significado médico importante também, uma vez que estão entre os responsáveis pela resistência bacteriana aos antibióticos 2. Fig. 14. Imagem didática de um transposon. Fig. 15. Transposon sendo inserido na região ativa do DNA. Genes para Transposição Sequências repetidas DNA genômico da bactéria Transposon TGACTAA ACTGATT TGACTAA ACTGATT ATTCG ATTCG TAAGC TAAGCTGACTAA ACTGATT TGACTAA ACTGATT Sítio alvo da inserção Tranposon inserido no sítio alvo ATTCG TAAGC 1.5. Antimicrobianos O primeiro antibiótico foi descoberto, ao acaso, pelo bacteriologista Alexander Fleming (1881-1955). Fleming já pesquisava, há algum tempo, substâncias capazes de matar ou impedir o crescimento de bactérias. Essa preocupação se justificava, principalmente, pela sua experiência durante a Primeira Grande Guerra (1914-1918), quando muitos combatentes morreram devido à infecção em ferimentos profundos 9. Em 1922, Fleming descobriu que a lisozima agia como uma substância antimicrobiana. Todavia, o primeiro antibiótico foi descoberto em 1928, quando Fleming desenvolvia pesquisas sobre estafilococos. No mês de agosto daquele ano, Fleming tirou férias e, por esquecimento, deixou algumas placas com culturas de estafilococos sobre a mesa. Quando retornou no mês seguinte, observou que as placas estavam contaminadas com mofo e que havia um halo transparente em torno do mofo, o que parecia indicar que aquele fungo produzia uma substância bactericida 9. O fungo foi identificado como pertencente ao gênero Penicilium, donde deriva o nome penicilina, substância por ele produzida 9. Desde então, os antimicrobianos são usados a fim de matar (bacteriocidas) ou inibir o crescimento (bacteriostáticos) de microrganismos patógenos. Os antimicrobianos são substâncias que, quando naturais, chamamos de antibióticos ou, quando sintéticos, de quimioterápicos, sendo utilizados com fins terapêuticos ou profiláticos 10. 1.5.1. Mecanismos de ação dos antimicrobianos Os antimicrobianos precisam atingir alvos específicos das bactérias para se obter a ação desejada. Esses alvos são descritos abaixo: • Antimicrobianos que atuam na parede celular: dos antimicrobianos que atuam neste nível, os mais empregados são os β-lactâmicos (penicilinas, amoxicilina, cefalosporinas, entre outros). Os β-lactâmicos ligam-se às proteínas chamadas PBPs (Proteínas Ligadoras de Penicilina). Essas proteínas são as responsáveis pela reação de ligação entre o NAG e o NAM para que seja sintetizada a parede celular. Quando os β-lactâmicos ligam-se a essas proteínas, essa reação é inibida, impedindo a síntese da parede celular 2. • Antimicrobianos que atuam na Membrana Citoplasmática: o antimicrobiano principal responsável por essa ação é a polimixina B. Esse antimicrobiano assemelha-se aos detergentes catiônicos. Eles desestabilizam a parede celular, entram na célula e interagem com os componentes da membrana citoplasmática, provocando sua desorganização e extravazamento dos componentes celulares e consequente morte da bactéria 2. • Antimicrobianos que interferem na síntese de proteínas: os aminoglicosídeos e a tetraciclina agem na subunidade 30S do ribossomo, bloqueando a etapa de iniciação da síntese proteica. Já o cloranfenicol e os macrolídeos agem na subunidade 50S do ribossomo. O cloranfenicol impede a união dos aminoácidos e os macrolídeos impedem o movimento de translocação para que ocorra a síntese proteica 2. • Antimicrobianos que inibem a síntese de ácidos nucleicos: os antimicrobianos quinolonas (ciprofloxacina, por exemplo), inibe a ação de uma enzima que participa da replicação dos ácidos nucleicos, a DNA girase. A rifampicina bloqueia a transcrição do RNA e as sulfonamidas associadas ao trimetoprim, inibem a síntese do ácido fólico, que é necessário para a formação das bases nitrogenadas do DNA 2. 