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Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa Mestrado Integrado em Medicina Tronco Comum II Mestrado Integrado em Medicina Microbiologia 2º Ano Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 2 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 3 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Índice ÍNDICE ................................................................................................................... 3 RELAÇÕES HOSPEDEIRO-PARASITA ............................................................................... 7 MORFOLOGIA BACTERIANA ...................................................................................... 10 GENÉTICA BACTERIANA ............................................................................................ 15 ANTIBIÓTICOS ....................................................................................................... 19 PROPRIEDADES DOS VÍRUS ....................................................................................... 26 PROPRIEDADES DOS FUNGOS .................................................................................... 37 PROPRIEDADES DOS PARASITAS ................................................................................. 40 BACTERIOLOGIA .......................................................................................... 43 MECANISMOS ENVOLVIDOS NA PATOGENIA BACTERIANA ................................................ 44 STAPHYLOCOCCUS .................................................................................................. 46 STREPTOCOCCUS .................................................................................................... 55 Streptococcus pyogenes (Grupo A) ...................................................................................... 55 Streptococcus agalactiae (Grupo B) .................................................................................... 61 Streptococcus pneumoniae .................................................................................................. 63 ENTEROCOCCUS ..................................................................................................... 67 BACILLUS .............................................................................................................. 70 Bacillus anthracis ................................................................................................................. 70 Bacillus cereus e outras Espécies ......................................................................................... 72 NEISSERIA ............................................................................................................ 75 Neisseria gonorrhoeae ......................................................................................................... 75 Neisseria meningitidis .......................................................................................................... 79 Meningococcemia ................................................................................................................ 81 ENTEROBACTERIACEAE ............................................................................................. 83 Escherichia coli ..................................................................................................................... 85 Salmonella ........................................................................................................................... 87 Shigella ................................................................................................................................ 89 Yersinia ................................................................................................................................ 89 Klebsiella .............................................................................................................................. 91 Proteus ................................................................................................................................. 91 BORDETELLA ......................................................................................................... 93 CORYNEBACTERIUM ................................................................................................ 97 Corynebacterium diphtheriae .............................................................................................. 97 PASTEURELLACEAE ................................................................................................ 101 Haemophilus ...................................................................................................................... 101 CAMPYLOBACTER E HELICOBACTER ........................................................................... 106 Campylobacter ................................................................................................................... 106 Helicobacter ....................................................................................................................... 110 PSEUDOMONAS ................................................................................................... 114 Moraxella ........................................................................................................................... 119 ESPIROQUETÍDIOS ................................................................................................ 120 Treponema ......................................................................................................................... 120 Borrelia .............................................................................................................................. 124 Leptospira .......................................................................................................................... 127 LEGIONELLA ........................................................................................................ 131 MYCOPLASMA E UREAPLASMA ................................................................................ 135 RICKETTSIA, ORIENTIA, EHRLICHIA E COXIELLA ............................................................. 139 Rickettsia rickettsii ............................................................................................................. 139 Rickettsia prowazekii ......................................................................................................... 141 Rickettsia typhi .................................................................................................................. 142 Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 4 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Orientia tsutsugamushi ..................................................................................................... 143 Ehrlichia ............................................................................................................................. 143 Coxiella burnetti ................................................................................................................. 145 CHLAMYDIACEAE .................................................................................................. 147 Chlamydia trachomatis ...................................................................................................... 148 Chlamydophila pneumoniae .............................................................................................. 152 Chlamydophila psittaci ...................................................................................................... 153 CLOSTRIDIUM ......................................................................................................154 Clostridium perfringens ..................................................................................................... 154 Clostridium tetani .............................................................................................................. 156 Clostridium botulinum ....................................................................................................... 158 Clostridium difficile ............................................................................................................ 161 BACILOS GRAM-NEGATIVOS ANAERÓBIOS.................................................................. 162 COCOS GRAM-POSITIVOS ANAERÓBIOS ..................................................................... 165 BACILOS NÃO-FORMADORES DE ESPOROS ................................................................. 165 Cocos Gram-Positivos Anaeróbios ..................................................................................... 165 Bacilos Gram-Positivos, Anaeróbios, Não Esporulados ..................................................... 165 Actinomyces ....................................................................................................................... 166 Proprionibacterium ............................................................................................................ 167 Mobiluncus ........................................................................................................................ 168 Lactobacillus ...................................................................................................................... 168 Bifidobacterium e Eubacterium ......................................................................................... 