Introdução à Microbiologia & Biologia das Bactérias_2017.2.pdf

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Introdução à 
Microbiologia
Profª. Dra. Taiara Aguiar Caires
Microbiologia e Imunologia 
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O que é Microbiologia? 
Qual o seu objeto de 
estudo? De que forma 
ela influencia na nossa 
vida?
Microbiologia
1. Definição
2. Objeto de 
estudo
3. Aplicação 
alimentícia
4. Aplicação 
Farmacêutica
5. Aplicação 
Industrial
6. Aplicação 
médica
7. Patogenicidade
8. Importância 
Ambiental
Microbiologia: conceito
➢ Definida como a ciência que estuda a
biologia dos organismos microscópicos
tendo como objeto os “micróbios” ou
“micro-organismos”;
➢ Micróbios/Micro-organismos: organismos muito
pequenos que, em geral, somente podem ser
visualizados com o uso de um microscópio;
Nosso microbioma…
✓ Total de células humanas: ~ 37,2 
trilhões;
✓ Cerca de 40 trilhões de micróbios;
✓ Intestino grosso, onde vive a maior 
parte do nosso microbioma, devem 
existir ~39 trilhões de células 
bacterianas;
✓ Pele, boca, intestino delgado e 
estômago: contêm poucas bactérias;
✓ O tamanho do microbioma varia com 
a idade, o sexo, a altura e o peso da 
pessoa;
✓ a cada vez que uma pessoa defeca ela 
libera cerca de um terço das bactérias 
presentes no cólon.
Bakalar, 2016
O origem da Microbiologia
✓ Séc. XVII: Anton van 
Leeuwenhoek;
✓ Pai da microbiologia;
✓ Cartas descrevendo 
“animáculos” na água, 
dentes e fezes, para a Royal 
Society of London. 
A árvore filogenética da vida
Três domínios de 
organismos
Divergência a partir 
de um ancestral 
comum
Micróbios
Bactérias
Fungos
Protozoários
Algas 
microscópicas
Leveduras
Filamentosos
Alga unicelular.....
Acetabularia
Unicelularidade
x 
Dimensão
Nem tudo que é 
unicelular não é 
visível a olho nu!!
E os vírus??
➢ Entidades acelulares;
➢ Por vezes consideradas a 
fronteira entre seres vivos e 
não vivos;
➢ Incluídos como objeto de 
estudo na Microbiologia.
Microbiologia
Bacteriologia
Micologia Virologia
Ficologia
Importância dos micro-organismos
✓ Ciclagem dos elementos pela degradação da matéria orgânica;
✓ Benefício/prejuízo à saúde do homem, animais e outros seres vivos;
✓ Participam das atividades produtivas da vida do homem.
Responsáveis pela 
manutenção da vida 
na Terra!
Por que??
Importância e utilização
✓ Indústria alimentícia: 
✓ Fabricação de vinagre, iogurte, manteiga, queijos.
✓ Indústria farmacêutica:
✓ Fabricação de antibióticos, acetona, ácidos orgânicos, álcoois.
✓ Patogenicidade: causadores de doenças (pequena fração);
✓ Microbiota – seres humanos: ex. digestão;
✓ Importância ambiental: atuam no ciclo do nitrogênio, fotossíntese ( O2).
Micro-
organismos
Eucarióticos Acelular
Procarióticos
Vírus
Bactérias
Algas 
(cianobactérias)
Fungos
Protozoários
Algas
Procariotos x Eucariotos
Pro karyon = 
antes do cerne, 
núcleo
Eu karyon = 
verdadeiro 
cerne
Origem e Evolução da Célula Eucariótica
✓ Teoria do surgimento das organelas: 
2,7 bilhões de anos;
✓ Invaginação formou “envelope” envolta 
do DNA;
✓A partir desta invaginação formou-se o 
sistema de endomembranas (de Duve, 
1996):
✓ Evento crítico para a compartimentalização 
de tarefas e desenvolvimento de 
complexidade.
Hipótese para o surgimento do núcleo e do retículo endoplasmático
Origem e Evolução da Célula Eucariótica
✓ Teoria para o surgimento das 
mitocôndrias e células eucarióticas 
aeróbicas;
✓ Teoria da endossimbiose (Lynn Margulis, 
1967).
✓ Bactéria fagocitada recebe nutrientes da 
célula que a englobou e fornece energia 
para esta, numa relação simbiótica.