1.5.2. Mecanismo de resistência aos antibióticos As bactérias possuem mecanismos de resistência contra os antimicrobianos, podendo ser classificadas como sensíveis ou resistentes a eles. A resistência pode ser natural ou adquirida. A natural corresponde a uma característica de uma espécie, em que todas as bactérias dessa espécie possuem essa mesma característica. Na adquirida, somente algumas possuem a resistência, que pode advir de mecanismos descritos anteriormente, como mutações e transferências horizontais 2. Os mecanismos de resistência são descritos abaixo: • Alteração dos alvos: algumas bactérias são capazes de alterar os alvos de ligação dos antibióticos de tal forma que estes não conseguem se ligar 2. • Enzimas inativadoras: bactérias podem produzir enzimas que inativam a ação de um antibiótico. A produção de β-lactamase éuma delas. Na produção dessas enzimas, os β-lactâmicos ligam-se a elas ao invés de se ligarem às PBPs, e elas hidrolisam o anel β-lactâmico, tornando estes antibióticos inativos 2. • Alteração na permeabilidade de membrana: essa resistência é adquirida através de alteração estrutural, por exemplo, quando as bactérias deixam de produzir porinas, que são as proteínas pelas quais os β-lactâmicos penetram na membrana 11. • Produção de efluxo: essa resistência dá-se devido a proteínas denominadas Tet (Tet A, B, C e D) que, quando formadas, localizam-se na membrana citoplasmática provocando a saída quase que imediata do antibiótico da célula. Ocorre contra o antibiótico tetraciclina 2. 1.5.3. Uso indevido dos antimicrobianos O uso abusivo dos antibióticos é uma das principais causas do aumento da resistência bacteriana, sendo um dos maiores problemas de saúde pública em muitos países pelo mundo. O uso indevido de antibióticos resulta no desenvolvimento de bactérias resistentes à infecção por elas ocasionada 12. Já é possível prevermos que, no futuro, muitos dos antibióticos usados hoje não terão eficácia no tratamento das infecções 12. Segundo dados da Organização Mundial de Saúde (OMS), 75% dos antibióticos são prescritos inapropriadamente, acarretando o crescimento da resistência dos microrganismos devido ao seu uso excessivo 12, 13. A escolha correta do antibiótico pelos médicos para tratar a infecção e a sua prescrição somente em real necessidade são medidas que devem ser tomadas para diminuir o uso indevido dos antibióticos e aumentar sua eficácia. Além disso, a população deve ter a conscientização e a responsabilidade de não se automedicar, ou seja, antibióticos só devem ser ministrados com a orientação de um médico e o tratamento deve ser seguido até o final. Os hospitais também devem adotar medidas para restringir o uso dos antibióticos considerados mais fortes e monitorar a resistência bacteriana. 1.6. Microbiota endógena As bactérias que beneficiam o ser humano formam a maior parte da microbiota normal. A formação dessa microbiota normal, com a qual o homem conviverá por toda a sua vida, tem início no seu nascimento, pois, ao passar pelo canal do parto, ele recebe os primeiros componentes de sua microbiota 2. A microbiota normal do corpo humano inclui cerca de 100 trilhões de bactérias e distribui-se pelas partes do corpo que estão em contato com o meio externo, como pele e mucosas, além da microbiota intestinal, que é a maior e a mais importante. A relação das bactérias com o ser humano e os animais é de extrema importância, uma vez que estes necessitam dos micróbios em seus intestinos para a digestão e síntese de vitaminas 14. Vejamos abaixo as regiões do corpo humano em que as bactérias habitam e quais benefícios estas trazem: a) Pele: há microrganismos distribuídos por toda a extensão da pele e, nas regiões mais úmidas e quentes como axilas e períneo, há uma concentração maior. Predominam as bactérias dos gêneros Staphylococcus, Corynebacterium e Propionibacterium. O Staphylococcus epidermis é encontrado em 90% das pessoas e o S. aureus é encontrado com frequência na vulva (60% das mulheres), nas fossas nasais de indivíduos que trabalham em hospitais (50% a 70%) e em pacientes portadores de dermatoses (80%). A Propionibacterium acnes é encontrada em associação com a atividade secretora das glândulas sebáceas e, por esta razão, não é encontrada na pele de crianças com menos de dez anos de idade 2. Algumas bactérias estão mais superficiais na pele, outras residem mais profundamente. Estas últimas são responsáveis por recolonizar a pele quando as bactérias mais superficiais são removidas, por exemplo, após uma lavagem cuidadosa 2. b) Cavidade oral e