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1 Universidade de Lisboa Faculdade de Medicina Veterinária 1º semestre – Ano lectivo 2013/2014 MICROBIOLOGIA I (Componente Teórica) Apontamentos das aulas teóricas – Patrícia Lopes (capítulos sobre generalidades e micologia actualizados por Ana Cristina Miranda). Outras fontes utilizadas: bibliografia recomendada e sebenta “Original por Reisinho” (capítulos sobre a História da Microbiologia, Nutrição Microbiana e Micologia). 2 Apontamentos de Microbiologia I – Componente Teórica A. Taxonomia dos Microorganismos (Capítulo 19 do Prescott) Os microorganismos são seres ubiquitários, porque são encontrados em todo o lado. São essenciais à vida, úteis e prejudiciais. Como há uma grande diversidade temos que os agrupar e para isso é que existe a Taxonomia. Taxonomia – É a ciência que distribui os organismos por categorias taxonómicas ou taxa que traduzem o seu grau de semelhança. É uma ciência que compreende vários componentes: 1. Classificação – define a forma de distribuição dos organismos em grupos taxonómicos (taxa; singular taxon), com base em semelhança mútua ou relação evolutiva. 2. Nomenclatura – atribuição de nomes a grupos taxonómicos de acordo com regras estabelecidas. 3. Identificação – determinação do grupo a que pertence um determinado organismo isolado. Sistemas de classificação: 1. Classificação Natural – baseava-se apenas nas características anatómicas dos organismos e dividiu os organismos apenas em 2 reinos. Como as bactérias foram agrupadas nas plantas, foram designadas por microflora, mas este termo está errado! O termo correcto é microbiota! O termo microbiota normalmente designa organismos comensais. 2. Classificação Fenética – Agrupa os organismos com base em semelhanças fenotípicas mútuas. As características fenotípicas testadas têm todas o mesmo peso. É necessário comparar um grande número de propriedades (morfológicas, bioquímicas, fisiológicas…) de diferentes microrganismos. É muito mais necessário analisar para além das características morfológicas, por exemplo características fisiológicas e metabólicas. A partir destas características constroem-se tabelas e todas as tabelas são utilizadas por uma técnica que se chama Taxonomia Numérica, em que existem programas de computador especializados. O programa informático vai estabelecer um coeficiente de semelhança, depois o computador faz uma matriz de semelhança e por fim faz um Dendograma (um grupo de microrganismos com um grau de semelhança superior a 80% pertencem à mesma espécie bacteriana). 3 (a) Matriz de similaridade (b) Clustering (c) Dendograma 3. Classificação Filogenética – os biólogos começaram a agrupar os organismos com base na história evolutiva. A hierarquia taxonómica revela relações evolutivas ou filogenéticas. Com base nas relações filogenéticas, por exemplo, vemos que o Micoplasma (sem parede celular) está mais próximo das Gram-positivas, ao contrário do que se devia esperar. Neste tipo de classificação, deixamos de ter Dendogramas e passamos a ter Árvores Filogenéticas. Nas Árvores filogenéticas, o comprimento dos ramos traduz a distância evolutiva de dois organismos. As letras representam os organismos que existem actualmente. Tendo em conta a evolução, Haeckel, criou mais um reino e passámos a ter 3 reinos. Depois Whittaker dividiu os organismos em 5 reinos e estabeleceu a árvore da vida. Classificação em 5 reinos de Whittaker: No entanto, esta classificação não é eficaz para seres microscópicos, por isso recorreu-se à microbiologia molecular, surgindo então a classificação genotípica, que é a actual. 4 4. Classificação Genotípica – a classificação genotípica procura comparar a similaridade genética entre organismos através de várias técnicas. As moléculas mais utilizadas são as moléculas de RNA ribossomal, que são designadas por cronómetros evolutivos. RNA ribossomal, porque: São universais (estão presentes em todos os organismos vivos e com a mesma função); Mantiveram a sua função ao longo da evolução; Sequência nucleotídica contém regiões altamente conservadas em todos os tipos de células, mas cada um dos grupos taxonómicos tem sequências-assinatura específicas. O sistema de 5 reinos de Whittaker não é actualmente aceite pela maioria dos biólogos. As críticas mais apontadas são a falta de distinção entre Archaea e Bacteria, bem como o facto do reino Protista ter muita diversidade, de tal modo que não é útil para a Taxonomia. Finalmente, é criticado o facto de as fronteiras entre os reinos Protista, Plantae e Fungi estarem mal definidas. Carl Woese, foi o pioneiro na utilização de RNA ribossómico em estudos filogenéticos. Estabeleceu três domínios da vida: Bacteria, Archaea e Eukarya. Mais tarde, Cavalier Smith, considera a existência de 2 impérios e 8 reinos. O império Bacteria contém dois reinos, o reino Eubacteria e o reino Archaeobacteria. O império Eucaryota contém