Hipótese para o surgimento da mitocôndria
Origem e Evolução da Célula Eucariótica
✓ Teoria para o surgimento dos 
cloroplastos e células eucarióticas 
fotossintetizantes;
✓ Teoria da endossimbiose (Lynn 
Margulis, 1967).
✓ Ancestral cianobacteriano 
engolfado por uma célula 
eucariótica aeróbica.
Hipótese para o surgimento do cloroplasto
cianobactéria
Bactéria 
fotossintética
Cloroplastos com 
duas membranas
Organelas em Eucariotos
RER: rede de cisternas membranosas com 
ribossomos aderidos à sua parede. Síntese 
de proteínas de membrana, proteínas 
secretadas
REL: rede de cisternas membranosas, indo 
da membrana nuclear por todo o 
citoplasma. Síntese de fosfolipídeos e 
ácidos graxos
Núcleo: contém o material 
genético, replicação DNA, 
síntese RNA
Golgi: sacos membranosos 
onde ocorrem modificações 
de proteínas para posterior 
“endereçamento” e secreção
Lisossomos: pequenos sacos de enzimas que 
degradam moléculas endocitadas e organelas
Citoesqueleto: redes de filamentos 
proteicos. Estrutura e movimento 
celular, organização e movimento 
de organelas
Mitocôndria: geração de energia 
Peroxissomos: degradação de 
ácidos graxos, aminoácidos e 
produtos tóxicos 
Procariotos x Eucariotos
CARACTERÍSTICAS PROCARIOTOS EUCARIOTOS
Núcleo Ausente Presente
Diâmetro celular 0,2 – 6 (80) µm 10 a 100 µm
Citoesqueleto Presente* Presente
Organelas Ausente Presente
Conteúdo de DNA (pares de bases) 106 107 a 109
Cromossomos Única molécula
circular*
Múltiplas moléculas
lineares
Biologia de Bactérias
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Procariotos Atuais
Procarioto 
Ancestral
Archea
Bacteria
Bacteria: bactérias 
verdadeiras; habitam 
tecidos animais e vegetais, 
água, solo; agentes de 
enfermidades infecciosas.
Archaea: não são 
consideradas bactérias; 
habitam água, solo e 
ambientes hostis.
Morfologia das células procarióticas
Staphylococcus aureus
Streptococcus sp.
Bacillus anthracis
Brucella sp.
Vibrio cholerae
Leptospira sp.
Heterocito
Acineto
Cyanobacteria
Morfologia das células bacterianas
➢ Cocos (esféricos):
➢ Diplococos (pares);
➢ Estreptococos (cadeias);
➢ Estafilococos (cachos).
➢ Bacilos (bastão):
➢ Único;
➢ Diplobacilos (pares);
➢ Cocobacilos (ovais);
➢ Estreptobacilos (cadeias).
➢ EspiraisS:
➢ Vibriões (vírgula);
➢ Espirilo (helicoidal);
➢ Espiroquetas (helicoidal, flexível).
Morfologia das células bacterianas
Célula bacteriana
Fímbrias
Cápsula
Parede celular
Plasmídeos
DNA circular
Nucleoide
Flagelo
Enzimas relacionadas
com a respiração,
ligadas à face
interna da membrana
plasmática
Mesossomo
Citoplasma
Ribossomos
Membrana plasmática
Auxiliam as
células na
aderência às
superfícies
Moléculas de DNA circular,
menor que o cromossomo;
contém genes que codificam
funções importantes.
Características dos Procariotos
✓ Presença de parede celular:
✓ Confere a forma bacteriana; 
✓Externa à membrana celular e 
semirrígida;
✓ Composta por peptideoglicanos;
✓Mantém a forma característica 
da célula;
✓ Protege contra a lise osmótica e 
alterações ambientais.
Lipopolissacarídeos (LPS): diferencia as espécies e atuam como antígeno.
Tipos de Parede Celular
✓ Classificação pela técnica de 
Gram em dois grandes grupos; 
Hans Christian Gram 
(1853 – 1938) 
Bacteria
Gram-
positiva
Gram-
negativa
Procariotos Atuais
✓ Bactérias Gram-positivas: parede celular tem uma 
camada espessa de peptideoglicano (rede de 
sacarídeos e aminoácidos); as células coram em roxo.
✓ Bactérias Gram-negativas: parede tem uma membrana
externa (fosfolipídeos e lipopolissacarídeos) e uma fina
camada de peptideoglicano; coram-se em rosa ou vermelho.