vias aéreas superiores: a microbiota da cavidade oral é bastante grande e bem diversificada. Os principais agentes que fazem parte dessa microbiota são: Staphylococcus, Streptococcus, Neisseria, Bacteroides, Actinomyces, Treponema, Mycoplasma, entre outros. A composição da microbiota encontrada na faringe é semelhante a da encontrada na cavidade oral. Nas fossas nasais, predominam Staphylococcus e Corynebacterium. A microbiota da cavidade oral tem grande importância na odontologia e na medicina. A cárie dentária, as doenças periodontais e as endocardites subagudas são doenças causadas pela microbiota da cavidade oral 2. c) Vagina: a microbiota vaginal varia com a idade, pH e secreção hormonal. No primeiro mês de vida e no período da puberdade até a menopausa, há predomínio de Lactobacillus sp. Entre o primeiro mês de vida até a puberdade e também no período da menopausa, há predomínio das bactérias Staphylococcus, Corynebacterium e Escherichia coli. Essa microbiota da vagina inibe o crescimento do fungo Candida albicans, pois mantém o pH entre 3,5 e 4,5, e este fungo não pode crescer nesse tipo de ambiente. Se a microbiota bacteriana da vagina for eliminada por antibióticos ou duchas excessivas, por exemplo, o pH da vagina torna-se neutro, favorecendo o crescimento da Candida albicans, causando infecção vaginal 14. d) Conjuntiva: pode ser estéril ou estar colonizada por Corynebacterium xerosis, S. epidermidis e por outras bactérias 2. e) Ouvidos: a microbiota do ouvido externo é semelhante à da pele 2. f) Intestinos: o número de bactérias no intestino é dez vezes maior que o número de células que formam os nossos órgãos e tecidos. A microbiota intestinal desempenha inúmeras funções e podemos encontrar bactérias nos intestinos delgado e grosso, e este último é o mais densamente colonizado 2. As espécies mais representadas colonizando o intestino delgado são: estafilococos, estreptococos e lactobacilos e raramente são encontradas bactérias anaeróbias 2. No íleo distal, o número de bactérias é ainda maior e são mais diversificadas, uma vez que passam a abranger coliformes e várias espécies de bactérias anaeróbias. Depois da válvula íleo-cecal, a concentração bacteriana aumenta bruscamente 2. No intestino grosso, as bactérias anaeróbias superam as demais (facultativas e aeróbias). Os lactobacilos, estreptococos, clostrídeos e enterobactérias são também bastante frequentes 2. A microbiota intestinal compreende em torno de 500 espécies pertencentes a 200 gêneros, mas desses somente em torno de 20 possuem representação significativa 2. Além desta distribuição descrita, a microbiota intestinal também se distribui pela luz intestinal, camada de muco e superfície epitelial. Esta distribuição chamamos de horizontal e a descrita anteriormente de vertical 2. Várias espécies de bactérias são encontradas também no estômago. Apesar de estas não fazerem parte da microbiota intestinal, são de grande importância médica. A maioria são Gram-positivas e tolerantes à acidez gástrica. Entretanto, a Helicobacter pylori, que é Gram-negativa, habita o estômago de muitas pessoas e, em algumas, causa gastrite, úlceras e até carcinoma neste órgão. Contudo, também é encontrada em 30% a 50% das pessoas sem apresentar qualquer sinal de doença 2. Alguns fatores controlam a microbiota intestinal para que esta confira vantagens e não desvantagens aos hospedeiros, como a acidez gástrica, por exemplo 2. A microbiota intestinal exerce função metabólica, realizando fermentação de substâncias da dieta não digeridas, produzindo ácidos graxos de cadeia curta, principal fonte de energia para o cólon. Também atua na produção de algumas vitaminas (K e B12, por exemplo) e síntese de aminoácidos, amônia e ureia. Realiza função protetora, formando uma barreira contra bactérias patogênicas e outros microrganismos exógenos. Além disso, controla a proliferação e diferenciação das células epiteliais, na manutenção da estrutura dos linfócitos, das estruturas foliculares especializadas e na regulação da produção das imunoglobulinas 15. Há estudos que relacionam um dos fatores da obesidade com o desequilíbrio da microbiotaintestinal, devido a exercer também a absorção de gorduras. As fibras são ótimas reguladoras da microbiota intestinal 16. CUIDADO: o uso prolongado e indiscriminado de antibióticos pode eliminar muitos microrganismos da microbiota normal, podendo provocar distúrbios gastrointestinais, como diarreia e constipação 17. 