168 MYCOBACTERIUM ................................................................................................ 169 Mycobacterium tuberculosis ............................................................................................. 170 Mycobacterium leprae ....................................................................................................... 171 Complexo Mycobacterium avium ...................................................................................... 171 Outras Micobactérias de Crescimento Lento ..................................................................... 172 Micobactérias de Crescimento Rápido .............................................................................. 172 VIROLOGIA ................................................................................................ 176 MECANISMOS DA PATOGENIA VIRAL ......................................................................... 177 AGENTES ANTI-VIRAIS ........................................................................................... 184 PAPOVÍRUS ......................................................................................................... 186 Papilomavírus Humano ..................................................................................................... 186 Poliomavírus ...................................................................................................................... 188 ADENOVÍRUS ...................................................................................................... 191 HERPESVÍRUS HUMANOS ....................................................................................... 195 Vírus do Herpes Simples ..................................................................................................... 196 Vírus Varicela-Zoster .......................................................................................................... 199 Vírus Epstein-Barr .............................................................................................................. 202 Citomegalovírus ................................................................................................................. 205 Herpesvírus Humanos 6 e 7 ............................................................................................... 207 Herpesvírus Humano 8....................................................................................................... 208 POXVÍRUS .......................................................................................................... 209 PARVOVÍRUS ....................................................................................................... 212 PICORNAVÍRUS .................................................................................................... 215 Enterovírus ......................................................................................................................... 217 Rinovírus ............................................................................................................................ 219 PARAMIXOVÍRUS .................................................................................................. 222 Vírus do Sarampo............................................................................................................... 223 Vírus da Parainfluenza ....................................................................................................... 225 Vírus da Papeira ................................................................................................................. 226 Vírus Sincicial Respiratório ................................................................................................. 227 Vírus Nipah e Hendra ......................................................................................................... 228 ORTOMIXOVÍRUS ................................................................................................. 229 REOVÍRUS .......................................................................................................... 233 Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 5 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Ortorreovírus (Reovírus de Mamíferos) ............................................................................. 235 Rotavírus ............................................................................................................................ 236 Coltivírus e Orbivírus .......................................................................................................... 238 RABDOVÍRUS ....................................................................................................... 240 TOGAVÍRUS E FLAVIVÍRUS ....................................................................................... 244 Alphavírus e Flavivírus ....................................................................................................... 244 Vírus da Rubéola ................................................................................................................ 247 RETROVÍRUS ....................................................................................................... 250 Vírus da Imunodeficiência Humana ................................................................................... 253 VÍRUS DA HEPATITE .............................................................................................. 259 Vírus da Hepatite A ............................................................................................................ 259 Vírus da Hepatite B ............................................................................................................ 261 Vírus das Hepatites C e G ................................................................................................... 266 Vírus da Hepatite D ............................................................................................................ 268 Vírus da Hepatite E ............................................................................................................269 MICOLOGIA ............................................................................................... 270 MECANISMO DE PATOGENICIDADE DOS FUNGOS ......................................................... 271 AGENTES ANTI-FÚNGICOS ...................................................................................... 274 DIAGNÓSTICO LABORATORIAL DAS DOENÇAS FÚNGICAS ................................................ 277 MICOSES SUPERFICIAIS, CUTÂNEAS E SUBCUTÂNEAS ..................................................... 279 Micoses Superficiais ........................................................................................................... 279 Micoses Cutâneas .............................................................................................................. 280 Micoses Subcutâneas ......................................................................................................... 282 MICOSES SISTÉMICAS ............................................................................................ 285 Histoplasmose.................................................................................................................... 285 Blastomicose ...................................................................................................................... 287 Paracoccidioidomicose ...................................................................................................... 288 Coccidioidomicose ............................................................................................................. 289 Criptococose ...................................................................................................................... 291 MICOSES OPORTUNISTAS ....................................................................................... 293 Candidíase ......................................................................................................................... 293 Aspergilose ........................................................................................................................ 295 Zigomicose ......................................................................................................................... 296 Pneumocystis carinii .......................................................................................................... 298 Peniciloses por Penicillium marnefeii ................................................................................. 299 PARASITOLOGIA ........................................................................................ 301 PATOGENIA DAS DOENÇAS PARASITÁRIAS .................................................................. 302 PROTOZOÁRIOS INTESTINAIS E UROGENITAIS .............................................................. 304 Amibas ............................................................................................................................... 304 Flagelados .......................................................................................................................... 307 Ciliados .............................................................................................................................. 311 Coccídeos ........................................................................................................................... 