Procariotos Atuais
✓ Bactérias Gram-positivas: parede celular tem uma 
camada espessa de peptideoglicano (rede de 
sacarídeos e aminoácidos); as células coram em roxo.
✓ Bactérias Gram-negativas: parede tem uma membranaexterna (fosfolipídeos e lipopolissacarídeos) e uma fina
camada de peptideoglicano; coram-se em rosa ou vermelho.
Parede celular
Bactéria Gram-
negativa
Bactéria Gram-
positiva
Ação de antibióticos
Bactéria Gram-positiva
Penicilina
Lisozima
Bactérias atípicas
➢ Não possuem parede celular;
➢Membrana plasmática possui lipídios esteróis;
➢ Ex: Mycoplasma.
Apêndices Bacterianos – Pili ou Fímbrias
✓ Pili ou Fímbrias:
✓ Filamentos compostos por 
proteínas (pilina);
✓ Adesão celular;
✓ Formação de biofilmes;
✓ Transferência de material 
genético por conjugação;
✓ Presentes em Gram-
negativas.
Pili conjugativo
Apêndices Bacterianos – Cápsula
✓Camada de polissacarídeos;
✓ Externa à parede celular; 
✓ Proteção contra fagocitose, sistema 
complementar (maior poder infectante);
✓ Aderência a células e ambientes;
✓ Formação de biofilmes;
✓ Resistência a antibióticos; 
✓ Reservatório de água e nutrientes e proteção 
contra desidratação;
✓Mais comum nas Gram-negativas;
✓ Atua contra o ataque de bacteriófagos e 
materiais hidrofóbicos (ex.: detergentes).
Bacillus anthracis
(ácido poli D-glutâmico)
Streptococcus pyogenes
(ácido hialurônico)
Formação de biofilme bacteriano
Apêndices Bacterianos - Flagelos
✓ Flagelos:
✓ Aparato de locomoção 
bacteriano, composto de 
proteínas (flagelina);
✓ Flagelina: atua como
antígeno;
✓ Presentes na maioria 
das Gram-negativas.
Flagelo Bacteriano x Flagelo Eucariótico
Infecções bacterianas x alimentos
Staphylococcus aureus ➢ Agente de mastites, dermatites e foliculites em bovinos, 
ovinos, suínos, equinos e cães.
Infecções Bacterianas
◦ Conhecidas como algas-azuis 
ou cianofíceas;
◦ Pré-Cambriano (3,5 milhões): 
“Era das Cianobactérias”;
◦ Primeiros organismos 
fotossintetizantes;
◦ Modificação da atmosfera 
terrestre - ↑ O2;
◦ Estromatólitos: fósseis vivos 
(adesão de CaCO3).
Procariotos fotossintetizantes: Cyanobacteria
Shark Bay, Austrália
Silva et al. (2013)Govindjee & Shevela (2011)
Cyanobacteria: fixação de nitrogênio
Jill et al. (2011)
Microalgas: Cyanobacteria
Canter-Lund & Canter (1995)
 Filamentosa: heterocitadas; Filamentosa: homocitadas;  Unicelular (cocoide):
IB
t-
SP
Cyanobacteria: Spirulina
Cyanobacteria: produção de compostos
Adaptado de Teixeira (2010)
Substâncias do 
Metabolismo 
Primário
Substâncias do 
Metabolismo 
Secundário
Funções 
Básicas 
Vitais
Processos 
muito 
antigos
Sobrevivência
Funções 
Ecológicas
Processos 
dinâmicos e 
diversificados
Adaptação
Abed et al. (2008); Engene et al. (2015) 
Lyngbya majuscula
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Phormidium tenue
 Anti-viral - HIV (AIDS):
Atividades Biológicas
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 Spirulina platensis:
 Ação anti-hipertensiva;
 Produção de vitaminas B e E.
 Caldora penicillata:
 Atividade antitumoral (dolastatina 10).
Cianotoxinas
Compostos bioativos secundários tóxicos produzidos pelas 
cianobactérias;
Classificadas de acordo com seus efeitos biológicos (Calijuri et al. 2006):
Ação no Organismo
Neurotóxicas Hepatotóxicas DermatotóxicasCitotóxicas
Neurotoxinas
➢ Inibem a condução nervosa nas células:
➢ Bloqueiam os canais de sódio, resultando em paralisia e
falência respiratória (Carmichael 1994).