1.7. Patologias causadas por cocos Gram-positivos 1.7.1. Staphylococcus aureus A Staphylococcus aureus pode ser encontrada na microbiota normal do ser humano, mas muitas vezes apresenta-se como uma das bactérias patogênicas mais importantes, agindo em uma ampla gama de infecções, variando desde aquelas localizadas, geralmente superficiais, até algumas disseminadas 2 (fig. 16). Fig. 16. Staphylococcus aureus (). O superfí imune e A respira principa • • f • d • • c • e • • t A cirúrgic descrita animais na qua Os princip ície celular e formação A S. aureu tório, bact ais doença Impetigo: membros, Foliculite: formação pálpebras Furúnculo de nódulos Osteomiel Pneumoni comum em Bacteremi e pode da hospitaliza bactérias p Endocardit Infecção a bactéria, g Pode cau temperatu infecção a Epidemioló A S. aure cas, que se a também s, em part lidade do l pais fatores r, como a o de biofilm us pode ca teremias, e as abaixo: infecção d muito com infecção d de pus é chamad ou absce s doloroso ites: proce a: inflamaç m crianças as: proces r origem a ados, pode pelo sangu tes: inflam alimentar: geralmente usar náus ra subnorm alimentar ógica em c eus é a e caracter m como ca ticular de b leite 2, 22. s de virulê cápsula q me, toxinas ausar infec endocardit da epiderm mum em cr do folículo abaixo da o de terço sso: exten s, com pus esso inflam ção e form e idosos 2 sso secund a diferentes endo evol ue causand ação das e causada p e estando seas, vôm mal. 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Streptococcus pyogenes A espécie S. pyogenes tem alto poder de adaptação ao hospedeiro, atuando como importante agente etiológico de uma série de doenças, como a orofaringe. A partir da década de 1980, observou-se um aumento de casos e gravidades de infecções com destruição de tecidos tendo esta bactéria como responsável (fig. 19). Em virtude disso, a S. pyogenes chegou a ser referida pela imprensa como flesh eating bacteria (bactéria que come carne) 2. A S. pyogenes possui constituintes celulares, como cápsulas, proteínas e enzimas, que junto com as diversas substâncias que produzem, contribuem para maior ou menor grau de sua virulência 2. Fig. 19. Streptococcus pyogenes (). A maioria das infecções causadas por esta bactéria tem início nas vias aéreas superiores ou na pele 2. Abaixo falaremos sobre as principais doenças: • Faringite: causada geralmente por vírus, mas pode ser causada por bactérias, sendo 90% pela S. pyogenes. A infecção é transmitida por gotículas infectadas provenientes de pacientes já infectados e o período de incubação é de 2 a 3 dias 2,23. • Piodermites: infecção purulenta da derme, que acomete principalmente crianças com hábitos de higienização precários. A bactéria penetra na derme através de lesões, até mesmo as de picadas de insetos. A transmissão ocorre através de pessoas infectadas. Muito comum também em cães 2,24 (fig. 20). • Erisipela: infecção aguda da pele, caracterizada por vermelhidão na área afetada, dor local, febre e calafrios 2 (fig. 21). • Fascite necrosante: infecção profunda do tecido conjuntivo subcutâneo, caracterizada pela destruição do tecido muscular e gorduroso. A fascite é uma doença grave, que evolui com elevados índices de mortalidade 2. • Síndromes tóxicas: as mais comuns são a escalartina e o choque tóxico estreptocócico. A escalartina é uma complicação da faringite e o choque estreptocócico caracteriza-se por febre, calafrios, mal-estar geral, náuseas, hipotensão e choque, ocasionando a falência múltipla de órgãos 2. O paciente que contrai uma infecção por S. pyogenes, especialmente das vias aéreas superiores, pode ter algumas sequelas pós-estreptocócicas, ou seja, após a infecção. Essas sequelas são causadas por natureza imunológica, mas pouco se sabe sobre isso ainda. Podem ser febre reumática ou glomerulonefrite 2. Fig. 20. Cachorro com piodermite Fig. 21. Erisipela . 