312 Microsporídeos .................................................................................................................. 316 PROTOZOÁRIOS DO SANGUE E DOS TECIDOS ............................................................... 318 Espécies de Plasmodium .................................................................................................... 318 Espécies de Babesia ........................................................................................................... 323 Toxoplasma gondii ............................................................................................................. 324 Leishmania ......................................................................................................................... 326 Tripanossomas ................................................................................................................... 329 NEMÁTODES ....................................................................................................... 335 Enterobius vermicularis ..................................................................................................... 335 Ascaris lumbricoides .......................................................................................................... 336 Toxocara canis e Toxocara e cati ....................................................................................... 338 Trichuris trichiura ............................................................................................................... 339 Ancilóstomos ..................................................................................................................... 340 Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 6 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Strongyloides stercoralis .................................................................................................... 342 Trichinella spiralis .............................................................................................................. 344 Wuchereria bancrofti e Burgia malayi ............................................................................... 346 Loa loa ............................................................................................................................... 347 Onchocerca volvulus .......................................................................................................... 348 Dirofilaria immitis .............................................................................................................. 350 Dracunculus medinensis .................................................................................................... 350 TREMÁTODES ...................................................................................................... 352 Fasciolopsis buski ............................................................................................................... 352 Fasciola hepatica ............................................................................................................... 353 Opisthorchis sinensis .......................................................................................................... 355 Paragoninus westermani ................................................................................................... 356 Esquistossomas .................................................................................................................. 357 Dermatite por Cercária ...................................................................................................... 361 CÉSTODES ........................................................................................................... 363 Taenia solium ..................................................................................................................... 363 Cisticercose ........................................................................................................................ 364 Taenia saginata ................................................................................................................. 365 Diphylobothrium latum...................................................................................................... 366 Echinococcus granulosus ................................................................................................... 368 Hymenolepis nana .............................................................................................................369 Dipylidium caninum ........................................................................................................... 370 Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 7 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Relações Hospedeiro-Parasita Flora Indígena – constitui o conjunto de células que não pertencem ao nosso organismo, ou seja todos os microrganismos que co-habitam no nosso organismo. Apenas 10% das células existentes no nosso organismo são humanas, as restantes 90% são microrganismos. Todo o ser humano nasce estéril, no entanto logo no momento do parto, ao tomar contacto com o ambiente exterior, é colonizado por um número incontável de microrganismos, sendo que muitos deles o acompanharam durante toda a sua vida. Microrganismo Residente – é o microrganismo que é capaz de se multiplicar nas condições do local onde está alojado; Microrganismos Transitórios – é aquele que não sendo capaz de se dividir no local onde habita se vê obrigado a migrar para outro local que lhe seja mais favorável ou acaba por ser extinto; Colonização – aquisição de microrganismos, que podem não provocar qualquer lesão/dano ou, pelo contrário, perturbar o normal funcionamento de um tecido ou órgão, de forma mais, ou menos, intensa, induzindo uma resposta imunitária por parte do hospedeiro. Esta tem em vista a eliminação do microrganismo, podendo, no entanto, também o microrganismo ficar retido/latente no organismo; Latência – estado em que um microrganismo permanece no nosso organismo sem que o consigamos eliminar; Comensalismo - associação simbiótica em que um microrganismo usa o corpo de uma espécie de maior porte como seu ambiente físico, podendo usar esse mesmo ambiente para adquirir nutrientes. Para além disso, o microrganismo não provoca lesão no hospedeiro, ou a lesão é de tal modo leve que não tem tradução clínica, ou seja, a lesão é clinicamente inaparente. Os microrganismos comensais podem inclusive beneficiar o hospedeiro, prevenindo a colonização de dada área por espécies mais patogénicas ou produzindo metabolitos passíveis de serem usados por ele. No entanto, estes microrganismos podem tornar-se prejudiciais se as suas condições ambientais forem perturbadas. É este tipo de relação que a maioria da flora indígena estabelece no organismo. Acção Patogénica Infecção – aquisição de microrganismos exógenos e sua posterior multiplicação; Infecção Endógena – quebra do equilíbrio existente entre a flora indígena e o organismo, o que leva a uma multiplicação descontrolada desses microrganismos e invasão de territórios dantes não colonizados; Doenças Infecciosas – não são mais do que as manifestações das infecções; Lesão – consiste na interrupção da estrutura ou função de uma determinada célula, tecido ou órgão; Agente Patogénico – é um microrganismo capaz de causar lesão; Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 8 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Patogenicidade – baseia-se na capacidade de causar patologia, ou seja, se um microrganismo é capaz de lesar ou não o organismo; Virulência – relaciona-se com a intensidade com que é demonstrada a patogenidade de um determinado microrganismo; Factor de Virulência – entende-se pelo componente microbiano que vai ser patogénico e por isso causar lesão no hospedeiro; Virulência A virulência é um processo que pode ser dividido em diversas fases: 1. Aderência Colonização, ou seja, a ligação a receptores e a estruturas que podem ser especificas ou inespecíficas; 2. Invasão Penetração, Progressão e Multiplicação, o que implica penetrar as barreiras anatómicas, inibir ou neutralizar os mecanismos humorais de defesa e por fim inactivar os mecanismos celulares de defesa; 3. Produção de Toxinas Exotoxinas, sendo estas libertadas por exocitose, mantendo-se o microrganismo vivo, a sua libertação implica a lise celular; 4. Fuga aos Mecanismos de Defesa esta pode ser consiga através da localização privilegiada, por, mimetismo antigénico, revestimento com moléculas do hospedeiro, tolerância imunológica, variação antigénica e imunossupressão; Mimetismo Antigénico – consiste na produção e apresentação de antigénios idênticos aos do organismo hospedeiro para que seja reconhecido como uma célula endógena; Origem da Infecção No caso de ser uma infecção endógena, não se inclui a porta de entrada, pois o microrganismo já se encontra dentro do hospedeiro. No entanto numa infecção exógena podemos distinguir as características: Porta de Entrada Reservatório, não é mais do que o local onde este se encontra armazenado; Vector, não é mais do que o meio pelo qual é transportado; Transmissão, que poderá ser horizontal, caso ocorra em indivíduos da mesma geração, ou vertical, caso ocorra do progenitor para a descendência; Porta de Saída Transmissão Existem diversos modos de transmissão e estão muitas vezes relacionados com a porta de entrada/saída: 1. Oral-Oral (Porta de Saída:Boca /Porta de Entrada: Boca) 2. Fecal-Oral (Porta de Saída: Ânus/Porta de Entrada: Boca) 3. Sexual (Porta de Saída: Aparelho Genital/Porta de Entrada: Aparelho Genital) 4. Vector (não há transmissão entre humanos) 5. Zoonose s/ vector (não há transmissão directa entre humanos) 6. Zoonose c/ vector (não transmissão directa) Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 9 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Controlo da Transmissão Fecal – Oral: através do saneamento básico, da disponibilização de água potável e da regra de lavar as mãos; Sexual: uso de uma barreira física (ex. preservativo) e uma redução da promiscuidade; Zoonoses: controlo da infecção animal e controlo dos vectores; Respiratório: não é controlável; Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 10 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Morfologia Bacteriana Os microrganismos podem estar dividimos consoante a sua organização estrutural em: Procariotas – possuem um cromossoma único e circular, menos quantidade de DNA, são geralmente haplóides e não possuem núcleo nem organitos membranares; Eucariotas – têm cromossomas lineares, maior quantidade de DNA, são geralmente diplóides, e possuem núcleo com invólucro nuclear e organitos membranares; Características Eucariotas Procariotas Principais Grupos Algas, Protozoários, Plantas e Animais Bactérias Tamanho > 5 mm 0,5 – 3 mm Estrutura do Núcleo Núcleo Membrana Nuclear Clássica Ausente Cromossoma Cadeias de DNA Linear Genoma Diplóide DNA Único e Circular Genoma Haplóide Estrutura do Citoplasma Mitocôndrias Presente Ausente Aparelho do Golgi Presente Ausente Retículo Endoplasmático Presente Ausente Ribossomas 80S (60S + 40S) 70S (50S + 30S) Membrana Citoplasmática Contem Esteróides Não Contém Esteróides Parede Celular Ausente Estrutura complexa formada por proteínas, lípidos e peptidoglicano Reprodução Sexual e Assexuada Assexuada (Bipartição) Movimento Flagelos com Complexos Ausentes Flagelos Simples Ausentes Respiração Via Mitocondrial Através da Membrana Citoplasmática É importante ter uma noção do tamanho em microbiologia e para isso usamos uma escala de valores generalizados: Macrófago 10 – 20 µm Bactéria 0,5 – 2 µm Vírus <0,1 µm Eritrócito 5 µm Classificação As bactérias diferem entre si pela sua morfologia (tamanho, forma e características) e as suas propriedades metabólicas, antigénicas e genéticas. Aspectos Morfológicos Cocos: - Diplococos - Estreptococos - TetradesFaculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 11 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano - Estafilococos Bacilos/Bastonetes Espiroqueta/Espirilo Vibrião Aspectos Bioquímicos Coloração de Gram é uma prova útil e fácil que permite distinguir as principais classes de bactérias com o objectivo de instaurar um tratamento. As bactérias gram-positivas são aquelas que têm uma cor azul, o corante precipita na camada de peptidoglicano que possui uma estrutura entrecruzada e grossa em forma de malha à volta da célula. As bactérias gram- negativas apresenta uma camada delgada de peptidoglicano incapaz de reter o corante e por isso adquirem uma cor rosa. Toxicidade ao Oxigénio devido á formação de superóxidos, peróxidos e hidróxidos, muitas bactérias não coexistem em ambientes com oxigénio. A presença ou não de enzimas destoxificadores (catalases) pode constituir um critério de classificação; Obtenção de Energia poderá ser através de respiração ou fermentação; Aeróbio: - Obrigatório, habita apenas perante a presença de oxigénio; - Facultativo, poderá realizar respiração, mas também realiza fermentação; - Microaerófilo, é tolerante a baixas concentrações de oxigénio; Anaeróbio: - Obrigatório, apenas existe em ambientes anaeróbios e não tem capacidade de usar O2 nem de estar em contacto com este; - Aerotolerante, podem estar em ambiente com 02, mas não o usam; Parede Celular a presença ou não de parede celular, composta por peptideoglicano; Lipopolissacáridos presença ou não de membrana externa; Ultra-Estruturas das Bactérias Tanto as bactérias gram-positivas, como as gram-negativas, possuem estruturas citoplasmáticas semelhantes, o que já não ocorre relativamente às estruturas extra-celulares. Fig. 1 - Morfologias Bacterianas Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 12 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano O citoplasma da célula bacteriana contem o DNA cromossómico, mRNA, ribossomas, proteínas e metabolitos. O cromossoma bacteriano difere do eucariota pois é composto por uma única molécula circular de cadeia dupla e que não está contido no núcleo, mas sim numa estrutura conhecida como nucleóide. Apesar disso este cromossoma carece de histonas e por isso não forma nucleossomas. A célula pode também possuir plasmídeos, que não são mais que moléculas extra-cromossómicas de DNA circular mais pequenas que o cromossoma. Regra geral os plasmídeos encontram-se nas células gram-negativas, e na maior parte dos casos não são essenciais para a sobrevivência da célula, mas podem conferir-lhe uma vantagem selectiva, como é o caso de resistência a antibióticos. A ausência de membrana nuclear simplifica os mecanismos de controlo da síntese proteica. Assim sendo o ribossoma fixa-se directamente no mRNA que está a ser transcrito e inicia a tradução, sintetizando a proteína à medida que o mRNA é sintetizado e ainda se encontra unido ao DNA. O ribossoma bacteriano é constituído pelas subunidades 30S e 50S que formam o ribossoma 70S. Este ribossoma é distinto do humano (Ribossoma 80S = 40S + 60S), e ainda é possível encontrar diferenças no rRNA, e por isso tanto o ribossoma como o rRNA são alvo de muitos antibióticos. A membrana citoplasmática possui uma estrutura idêntica à dos eucariotas, mas contrariamente a estes não possui esteróides, como é o caso do colesterol, com excepção dos micoplasmas. O que não acontece relativamente às estruturas citoplasmáticas acontece no que toca à parede celular, ou seja, bactérias gram-positivas e gram-negativas diferem na estrutura da parede celular e nos seus componentes e funções. Os componentes das paredes celulares são exclusivos das bactérias, sendo que a maior parte das membranas dos procariotas está rodeada por uma camada rígida de peptidoglicano (mureína), com excepção das arqueobactérias e micoplasmas. O peptidoglicano determina a Fig. 2 - Estrutura da Membrana Plasmática Bacteriana Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 13 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano rigidez e forma da bactéria, sendo que nas bactérias gram-negativas existe ainda uma membrana externa que as envolve. Bactérias Gram-Positivas, possuem uma parede celular espessa que é composta por várias camada, as quais são compostas maioritariamente pelo peptidoglicano. Uma característica importante do peptidoglicano é que este é suficientemente poroso para permitir que grande parte dos metabolitos alcance a membrana citoplasmática. O peptidoglicano pode ser destruído perante a lisozima, levando à lise celular. A célula gram-positiva pode ainda possuir outros componentes na membrana externa, como é o caso dos ácidos teicóicos e lipoteicóiscos. Bactérias Gram-Negativas, as paredes celulares destas bactérias são mais complexas, contendo duas camadas externas em relação com a membrana citoplasmática: imediatamente a seguir à membrana encontra-se uma camada fina de peptidoglicano (5 a 10% do total da parede celular), que não contem ácidos teicóicos nem lipoteicóiscos. A camada mais externa denomina-se membrana externa e é exclusiva das bactérias gram-negativas, o espaço compreendido entre esta e a membrana plasmática designa-se espaço periplasmático. Este espaço possui enzimas hidrolíticas que degradam as macromoléculas necessárias para a célula; por outro lado a membrana externa constitui uma barreira para as moléculas de grande tamanho e hidrófobas, e uma defesa para as condições possivelmente adversas de alguns ambientes. A zona externa é geralmente formada por lipopolissacáridos (LPS) que pode também ser conhecido como endotoxina, pois constitui um potencial causador de resposta imunitária. Existem ainda algumas proteínas, como é o caso das porinas que formam poros e permitem a difusão através da membrana de moléculas hidrofóbicas com menos de 700 Da de peso. A membrana externa une-se à membrana citoplasmática por meio de zona de adesão e ao peptidoglicano por interacção com uma lipoproteína. Características Gram-Positivas Gram-Negativas Membrana Externa - + Parede Celular Espessa Fina Lipopolissacárido - + Endotoxina - + Ácido Teicóico + - Esporulação Algumas - Cápsula Algumas Algumas Lizosima Sensível Resistente Actividade Antibacteriana da Penicilina Mais Susceptível Mais Resistente Produção de Exotoxina Algumas Algumas Estruturas Externas Algumas bactérias encontram-se rodeadas por capas laxas de proteínas ou polissacáridos denominadas cápsulas, no caso de não ser uniforme ou muito fina chama-se capa de limo (slime layer). Na generalidade estas duas estruturas são conhecidas como glicocálix. A cápsula pode actuar também como uma barreira frente a molécula hidrófobas tóxicas, por exemplo os detergentes, e por outro lado facilitar a aderência a outras bactérias ou às superfícies do hospedeiro. Algumas bactérias, como é o caso das Pseudomonas aeruginosa, produzem um biofilme polissacárido em determinadas condições que favorece o estabelecer de uma colónia Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 14 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano bacteriana e protege os seus membros da acção dos antibióticos e defesas