➢ Anatoxina-a: morte em poucos minutos a horas;
➢ Estrutura semelhante à da cocaína e acetilcolina (Whitton
& Potts 2000).
➢ Homoanatoxina-a: similar à anatoxina-a.
http://openi.nlm.nih.gov/
Axônio 
terminal
Axônio 
terminal
Axônio 
terminal
Axônio 
terminal
Evento Normal
Acetilcolina
Toxina ligada ao 
receptor 
irreversivelmente
Célula
Muscular
Célula
Muscular
Canal aberto
Músculo contraído
Canal aberto
Músculo contraído
Toxina ligada à 
acetilcoli-
nesterase
Efeitos da 
Anatoxina-a(s)
Efeitos da Anatoxina-
a/
Homoanatoxina-a
Acetilcolina ligada 
ao receptor
Célula
Muscular
Canal fechado
Músculo relaxado
Célula
Muscular
Canal aberto
Músculo contraído
Receptor 
livre
Acetilcolinesterase
Canal de 
Sódio
Acetilcolina
degradada
Não
degrada
Neurotoxinas
➢ Anatoxina-a(s): promove intensa salivação em
vertebrados;
◦ 10x mais tóxica que a anatoxina-a;
➢ Saxitoxina (ou PSP – veneno paralisante de
moluscos):
◦ Doses letais para o homem: 1-3mg (Affe & Barboni 2012).
http://openi.nlm.nih.gov/
Axônio 
terminal
Axônio 
terminal
Axônio 
terminal
Axônio 
terminal
Evento Normal
Acetilcolina
Toxina ligada ao 
receptor 
irreversivelmente
Célula
Muscular
Célula
Muscular
Canal aberto
Músculo contraído
Canal aberto
Músculo contraído
Toxina ligada à 
acetilcoli-
nesterase
Efeitos da Anatoxina-
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Efeitos da Anatoxina-a/
Homoanatoxina-a
Acetilcolina ligada ao 
receptor
Célula
Muscular
Canal fechado
Músculo relaxado
Célula
Muscular
Canal aberto
Músculo contraído
Receptor 
livre
Acetilcolinesterase
Canal de 
Sódio
Acetilcolina
degradada
Não
degrada
S T X
Neurotoxina BMAA: estudo de caso
➢ Provável causa da Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA), Parkinson
e Alzheimer na população – única toxina com efeito
cumulativo/crônico;
➢ Alta concentração de BMAA nas sementes;
➢ Biomagnificação na cadeia alimentar.
➢
Cox et al. (2003) Nostoc
Chamorro, Ilha de Guam, 
Oceano Pacífico 
Neurotoxinas: principais gêneros produtores
Cylindrospermopsis
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Hepatotoxinas: microcistinas
➢Microcistinas: 
➢ Intoxicações agudas: hemorragia intra-hepática, choque hipovolêmico (Azevedo 
1994);
➢ Intoxicações crônicas: nódulos cancerígenos no fígado – ocorrência em localidade 
na China (Humpage & Falconer 1999; Coelho 1998).
Microcistina
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Ducto Biliar
Hepatócitos
Fígado Normal Fígado após a ação da toxina
Capilar
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Danificado
Fluxo do sangue para o tecido hepático
Hepatotoxinas: microcistinas
➢Microcistinas: 
➢ Intoxicações agudas: hemorragia intra-hepática, choque hipovolêmico (Azevedo 
1994);
➢ Intoxicações crônicas: nódulos cancerígenos no fígado – ocorrência em localidade 
na China (Humpage & Falconer 1999; Coelho 1998).