1.7.3. Streptococcus pneumoniae A S. pneumoniae é uma espécie constituída por cocos que se dispõem aos pares ou em cadeias curtas. É comumente encontrada no trato respiratório dos humanos, mas pode apresentar patologias, sendo responsável, em particular, por infecções graves em crianças e idosos 2 (fig. 22). Os principais fatores de virulência da S. pneumoniae incluem a cápsula, a parede celular e várias proteínas da superfície da célula ou do citoplasma. A infecção pneumocócica tem início com a colonização do patógeno na nasofaringe. Através dessa região os microrganismos podem alcançar o ouvido médio e os pulmões, podem ainda entrar na corrente sanguínea por mecanismos ainda não totalmente definidos 2. Fig. P as defe presen comple são: • a • O S principa 1.7.4. S E 1930, f assinto . 22. Strepto Para que e esas do o ça da cá emento e d Meningite: a medula e Otite e s provocam S. penumo almente em (trato pneumocó mente endo ninges ninges3.jpg> e causada eções vagi onia puerp une0202_2.jp ecessário t ncipalmen as atividad por esse pa olvem o cé 2 a 10 dia respiratór ócica, que ocardite e a >). em bovin nais de pa eral, tamb pg>). ranspor nte pela des do atógeno érebro e as 2,25. rio, que e ocorre artrite 2. nos. Em acientes bém em neonatos 2 (fig. 24). Seus fatores de virulência estão relacionados principalmente à parede celular, cápsula e enzimas 2. O S. agalactiae pode colonizar a vagina de mulheres sem apresentar quaisquer sintomas, mas pode causar infecções graves em recém nascidos, contribuindo para que estes tenham uma imaturidade do seu sistema imunológico. Essas infecções podem ser causadas pela aspiração do líquido amniótico ou durante a passagem pelo canal do parto 2. Fig.24. Streptococcus agalactiae (). Estudos in vitro feitos com esta bactéria demonstraram que elas são capazes de penetrar e sobreviver no interior de células humanas, o que ajuda a bactéria vencer as barreiras imunológicas do organismo 2. Dentre as manifestações clínicas que podem causar em recém-nascidos, citamos: • Síndromes precoces: ocorrem na primeira semana de vida. Essas infecções são adquiridas ainda no útero. As manifestações clínicas mais comuns nesse estágio são: pneumonia, artrite séptica, sepse e meningite 2. • Síndromes tardias: ocorrem a partir do sétimo dia de vida até 90 dias. A manifestação clínica mais comum é a bacteremia associada à meningite 2. Em parturientes, a S. agalactiae pode causar infecções urinárias, sepse grave, trombofeblite séptica, meningite, osteomielite e endocardite. Pode ocasionar ainda síndromes não invasivas durante a gravidez e após o período do parto, como: infecções intra-amniótica (corioamnionite), endometrite, infecções de ferida cirúrgica (pós cesariana e outros), celulite e fascite 2. Em homens, pode ocasionar pielonefrite (infecção dos rins) e prostatite. Além dessas patologias, em adultos pode ocasionar ainda: meningite, pneumonia, artrite séptica e endocardite 2. Observação: os gêneros Streptococcus e Staphylococcus são imóveis, com raras exceções. 1.8. Patologias causadas por bactérias do gênero Listeria, gênero Brucella e gênero Campylobacter 1.8.1. Patologias causadas por bactérias do gênero Listeria As bactérias desse gênero são cosmopolitas (presentes em diversos ambientes), Gram-positivas, não esporuladas, não capsuladas, em forma de bastonetes pequenos ou regulares, em algumas vezes cocoides; possuem mobilidade devido à presença de flagelos. São resistentes ao congelamento e ao calor, encontrado no solo, iodo e água. Alguns estudos sugerem que faça parte da flora intestinal humana e de alguns animais silvestres e domésticos 2,26. O gênero apresenta seis espécies, mas a Listeria monocytogenes, em especial, surte muito interesse de pesquisadores e médicos, pois é considerada uma das principais bactérias transmitidas via alimentação 2 (fig. 25). Fig. 25. Listeria monocytogenes (). O primeiro órgão a ser atingido é o intestino, podendo se propagar para a placenta e Sistema Nervoso Central (SNC). Causa desordens do tipo gastroenterites. Outras desordens são: meningite, septicemia, bacteremia, infecção ultra-uterina em mulheres grávidas, levando ao parto prematuro ou aborto principalmente nos três