dos organismos hospedeiro. Os procariotas, nomeadamente as bactérias, podem possuir apêndices citoplasmáticos, que poderão ser: - Flagelos, com função de locomoção, e são formados por subunidades proteicas enroladas helicoidalmente de flagelina. Os flagelos permitem às bactérias aproximarem-se dos nutrientes e ambientes favoráveis, afastando-se dos ambientes tóxicos - quimiotaxia;- Fímbrias ou pilli, permitem a adesão e fixação às paredes do organismo hospedeiro, sendo formada por subunidades proteicas de pilina. Diferenciam-se dos flagelos por não possuírem uma estrutura helicoidal e terem um diâmetro menor. Para que permitam a adesão às paredes do hospedeiro ou outras estruturas possuem um factor de adesão, a adhesina, sendo que existe ainda outro factor que se fixa a açúcares específicos - lectina; - Pilli Sexuais, tornam possível a troca horizontal de material genético, permitem a união a outras bactérias e são codificados por um plasmídeo; Divisão Celular A replicação do cromossoma bacteriano desencadeia também o início da divisão celular. A produção de duas células filhas exige o crescimento e amplificação dos componentes da parede celular, seguidos da formação de um septo que dividirá as bactérias em duas células distintas. Uma separação incompleta pode originar bactérias que permanecem unidas e formam cadeias como é o caso dos estreptococos e estafilococos. Esporos Algumas bactérias gram- positivas, mas não as gram-negativas, são capazes de formar esporos. Em condições ambientais adversas estas bactérias podem passar de estado vegetativo para um estado de latência ou de esporo. A localização do esporo no interior da célula constitui uma característica de cada bactéria e pode facilitar a sua identificação. O esporo é uma estrutura desidratada formada por múltiplas camadas que protege a bactéria e permite que continue viva em estado de latência. O esporo contém uma cópia completa do cromossoma bacteriano, as concentrações mínimas imprescindíveis ao ribossoma e proteínas essenciais, e uma elevada concentração de cálcio unido ao ácido dipicolínico. O esporo consegue proteger o DNA bacteriano do calor intenso, radiação e acção da maioria das enzimas e substancia químicas. Fig. 3 - Fases da Formação de Esporos Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 15 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Genética Bacteriana O genoma bacteriano é o conjunto total dos genes dos quais a bactéria é portadora. O cromossoma de uma bactéria típica consta de uma só molécula circular dupla de DNA que contem aproximadamente 5.000.000 pb. Cada genoma possui numerosos operões, que são constituídos por genes. Habitualmente nos eucariotas há mais do que uma cópia no genoma, mas por regra nas bactérias apenas existe uma cópia, logo são haplóides. As bactérias podem também conter elementos genéticos extra-cromossómicos, como é o caso dos plasmídeos e bacteriófagos; estes elementos são independentes do cromossoma bacteriano e podem na maior parte dos casos ser transmitidos a outra célula. Os promotores e operadores são sequências de nucleótidos que controlam a expressão de um gene que determinada a transcrição de mRNA. Os operões são grupos de um ou mais genes estruturais que se expressam a partir de um promotor específico e terminam num determinado finalizador de transcrição. Por isso os genes que codificam as enzimas envolvidas numa determinada via podem ser regulados de forma coordenada. Os operões possuem numerosos genes estruturais que são policistrónicos. Replicação do DNA A replicação do DNA bacteriano inicia-se numa sequência específica que se denomina OriC. Além de outras enzimas, as mais importantes são as helicases (capazes de desenrolar a duplas cadeia de DNA), a primase (capaz de sintetizar os primers) e a DNA polimerase. As novas cadeias de DNA são sintetizadas de uma forma semi-conversadora e utilizam como molde ambas as cadeias de DNA do cromossoma bacteriano. A síntese do novo DNA tem lugar na forquilha de replicação e num sentido bidireccional. Por fim é de extrema importância salientar o papel das topoisomerases que evitam o enrolamento excessivo das cadeias de DNA, e permitem que a replicação continue. Controlo da Transcrição Em primeiro lugar existe uma regulação da expressão genética que é muitas vezes uma resposta a um estímulo nutricional, o que leva a uma ruptura química no operador e permite a transcrição dos genes necessários. Em segundo lugar, a transcrição dos genes é regulada directamente por proteínas repressoras, que se unem aos operadores, como resposta a sinais exteriores ou interiores. Em terceiro lugar, a velocidade de síntese das proteínas pelo ribossoma pode regular o processo de transcrição nos procariotas, por um mecanismo de feedback negativo. A ausência de membrana nuclear permite ao ribossoma procariota unir-se ao mRNA enquanto este está a ser transcrito. Por outro lado existe uma regulação da transcrição, esta pode ser negativa ou positiva. No caso de ser negativa os genes apenas se expressam se a proteína repressora se desligar do seu operador, caso contrário é impossível à RNA polimerase ligar-se à cadeia para iniciar a transcrição. Por outro lado pode existir uma regulação positiva em que a expressão dos genes apenas á possível na presença de um proteína – apoinductor. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 16 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Mutações, Reparação e Recombinação Uma mutação define-se como qualquer alteração na sequência de bases do DNA, uma troca basta para que ocorra uma transição, em que uma purina é substituída por outra ou uma transversão, onde uma pirimidina por uma purina. Existem diversos tipos de mutação, apesar de já termos conhecimento delas, aqui fica uma revisão: - Mutação Silenciosa, é uma alteração do DNA que não provoca uma mudança na sequência de aminoácidos, isto apenas é possível devido à redundância do DNA, ou seja, um aminoácido é codificado por mais do que um codão; - Mutação Com Perda de Sentido (missense), comporta a inserção de um aminoácido diferente na proteína, no entanto quando o aminoácido possui propriedades idênticas ao que deveria ser correcto pode-se dizer que ocorreu uma mutação conservadora; - Mutação Sem Sentido (nonsense), aquela em que se substitui um codão que codifica uma aminoácido por um de finalização, o que leva a um terminar precoce da síntese da proteína; - Mutação de Alteração de Leitura (frameshift mutation), caracteriza-se pela alteração do código de leitura e habitualmente surge uma proteína truncada que leva a uma interrupção prematura da síntese da proteína; - Mutações Nulas, levam a uma completa destruição da função do gene, dá-se quando ocorre uma inserção ou delecção que além de alterar a sequência, altera a conformação do cromossoma; Mecanismos de Reparação do DNA Com a finalidade de minimizar os danos no DNA, as células bacterianas desenvolveram mecanismos de reparação, que se podem dividir em: - Reparação Directa do DNA, consiste em eliminar por intermédio de enzimas o dano; - Reparação por Excisão, procede à excisão da sequência lesada, e de seguida é sintetizada uma nova cadeia de DNA. Estes mecanismos podem ser divididos em reparação por excisão especializada ou generalizada; - Reparação Pós-Replicação, ou por recombinação, é possível recuperar a informação em falta mediante os processos de recombinação genética, este tipo de processo aplica-se a casos em que ambas as cadeias perderam a informação correcta; - Resposta SOS, caracteriza-se por induzir numerosos genes e fazer aparecer a lesão do DNA, o que pode levar à interrupção da sua replicação; - Reparação Propensa a Erro, é o último recurso com que a bactéria conta antes de morrer. Utiliza-se para preencher os espaços com uma sequência aleatória e que possa orientar o processo de replicação. Intercambio Genético nos Procariotas Muitas bactérias utilizam o seu DNA de forma promíscua. O intercâmbio de DNA entre as células permite trocargenes e características entre elas, o que pode ocasionalmente levar ao aparecimento de novas bactérias. Esta troca pode resultar na aquisição de uma característica vantajosa para o receptor, especialmente quando o DNA recebido codifica genes que lhe conferem resistência a determinados antibióticos. O DNA transferido pode ser incluído no cromossoma ou manter-se de forma estável como uma elemento extracromossómico (plasmídeo ou bacteriófago), que irá transmitir à sua descendência esta unidade de capacidade autónoma de replicação. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 17 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Os plasmídeos podem replicar-se de forma independente e por isso recebem muitas vezes o nome de replicões, sendo que alguns podem integrar-se no cromossoma do hospedeiro – episomas. Os plasmídeos de grandes dimensões podem mediar a sua própria transferência para outra célula através de um processo denominado conjugação. Estes plasmídeos codificam todos os factores necessários para a sua própria transferência, no entanto existem outros que plasmídeos que podem ser transferidos para outra célula por outros processos de conjugação – transformação e transdução. Os bacteriófagos são vírus bacterianos que podem sobreviver fora da sua célula hospedeira pois o seu genoma encontra-se protegido por uma cápsula proteica. Os bacteriófagos infectam as células bacterianas e replicam-se até um elevado número que leva à lise celular – infecção lítica. Por outro lado existe a possibilidade de o seu genoma ser integrado no genoma bacteriano e levar à sua morte – estado lisogénico. Os transposões são os únicos elementos genéticos moveis que podem transferir DNA de uma posição para outra dentro de uma mesma célula. Estes existem tanto em procariotas como em eucariotas. Os transposões mais simples são compostos por sequências de inserção e no seu comprimento possuem entre 150 a 1500 pb com repetições invertidas de 5 a 40 pb e a informação necessária mínima para a sua transferência. Os transposões mais complexos possuem ainda genes que lhes conferem características especiais, como é o caso de resistência a alguns antibióticos. Mecanismos de Transferência Genética Entre Células A troca de informação genética entre as células bacterianas pode ter lugar através de três mecanismos: - Conjugação, consiste numa transferência quase-sexual de informação genética entre uma bactéria (dadora) e outra (receptora); - Transformação, a qual provoca a aquisição de novos marcadores genéticos mediante a incorporação de DNA exógeno; - Transdução, este processo é caracterizado pela transferência de informação genética de uma bactéria para outra por meio de um bacteriófago. No interior da célula o transposão pode percorrer moléculas de DNA distintas. Curiosidade: A transformação foi o primeiro mecanismo descoberto de transferência genética em bactérias, através de uma experiencia realizada por Grifflth em 1928. Na conhecida experiencia em que ao inocular ratos com uma Fig. 4 - Genética Bacteriana - Transformação e Conjugação Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 18 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano bactéria não virulenta e outra morta virulenta, as não virulentas adquiriram capacidade virulenta e levaram à morte do animal. Conjugação A conjugação produz uma transferência unidireccional de DNA desde a célula dadora (“macho”) até uma célula receptora (“fêmea”) através dos chamados pillis sexuais. Este comportamento é definido pela presença de um plasmídeo conjugativo que contem os elementos necessários para a sua própria transferência, como é o caso de formar pillis. Transdução A transferência genética por transdução é mediada por vírus bacterianos que captam fragmentos de DNA e os incluem no seu interior. Este genoma quando o bacteriófago infecta uma célula hospedeira é incorporado no cromossoma bacteriano. A transdução pode ser especializada, caso o fagos possua todos os genes necessários para o processo de transdução, ou generalizada, no caso de esta transferência ser mediada por outro agente, e não de forma autónoma pelo fago. Na generalidade as partículas de transdução devem conter uma maioria de DNA bacteriano e apenas uma pequena porção de DNA do fago. Recombinação Existem dois tipos de recombinação homóloga e não homologa. Por sua vez a recombinação homologa pode dividir-se em: - Recombinação Homologa Legítima, tem lugar em sequências de DNA estreitamente relacionadas e habitualmente substitui uma sequência por outra. Este processo requer a presença de um conjunto de enzimas denominadas rec; - Recombinação Homologo Ilegítima, contrariamente à anterior tem lugar em sequências distintas de DNA, e regra geral, produz inserções ou deleções. Este processo necessita da intervenção de enzimas especializadas como é o caso das existentes nos transposões e bacteriófagos lisogénicos. Fig. 5 - Genética Bacteriana - Transdução e Transposição Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 19 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Antibióticos A palavras antibiótico deriva do latim anti + biotikós, que significa contra o que é respeitante à vida. Antimicrobiano - Substância natural ou sintética, com acção sistémica, capaz de inibir ou matar microrganismos (ex. desinfectante e antibióticos). Na área da microbiologia os antimicrobianos com mais relevância são os antibióticos que podem dividir-se em: bacterioestáticos e bactericidas. Estes podem ter funções de terapêutica, profilaxia (evitando a entrada ou desenvolver de microrganismos, apenas em casos excepcionais), epidemiologia e identificação (através do estudo da resistência/sensibilidade à substância). Bacterioestáticos - substâncias que inibem o crescimento dos microrganismos, não os destrói, mas impede a sua reprodução/bipartição. A concentração mais baixa desta substância que impede o seu crescimento denomina-se por concentração inibidora mínima (CIM); Bactericidas – substâncias que destroem activamente os microrganismos. A concentração mais baixa que destrói 99,9% dos microrganismos alvo denomina-se concentração bactericida mínima (CBM); Combinações Antibióticas – combinação de antibióticos que se pode usar para amplificar o espectro bacteriano no tratamento empírico ou no tratamento de infecções mistas; prevenir o aparecimento de organismos resistentes durante o tratamento; e obter um efeito bactericida sinérgico; Sinergismo Antibiótico – combinação de antibióticos que a actividade de um interfere com a do outro permitindo uma acção conjunta mais eficaz do que em separado; Antagonismo Antibiótico - combinação de antibióticos que fazem com a actividade de um interferia com a do outro e desse mudo a sua acção conjunta seja menor do que em separado; Espectro de Acção – alcance da actividade de uma substância contra os microrganismos. Um fármaco antibacteriano de espectro amplo pode inibir uma grande variedade de bactérias gram-positivas e gram-negativas, no entanto um fármaco de espectro reduzido apenas é activo contra determinado agentes patogénicos; β-lactamidases – enzima que hidrolisa qualquer anel β-lactâmico do grupo de antibióticos que inibem a síntese da parede celular, inactivando-os. Mecanismos de Acção Os antibióticos podem ter diversos meios de acção: - Inibição da Síntese Proteica, actuam ao nível dos ribossomas, sendo que as bactérias têm ribossomas diferentes dos humanos é possível usá-los sem interferir no normal funcionamento do organismo humano; Faculdade de Medicinade Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 20 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano - Inibição do Peptidoglicano, como é o caso da parede celular, como é exemplo a penicilina, que ao ser destruída permite que o nosso sistema imunitário destrua e controle os microrganismos. Os antibióticos com este mecanismo classificam-se de β-lactâmicos; - Inibição da Replicação e Síntese de DNA, actuam ao nível das enzimas que regulam e desempenham as funções de replicação; - Intervenção em Cadeias Metabólicas, impedem determinadas vias das quais o microrganismo depende para sobreviver, no entanto é importante que estas vias não existam no organismo humano; - Alteração da Permeabilidade da Membrana, que podem interferir com a aquisição de determinados substratos ou com uma maior facilidade da inclusão de alguns fármacos. Antibiótico Acção Inibição da Síntese da Parede Celular Penicilina Liga-se à PBP (Peniciline Bindingd Protein) e enzimas responsáveis pela síntese do peptidoglicano Cefalosporina Cefamicina Carbapenemos Monobactamos Vancomicina Inibe o alongar da cadeia de peptidoglicano Isoniazida Inibe a Síntese de Ácido Micólico Etionamida Etambutol Inibe a Síntese de Arabinogalactano Ciclosserina Inibe o alongar da cadeia de peptidoglicano Polimixina Inibe a Membrana Bacteriana Bacitracina Inibe a Membrana Citoplasmática da Bactéria e Transporta precursores de peptidoglicano Inibição da Sintese Proteica Aminoglicosídeo Provoca a libertação prematura da cadeias de péptidos aberrantes do ribossoma 30S Tetraciclina Bloqueia a elongação da cadeia polipeptídica no ribossoma 30S Oxazolidona Bloqueia o inicio da síntese proteica pelo ribossoma 50S Macrólido Bloqueia a elongação da cadeia polipeptídica no ribossoma 50S Clindamicina Estreptograminas Inibição da Sintese dos Ácidos Nucleicos Quinolona Une-se à subunidade da Topoisomerase do DNA Rifampicina Bloqueia a transcrição pela RNA Polimerase DNA- Dependente Rifabutina Ruptura do DNA Bacteriano Metronidazol Destruição do DNA Alteração do Metabolismo Sulfonamidas Inibe a dihidropteroato sintetase e bloqueia a síntese de ácido fólico Dapsona Inibe a dihidropteroato sintetase Trimetoprim Inibe a dihidropteroato reductase e bloqueia a síntese de ácido fólico Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 21 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Inibição da Síntese Proteica Estes antibióticos ao destruírem a parede celular fazem com que a pressão intracelular, que é de tal forma elevada quando comparada com a extracelular, leve à lise celular e à destruição do microrganismos. Com este mecanismo de acção podemos distinguir as seguintes famílias de antibióticos: • Antibióticos -lactâmicos • Glicopeptídeos • Bacitracina Inibição da Síntese Proteica Estas substâncias actuam ao nível do ribossoma bacteriano que é diferente do humano, e fazem com que não haja tradução do mRNA e desta forma não se produza proteínas. Sem a produção de proteínas é impossível à bactéria dividir-se ou produzir qualquer tipo de toxina ou factor de virulência. Distinguimos assim as seguintes famílias deste grupo: • Aminoglicosídeos • Tetraciclinas • Cloranfenicol • Macrólidos, Lincosamidas e Estreptograminas • Oxazolidinonas • Glicilciclinas Inibição da Síntese Ácidos Nucleicos Este mecanismo de acção permite que não haja replicação do DNA, evitando assim a divisão celular, mas também podem impedir a síntese de RNA e desta forma evitar o processo de produção proteica ou de outros compostos, como