Microcistina
co
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ikim
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Ducto Biliar
Hepatócitos
Fígado Normal Fígado após a ação da toxina
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C
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Capilar
Danificado
Fluxo do sangue para o tecido hepático
Azevedo et al. 1998
Fígado normal Fígado intoxicado
Synechocystis
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Microcistinas: principais gêneros produtores
Anabaena
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Oscillatoria
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Microcystis aeruginosa
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Toxicidade comparativa de toxinas naturais e sintéticas
Toxina Fonte Tipo de organismo Dose Letal (DL50)*
Toxina botulínica Clostridium botulinumBactéria 0,00003
Toxina tetânica Clostridium tetani Bactéria 0,0001
Ricina Ricinus comunis Planta (mamona) 0,02
Toxina diftérica Corynebacterium diphtheriae Bactéria 0,3
Kokoi Phyllobates bicolor Animal (sapo) 2,7
Tetrodotoxina Arothron meleagris Animal (peixe) 8
Saxitoxina Aphanizomenon flos-aquae Cianobactéria 9
Toxina de cobra Naja naja Animal (cobra) 20
Nodularina Nodularia spumigena Cianobactéria 50
Microcistina-LR Microcystis aeruginosa Cianobactéria 50
Anatoxina-a(s) Anabaena flos-aquae Cianobactéria 20
Anatoxina-a Anabaena flos-aquae Cianobactéria 200
Curare Chondodendron tomentosum Planta 500
Estricnina Strychnos nox-vomica Planta 500
2,3,7,8-TCDD (dioxina) Contaminante do agente laranja Produto de síntese 100-600
Amatoxina Amanita sp Fungo 200-500
Muscarina Amanita muscaria Fungo 1100
Falotoxina Amanita phalloides Fungo 1500-2000
Cianeto de sódio Sal do ácido cianídrico Sal inorgânico 1000
Malathion Inseticida clorado Produto sintético 8000
*Valores da DL50 em camundongos, em g.kg
-1 de peso corpóreo, por via intraperitonial
Carmichael (1999)
Florações x Saúde Pública
Florações:
◦ Alteração nas características físico-químicas da água: coloração, odor, sabor e possível
presença de toxinas;
◦ Aumento dos custos no tratamento da água para abastecimento.
Lago Zaca (EUA): condições normais 
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Lago Zaca (EUA): com floração
Redução da transparência 
Microalgas: micro-organismos eucarióticos
➢ Dinophyta (dinoflagelados);
➢ Bacillariophyceae (diatomáceas);
➢ Chlorophyta (algas verdes).
Microalgas verdes: morfologia
◦ Unicelular e filamentoso.
Ulothrix
Xanthidium
Volvox
Micrasterias
Staurastrum
Spirogyra
Pediastrum
Chlamydomonas Pediastrum
Microalgas verdes
➢ Botryococcus: produção de biodiesel;
➢ Prototheca- prototecose: patologia cutânea;
➢ Antibióticos e alimentação: Chlorella.
Botryococcus
ProtothecaChlorella
Botryococcus
Microalgas: diatomáceas
➢ Presença de parede celular silicosa (frústula);
➢ Unicelulares na grande maioria;
➢ Principais produtores primários de regiões costeiras: diretamente
relacionadas à produção de recursos pesqueiros;
➢ Alimento para aquicultura – camarões e ostras;
➢Diagnósticos em medicina legal (Ex. caso Mércia Nakashima – Represa 
Nazaré Paulista/SP).
Microalgas: diatomáceas
➢ Algumas espécies podem ser tóxicas: 
Pseudonitzschia (ácido domóico);
➢ Purificação de água, clarificação de 
cerveja, vinho, licor, suco de frutas, 
refino do açúcar, filtração de produtos 
farmacêuticos, óleos, ceras, verniz, 
laquê e diferentes óleos e produtos 
químicos;
➢Carga funcional: indústria de tintas, 
papel, borracha, pasta de dente, 
fármacos e polimento.
Microalgas: dinoflagelados
➢ Unicelulares;
➢Marés vermelhas (blooms): Gymnodinium, Dinophysis, 
Alexandrium
➢ Toxinas produzidas por algumas espécies: saxitoxina e 
goniautoxina;
➢ Endossimbiontes (zooxantelas): corais.
Symbiodinium
Microalgas: dinoflagelados
Microalgas: 
dinoflagelados
Contaminação de 
bivalves filtradores
(ostras, lambretas..)
Vamos ler, pensar 
e discutir o 
texto?
Responda aos seguintes questionamentos:
1. Quais micro-organismos foram citados no texto? Se bacterianos, classifique-os em Gram-
negativas e Gram-positivas, explicando o que as diferencia.
2. Algum(ns) destes micro-organimos são conhecidamente constituintes da flora intestinal 
humana? Qual a relação deste(s) micro-organismo(s) com o parâmetro microbiológico 
“coliformes” avaliado?
3. Quais as causas mais frequentes das contaminações dos alimentos? Qual a sua relação com a 
temperatura?
4. Qual a importância da educação e/ou qualificação para evitar as contaminações alimentares?
5. A metodologia utilizada na pesquisa foi adequada para alcançar o objetivo proposto? Se sim, 
justifique, e se não, indique alternativas.
6. Qual o papel do poder público na mitigação das contaminações alimentares?