seis reinos compostos por organismos eucariotas. Porque interessa a Taxonomia? Que diversidade existe? Em 1987 estavam inscritas 12 espécies, enquanto em 2003 já tínhamos cerca de 40 grupos de espécies bacterianas. Em 2004 surgiram 204 espécies novas. A Taxonomia agrupa em grupos táxonómicos. Temos que saber os grupos taxonómicos das bactérias que estudamos! Cada nível partilha um conjunto de características. Em Taxonomia microbiana o grupo taxonómico base é a espécie. Espécie: conjunto de estirpes que partilham muitas características estáveis e diferem significativamente de outros grupos de estirpes (é subjectivo); conjunto de células bacterianas com composição G+C (genoma) idêntica, e em que a sequência de nucleotídos do DNA apresenta ≥ 70% de semelhança (é a definição mais utilizada por ser menos subjectiva). Para a designação da espécie, utiliza-se o sistema binomial de Lineu. Dentro da mesma espécie temos variedades diferentes. Estirpes ou Variedades Estirpes: população de organismos que se distingue de outras dentro de uma espécie; descende de um único organismo ou cultura pura (isolado); estirpes de uma espécie podem variar ligeiramente de várias formas: Biovar – apresentam diferenças bioquímicas e fisiológicas Morfovar – diferem morfologicamente Serovar – diferem nas propriedades antigénicas 5 Estirpe-tipo: É a primeira estirpe a ser estudada de uma espécie; É geralmente a mais bem caracterizada; Não é necessariamente o membro mais representativo da espécie. Classificação de Procariotas Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology – livro que contém descrições de todas as espécies bacterianas identificadas (actualmente tem 5 volumes). Saber a tabela seguinte: 6 As bactérias são um conjunto extremamente diversificado procariotas que se divide em 23 filos: B. Controlo de Microrganismos através de agentes químicos e físicos (Capítulo 7 do Prescott) Ver este capítulo na componente prática de Microbiologia. 7 C. Dados Históricos da Microbiologia (Capítulo 1 do Prescott) DADOS HISTÓRICOS 1.1. Impacto das grandes epidemias na história da Humanidade A microbiologia tem uma grande importância histórica, dado o grande impacto de surtos desta natureza, na história da Humanidade. Queda do Império Romano Período medieval Renascença – peste dizimou 1/3 da população Europeia(25 milhões) em 4 anos (1351). Nos 80 anos seguintes dizimou 2/3. Levando assim a uma renovação da população. Conquista da América (Cortez,1520) – introdução involuntária de viroses (varíola, sarampo), às quais o hospedeiro Europeu estava habituado, mas o índio não, o que levou à morte de 90% da população de índios em apenas 100 anos. Influenciou a conquista. 1.2. Conhecimento da Origem Microbiana das Doenças Lucretius (Filósofo romano, 98 a 55 a.C.) – foi o primeiro a introduzir a noção de que as doenças eram provocadas por “seres invisíveis”. Esta ideia não foi , porém, aceite e apenas vários séculos mais tarde foi recuperada. Girolamo Fracastoro (Médico, 1478-1553) – sugeriu também que as doenças eram causadas por “seres invisíveis”. 1.2.1. Observação Microscópica Francesco Steluti (1625-30) utilizou um microscópio feito por Galileu. Anthony Van Leeuwenhoek (1673) (costureiro Holandês) – observa microscopicamente, pela primeira vez, microrganismos de águas estagnadas (Protozoários e Bactérias – “animalculos”) utilizando microscópios rudimentares por ele construídos (50 a 300x), e que descreve pormenorizadamente em cartas que então apresentou à Real Sociedade Britânica. Ele confirma e desenvolve as descobertas de Marcello Malpighi sobre os corpúsculos de malpighi (1668), realiza a primeira descrição das hemácias em vários fluídos (1674), observa animáculos – protozoários e bactérias(1677), observa espermatozóides de várias espécies (1678) e apresenta evidências contra geração espontânea (1680). 1.3. Teoria da Geração Espontânea Teoria segundo a qual os seres vivos surgem espontaneamente, a partir de matéria inerte, quando se reunem as condições de vida. Introduzida por Aristóteles (384-322 a.C.) e apesar de controversa só foi banida com o contributo de Louis Pasteur no séc.XIX. Vários autores apresentaram argumentos contra a geração espontânea: Fransisco Redi (médico italiano,1626-97) – faz experiências em que relaciona o aparecimento de larvas de carne e a possibilidade das moscas aí depositarem ovos. Utiliza experimentalmente três frascos com carne, sendo um tapado com papel, outro com gaze e um terceiro destapado. Lazaro Spalarzari (advogado e físico, 1729-99) – experiência dos contentores selados com água e sementes; estudou a influência da fervura da água no aparecimento de microorganismos. 8 Louis Pasteur (1822-95) – resolve totalmente a controvérsia em 1861 com a experiência dos frascos em pescoço de cisne (estes frascos, dado o seu desenho especial, impedem a entrada de bactérias e desde que a água esteja fervida, não há crescimento bacteriano). 