é o caso de alguns RNAs com funções metabólicas. Apresenta as seguintes famílias: • Quinolonas • Rifampicina • Metronidazol Intervenção ao nível das Cadeias Metabólicas Este mecanismo é um pouco mais complexo e actua ao nível das vias metabólicas, como é o caso da respiração celular ou fermentação; desta forma é possível privar os microrganismos de determinadas substâncias indispensáveis à sua sobrevivência. Neste grupo estão incluídas as seguintes famílias: • Sulfonamidas • Co-trimoxazol • Dapsona Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 22 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Alterações na Membrana Celular Sendo a membrana celular um dos principais componentes de regulação do ambiente intracelular, ao interferirmos com esta é possível alterar as condições do mesmo. Como exemplo temos a alteração das concentrações intracelulares de determinados iões, com a alteração dos transportadores de membrana, e desta forma alterar a pressão osmótica e consequente lise celular. Características de Alguns Antibióticos Antibióticos -lactâmicos Este grupo pode ainda ser dividido, sendo que cada um pode ter características distintas e que lhes conferem uma certa especificidade: Penicilinas: Penicilinas (Fenoximetilpenicilina e Benzilpenicilina): a Benzilpenicilina foi a primeira penicilina descoberta, em 1928 por Alexander Fleming. Tem um espectro de acção no âmbito das bactérias gram-positivas e anaeróbias; Aminopenicilinas (Ampicilina e Amoxicilina): o seu uso está direccionado para Enterobacteriaceae, Enterococcu e Haemophilus; Carboxipenicilinas (Carbenicilina e Ticarcilina): são utilizadas tanto em bactéria gram- positivas como em gram-negativas. O seu espectro de acção incide sobre Pseudomonas e Bacteroides; Isoxazolilpenicilinas (Cloxacilina, Dicloxacilina e Flucloxacilina): são bastante eficazes pois estão protegidas da enzima que degrada as penicilinas, e desta forma escapa a um dos mecanismos mais usuais de resistência. Tem uma acção muito específica para Staphylococcus; Acilureidopenicilinas (Piperacilina, Mezlocilina e Azlocilina): são utilizadas tanto em bactéria gram-positivas como em gram-negativas. O seu espectro inclui bactérias gram- negativas e está direccionada para o combate a Enterobacteriaceae e Pseudomona. Cefalosporinas: Primeira Geração (Cefalotina, Cefradina, Cefalexina e Cefazolina): o seu espectro de acção apenas está direccionado para as bactérias gram-positivas; Anel β-lactâmico Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 23 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Segunda Geração (Cefuroxima e Cefaclor): relativamente ao seu espectro de acção existe quase como que uma igualdade qualitativa no efeito sobre bactérias gram-positivas e negativas; Terceira Geração (Cefotaxima, Ceftriaxona, Ceftazidima, Cefixima e Ceftizoxima): nesta geração começa a existir um predomínio da acção sobre as bactérias gram-negativas, quase que deixam de ser eficazes perante infecções provocadas por bactérias gram-positivas; Quarta Geração (Cefepima e Cefpiroma): nesta última geração o espectro de acção é como que resultado da junção do de 1ª com o 3ª geração, o que nos leva a um espectro com um alargado campo de acção. Carbapenemos (Imipenem e Meropenem): possuem o espectro de acção mais alargado, sem quase 100% eficaz em todas as bactérias; Nota: Apesar de serem a família com o espectro mais alargado, que inclui bactérias gram-positivas, gram-negativas e anaeróbios, são usadas apenas em casos excepcionais. O seu uso encontra-se reservado a situações onde ainda é desconhecido o agente causador da infecção, para que se evite criar resistência e ainda manter um equilíbrio saudável com a população indígena, que com o uso destes antibióticos se encontra em risco. Monobactamas (Aztreonam): o seu espectro de acção está direccionado para Enterobacteriaceae, não tão eficazmente para Pseudomonas, e sem acção sobre nãoanaeróbios e bactérias gram-positivas; Nota: Muitas bactérias possuem já enzimas, as -lactamases, que permitem ter resistência aos antibióticos da classe dos -lactâmicos, e como tal houve a necessidade de se criarem inibidores dessas enzimas: - Ácido Clavulânico - Tazobactama - Sulbactama Glicopéptidos (Destroem a Parede Celular): Fármacos Disponíveis: Vancomicina e Teicoplanina. Espectro de Acção: Bactérias Gram-Positivas. Mecanismos de Resistência: Alteração do Alvo Bacteriano e Diminuição da Permeabilidade Celular. Aminoglicosídeos (Inibem a Síntese Proteica): Fármacos Disponíveis: Gentamicina, Netilmicina, Tobramicina, Amicacina e Estreptomicina. Espectro de Acção: Enterobacteriaceae, Pseudomonas (Staphylococcus) e Não Streptococcus, Enterococcus, Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Diminuição da Permeabilidade da Membrana Celular, Alteração da Sub-Unidade 30S do Ribossoma e Produção de enzimas inactivadoras dos aminoglicosídeos. Nota: Sinergismo quando associados a antibióticos -lactâmicos, ou seja 1+1=3, ou seja, o seu efeito conjugado é maior do que se somarmos os seus efeitos separados. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 24 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Raramente se utilizam associações, no entanto na tuberculose usa-se sempre combinações de 3 ou mais. Tetraciclinas (Bacteriostáticos): Fármacos Disponíveis: Tetraciclina, Doxiciclina e Minociclina. Espectro de Acção: bactérias gram-positvos e gram-negativos, Haemophilus, Mycoplasma e Chlamydia. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo, diminuição da permeabilidade celular, efluxo activo. Cloranfenicol (Bacteriostáticos): Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas, Haemophilus, Mycoplasma, Chlamydia e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Produção de CAT – Cloranfenicol acetiltransferase. Nota: foi deixado de usar pois era tóxico para a medula óssea e provocava anemia. Macrólidos, Lincosamidas e Estreptograminas – MLS (Inibição da Sintese Proteica): Fármacos Disponíveis: Macrólidos (Eritromicina, Claritromicina, Azitromicina, Roxitromicina e Diritromicina), Lincosamidas (Lincomicina e Clindamicina) e Estreptograminas (Quinopristina /Dalfopristina). Espectro de Acção: Bactérias gram-positivas (excepto Enterococcus), Haemophilus, Mycoplasma, Chlamydia, Legionella e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo (metilação do ribossoma), inactivação enzimática e efluxo activo. Nota: esta família de antibióticos é usada com mais frequência nas infecções respiratórias. Quinolonas (Inibição da Síntese DNA): Fármacos Disponíveis: Ácido nalidíxico, Norfloxacina, Ofloxacina, Ciprofloxacina, Levofloxacina, Moxifloxacina… Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas e não anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo (topoisomerase ou girase do DNA) e diminuição da permeabilidade celular. Co-trimoxazol (Não é uma clase, mas promove Alteração das Vias Metabólicas): Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas, não Pseudomonas, Enterococcus e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração das vias metabólicas. Resistência a Antibióticos A resistência antibiótica, resistência a antibióticos ou resistência antimicrobiana, é a capacidade dos microrganismos de resistir aos efeitos de um antibiótico ou antimicrobiano. Esta pode ser adquirida via: transformação, conjugação, transdução e mutação. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 25 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Em bactérias aparece a partir do momento que as pessoas utilizam antibióticos menos potentes fazendo então a selecção das bactérias mais fortes, sendo assim criada uma nova descendência bacteriológica resistente ao medicamento utilizado anteriormente. O uso indevido de antibióticos acarreta essa selecção. Mecanismos de Resistência Existem diversos mecanismos de resistência a antibióticos, no entanto muitas das bactérias acabam por desenvolver mais do que um mecanismo o que torna mais difícil o seu combate: 1. Inactivação ou Modificação Enzimática, através de alteração de alguns aminoácidos na sequência proteica evitam que haja uma ligação entre o agente e o alvo, ou isso faz-se como uma menor afinidade; 2. Alteração da Permeabilidade, este mecanismo é muito comum e faz com que fármacos que eram facilmente difundidos através da membrana deixem de o ser, ou o sejam de forma muito lenta e em baixas concentrações. Este processo pode dar-se pela alteração dos canais transportadores, que ao se dar uma mutação pontual numa das cadeias podem ocluir completamente o seu lúmen ou diminuir consideravelmente o diâmetro deste; também com estas mutações pode surgir a alteração de cargas no canal iónico e alterar assim a sua tolerância a determinadas substancias; 3. Efluxo Activo, no efluxo activo a substância continua a ser absorvida pelo microrganismos, no entanto desenvolvem-se mecanismos que o expulsão, geralmente por exocitose, e não permitem que este tenha efeito sobre o seu alvo; 4. Modificação do Alvo, sem dúvida um dos mecanismos mais conhecidos, uma mutação que altera a sequência que iria ser reconhecida pelo agente e desta forma evita que este se ligue; 5. Vias Metabólicas Alternativas, neste caso apesar de ter uma via metabólica inactivada, a bactéria continua a realizar esse mesmo processo, mas por outra via sobre a qual o nosso fármaco não tem qualquer efeito. Grande parte destes mecanismos de resistência devem-se a: • Mutações; • Produção de β-lactamidases (ex. penicilinases e cefalosporinases); • Diminuição da Permeabilidade Celular; • Aquisição de novas Sequências Genómicas por Transferência Horizontal. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 26 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Propriedades dos Vírus Vírus são elementos genéticos que se replicam em células e que têm uma fase extracelular infecciosa, não são seres vivos. Possuem uma absoluta dependência de um organismo vivo para a sua replicação, são por isso parasitas intracelulares obrigatórios. Possuem algumas características que lhes conferem o seu estatuto de não seres vivos: - Incapazes de produzir energia ou proteínas independentemente da célula hospedeira; - Genomas podem ser de RNA ou DNA, e nunca ambos; - Possuem cápsula nua ou com invólucro; - Os componentes virais são agrupados e não replicados por divisão; - Agentes filtráveis; - Parasitas intracelulares obrigatórios. Todas estas características fazem com que os vírus sofram algumas consequências: - Não são seres vivos; - Têm que ser infecciosos para persistirem; - Têm que ser capazes de utilizar o hospedeiro para produzir os seus componentes; - Têm que codificar processos que não possam ser fornecidos pela célula hospedeira; - Os componentes virais têm que se agrupar de forma autónoma. O vírus mais simples é composto por um genoma de ácido desoxirribonucleico (DNA) ou ácido ribonucleico (RNA) contido dentro de uma cápsula protectora de proteínas e, em alguns vírus, acrescida de uma membrana. Estrutura As unidades utilizadas na medição do tamanho dos vírus são os nanómetros. Sendo que o tamanho dos vírus clinicamente mais activos está na ordem dos 18 nm até aos 300 nm. Estes últimos são visíveis mediante o uso de um microscópio óptico, e o seu tamanho é aproximadamente o de uma célula de Staphylococcus. Os virióes de grande tamanho podem ter um genoma maior e capaz de codificar mais proteínas, e por isso, são regra geral, possuidores de uma estrutura e mecanismos mais complexos.Relativamente à sua estrutura os vírus podem ser diferenciados relativamente a diversas características: - Genoma, pode ser de DNA ou RNA, e deve conter a informação necessária para a formação, replicação e transmissão do vírus. O genoma pode estar contido numa única sequência ou ser composto por vários fragmento individuais, que na sua totalidade constituem o genoma funcional e estrutural do Fig. 6 - Estrutura e Morfologias dos Vírus Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 27 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano vírus. O genoma pode estar envolto por uma cápsula ou com proteínas de fixação dos ácidos nucleicos associadas e formar uma nucleocápsula. O seu genoma pode ser: Fig. 7 - Genomas Virais - Cápsula, pode ser formada por uma ou mais proteínas e pode apresentar diferentes simetrias: - Simetria Icosaédrica, é mais estável termodinamicamente. Tem como função proteger o conteúdo viral no exterior do hospedeiro, no entanto tem que ser capaz de se desintegrar no interior da célula. Esta característica faz com que se possa designar a cápsula de meta-estável. Para que a cápsula se desintegre podem existir diversas interacções, como é o caso da baixa de pH e/ou a interacção entre as proteínas virais e a célula hospedeira. Este tipo de simetria faz com que haja uma restrição no tamanho e mobilidade do vírus; - Simetria Helicoidal, é constituída por uma cápsula em redor do genoma viral, apesar de conferir uma menor resistência permite uma fácil alteração no tamanho e mobilidade do vírus; A cápsula é responsável pelas interacções entre a particular viral e a célula hospedeira, sendo que muitas vezes a sua destruição leva à inactivação do vírus. Geralmente a cápsula é resistente à desidratação, aos ácidos e detergentes. - Invólucro, a existência ou não de invólucro leva a alterações na estabilidade dos vírus em determinados ambientes, sendo que se podem distinguir dois grandes grupos relativamente a esta característica: vírus nus ou vírus com invólucro. O invólucro é constituído por lípidos, proteínas e glicoproteínas. A sua estrutura membranosa apenas é estável em meios aquosos, logo é susceptível a ambientes desidratados ou ácidos, bem como a detergentes ou dissolventes. Fig. 10 - Estrutura dos Vírus (Vírus Nus à Direita e Vírus com Invólucro à Esquerda) Fig. 8 - Simetria Helicoidal Fig. 9 - Simetria Icosaédrica Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 28 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Vírus com Cápsula A cápsula viral é produto de um aglomerar de proteínas que vão formando sucessivamente unidades de maior dimensão. Todos os componentes da cápsula possuem características que lhes permitem manter-se unidas e constituir esta unidade maior. As proteínas estruturais agrupam-se em subunidades, as quais se unem para formar os protómeros, depois capsómeros e por fim formam a pró-cápsula ou cápsula. As estruturas virais mais simples podem ter uma simetria helicoidal ou icosaédrica. Apenas há a salientar que na simetria icosaédrica a cápsula é formada por 12 capsómeros, sendo que cada um deles é constituído pela associação de cinco proteínas – pentona ou pentâmero. Podem ainda existir vírus que possuem subunidades constituídas por seis unidades – hexonas. Cada uma destas subunidades possui geralmente uma proteína de adesão viral (VAP), para que o vírus se possa unir a uma célula alvo especifica. Estrutura dos Vírus com Invólucro Componentes Membrana Lípidos Proteínas Glicoproteínas Propriedades É facilmente alterado nos seguintes factores ambientais: - Ácido -Detergentes - Desidratação - Calor Altera a sua membrana durante a replicação É libertado por gemulação e lise celular Consequências Deve permanecer num ambiente húmido No pode sobreviver no tubo digestivo Propaga-se mediante gotículas de grande tamanho, secreção, transplante de órgãos e transfusões de sangue Não necessita de destruir a célula para se propagar Para protecção e controlo adequados pode ser necessário anticorpos e uma resposta imunitária do tipo celular A hipersensibilidade e inflamação provocam imunopatogenicidade Fig. 11 - Formação da Cápsula Viral Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 29 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Estrutura dos Vírus com Cápsula Componente Proteínas Propriedades É estável nos seguintes ambientes: - Temperatura - Acido - Proteases - Detergentes - Desidratação É libertado das células por lise Consequências Pode propagar-se facilmente Pode desidratar e conservar virulência Pode sobreviver em condições adversas do intestino Pode ser resistente aos detergentes e às água residuais mal processadas Os anticorpos podem ser suficientes para proporcionar imunoprotecção ao hospedeiro Vírus com Invólucro O invólucro dos vírus é formado por lípidos, proteínas e glicoproteínas; possuindo uma estrutura membranosa idêntica à das membranas celulares. A grande maioria das glicoproteínas actuam como proteínas de adesão viral (VAP), um dos exemplos são as hemaglutininas (HA). É importante salientar que todos os vírus que possuem RNA de senso negativo (RNA-) apresentam invólucro. Produção Viral A produção viral é composta por diversas fases com características diferentes. É necessário um período de inclusão, em que o vírus infecta a célula hospedeira, de seguida existe um período em que já existe a produção de partículas virais no entanto estas ainda não estão completas, nem são detectáveis – período de eclipse; por fim existe a fase de maturação em que as partículas virais se começam a desenvolver, no entanto ainda permanecem dentro da célula. Só após a lise ou exocitose destas partículas é que podem ser Fig. 12 - VAP - Hemaglutinina Fig. 13 - Relação Tempo/Parículas Virais durante a Infecção Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 30 de 371 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano detectadas partículas virais fora da célula. Por outro lado existe ainda uma análise da produção viral face à produção de proteínas/enzimas. Logo após a infecção começam a produzir-se as primeiras enzimas que vão permitir todo o desenrolar do restante processo, de seguida dá-se a replicação do RNA/DNA, o que consequentemente leva á síntese de proteínas virais, por fim ocorre a libertação das partículas virais. Passando agora a ser mais especifico, cada uma das fases caracteriza-se por: - Fase Precoce, o vírus deve reconhecer a célula alvo apropriada, unir-se a ela, atravessar a sua membrana plasmática, ser capturado pela célula, libertar o seu genoma no citoplasma e se assim for preciso introduzi-lo no núcleo. - Fase Tardia, caracteriza-se pelo início da replicação do genoma e síntese de macromoléculas virais, prosseguindo com a aglomeração e libertação dos vírus; A perda do invólucro do genoma, que ocorre durante a fase precoce, faz com que o vírus perca a sua virulência e deixe de ser uma estrutura identificável. Neste período ocorre como que um eclipse e por isso é designado por período de eclipse. O período de latência é aquele em que não se detecta a presença do vírus no espaço extracelular, inclui o período de eclipse e termina com a libertação dos novos vírus. Podem surgir partículas infecciosas que devido a mutações ou a erros no processo de síntese e aglomeração não possuem virulência. Reconhecimento e União à Célula Alvo Em princípio o que determina quais são as células alvo a ser infectadas por um vírus é a união das proteínas de adesão viral ou das estruturas localizadas
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