primeiros meses 2, 26 (fig. 26). • Gastroenterites – com sintomas gastrointestinais como: diarreia, náuseas, vômito e febre 2. • Bacteremia – apresenta o quadro de febre, mialgias, e pode ocorrer diarreia e náuseas 2. • Septicemia – leva a infecção generalizada do organismo, interferindo na circulação sanguínea, presença de febre alta, pode ocasionar confusão mental e feridas na pele 27. Os indivíduos mais suscetíveis são pacientes imunocomprometidos, adultos debilitados em decorrência de alguma enfermidade, mulheres grávidas e recém- nascidos. A prevenção vem do consumo de alimentos bem cozidos, de preferência preparados todos os dias. É necessária a higienização correta de alimentos crus como verduras e ter conhecimento de sua procedência e tratamento da horta. Aos criadores de animais, é importante que fiquem atentos às precauções, às mortes e abortos de suas criações. Quando houver, evitar o contato, principalmente o grupo mais suscetível, como as gestantes. O diagnóstico é feito por exame bacteriológico, isolando o agente infeccioso 2, 26. Fig. 26. Células invadidas pela L. monocytogenes (). Os principais alimentos de transmissão são os industrializados e frutos do mar. O período de incubação dura em média três semanas. Quando há ocorrência de surtos, é necessário informar a Vigilância Epidemiológica Municipal, para que as providências de investigação e controle de transmissão sejam tomadas 2, 26. 1.8.2. Patologias causadas por bactérias do gênero Brucella Estas bactérias podem ter o arranjo de cocobacilos ou bacilos. São responsáveis por zoonoses, sendo B. abortus, B. melitensis, B. suis e B. canis, consideradas causadoras de doenças em humanos. A principal doença é a brucelose, encontrado casos no mundo inteiro 2, 28 (fig. 27). Fig. 27. Hemocultura de Brucella sp (). As bactérias desse gênero têm algumas variações. Podem apresentar colônias lisas e rugosas, e suas diferenças são as capacidades de virulência de cada colônia. As lisas são virulentas, mas sofrem mutação tornando-se rugosa avirulenta 2. Essas bactérias invadem células de alguns órgãos como fígado, baço, medula óssea, entre outros órgãos que fazem parte do sistema reticuloendotelial. Os sintomas que podem ocorrer são: febre, calafrios, dor de cabeça forte, mialgias e artralgias. O indivíduo pode apresentar hepatoesplenomegalia (aumento do fígado e do baço) (fig. 28), anorexia, dor abdominal, diarreia, vômitos, bronquite e broncopneumonia. Quando há complicações, o indivíduo pode desenvolver meningite, endocardite, abscessos hepáticos e esplênicos, infecção da próstata, osteomielite e artrite 2, 28. Fig. 28. Hepatoesplenomegalia febril (). As vias de contato são: vias respiratórias, ingestão de alimentos como carnes e produtos lácteos contaminados, contato direto com animais contaminados e, em casos mais raros, pode haver contaminação por via sexual 2, 28. A incubação é de 2 a 3 semanas, sobrevivem no solo por 40 a 60 dias, no leite por 10 dias e 2 meses em queijos. Os bovinos, suínos, caprinos e ovinos, são reservatórios de três espécies: B. abortus, B. melitensis e B. suis, e os cães da espécie B. canis 2. (fig. 29). Fig. 29. Reservatórios de bactérias do gênero Brucella (). O diagnóstico é feito por exames bacteriológico e sorológico e a prevenção é feita com a pasteurização correta do leite e laticínios, além da imunização de animais 2. 1.8.3 Patologias causadas por bactérias do gênero Campylobacter Bactérias desse gênero são Gram-negativas. Possuem a forma de S ou espiralados, não formam esporos, são flagelados, portanto, móveis. Estão associadas a doenças em humanos e animais 2 (fig. 30). Fig. 30. Bactéria C. jejuni (). A espécie mais conhecida desse gênero é a que tem maior frequência em isolamento, a C. jejuni, que é enteropatogênico, responsável pela doença Campilobacteriose, provocando infecções em vários órgãos, devido à invasão na circulação, sendo este um quadro inicial da doença. Quando a infecção invade os intestinos delgado e grosso, onde há proliferação bacteriana, ocorre diarreia líquida, podendo ser verificada a presença de sangue, muco e de leucócitos fecais. Causa ainda dores de cabeça, dores abdominais e febre 2, 29. As