1.2 Relação micróbio/doença Galeno (médico grego, 129-199 d.C.) – um dos fundadores da medicina, importantes contribuições na Anatomia e Fisiologia. Defende que a “doença resulta de um desequilíbrio entre os quatro humores: sangue, linfa (fleuma), bílis e bílis negra (melancolia)”. Esta ideia é mantida até ao séc.XVIII. Afostino Rossi (1773-1856) – descobre um fungo que provoca uma doença nos bichos da seda (1835). Berkeley (1845) – determina que um fungo provoca a doença das batatas da Irlanda. Pasteur – estudos de fermentação do vinho por leveduras e sua alteração por bactérias (1854). Determina que a pebrina (uma doença do bicho da seda) é provocada por um protozoário (1865). Joseph Lister (cirurgião inglês, 1827-1912) – institui a desinfecção de feridas, também determina que se a cirurgia fosse antecedida por uma pulverização com fenol (anti-séptico padrão), não se formava uma cicatriz infectada (1867). Robert Koch (alemão, 1843-1910) - cultivo e isolamento de microorganismos (Vibrio cholerae (1883), agente da cólera; Bacilus kock (1882), causador da tuberculose; Bacilus anthracis, que provoca o carbúnculo). É o primeiro a demonstrar, inegavelmente, a relação microorganismo/doença – inocula um animal são com o microorganismo isolado e provocava a doença. Também desenvolveu meios de cultura a partir de estratos de carne (como hoje em dia). Cultivo de bactérias em meio sólido, para isolá-lo e poder formar colónias. Os meios de cultura usados por Koch foram: 1º - batata 2º - extrato de carne com gelatina (mas alguns microorganismos produziam gelatinase, liquefazendo a gelatina) Assistentes: Fannie Hesse introduz o agar (alga de onde se extrai açucar que polimeriza) Richard Petri introduziu a placa de Petri. Koch recebeu o Prémio Nobel em 1905. Postulados de Koch (ainda são válidos para comprovar que um microorganismo causa determinada doença). 1 – O microorganismo tem de estar presente em todos os casos de doença e ausente em todos os animais saudáveis (hoje sabe-se que um microorganismo pode ser inofensivo para um animal e patogénico para outro da mesma espécie). 2 – O microorganismo suspeito tem de ser isolado e cultivado em cultura pura. 3 – A mesma doença deve poder surgir quando um animal são é inoculado com o microorganismo isolado. 4 – O mesmo microorganismo deve ser isolado de novo a partir do hospedeiro experimental. 9 Louis Pasteur – nasceu em 1822, em Dôle (França), filho de um curtidor de peles. Cresce em Arbois. Estuda na École Normale em Paris, torna-se assistente de um professor, realiza estudos cristalográficos e descobre os isómeros orgânicos. Licencia-se em Fisico-Quimica em 1847, tornando-se professor de liceu entre 1848-54. Professor da Universidade de Lille em 1854. Estudos de fermentação (1857-60) – demonstração do papel das leveduras; papel nefasto das bactérias – técnica da Pasteurização (estabelecer um comprimisso entre a temperatura que permite eliminar as bactérias mas não estraga o produto alimentar, e que é de 60ºC a 63ºC durante meia-hora). Controvérsia da geração espontânea, que vai despoletar uma disputa acesa contra os conceituados cientistas Felix Pouchet e Henri Bastlon. Em 1864 realiza uma grande experiência na Academia das Ciências e em 1865 torna-se director da École Normale em Paris. Resolve o problema da pebrina. 1868 – sofre uma trombose que o paralisa do lado direito e da qual só recupera parcialmente. Teoria dos germes da doença (1869). Estuda a cólera das galinhas. Estudos sobre o carbúnculo. Ele pega nos trabalhos de Koch e cria a primeira vacina contra esta doença, atenuando o bacilo laboratorialmente. 1881 – grande experiência de vacinação, em grande rigor científico: inoculação de 25 ovelhas com o agente atenuado contra-prova em público, usando 25 outras ovelhas. Após inoculação, as ovelhas que tinham sido vacinadas não contrairam carbúnculo. O termo “vaccuna” foi introduzido por Pasteur em homenagem a Edward Jenner (1749 – 1823), que fez a primeira contra a varíola (uma vacina empírica, feita a partir de pústulas do úbere de vacas com varíola bovina), 1798. 1881/3 – estuda outras doenças: cólera, septicémia, varíola e difteria. Introduz a noção de assépsia hospitalar e desenvolve técnicas de prevenção de doenças. 1884 – em conjunto com Chamberland, desenvolve filtros de porcelana e prova, pela primeira vez, a existência de vírus (estes filtros retêm as bactérias, deixando passar os vírus – ou agentes infiltráveis). 1885 – descobre a vacina anti-rábica (a raiva é provocada por um vírus e, apesar de não conseguir cultivá-lo, conseguia isolá-lo da saliva de cães raivosos e inoculá-lo. Atenuou-o por passagens sucessivas em coelhos – processo de leporização – para produzir a vacina). Salva a vida de Joseph Meister (menino de 9 anos mordido por um cão raivoso) que se torna seu assistente. Sucederam-seoutros casos de tratamento com soro anti-rábico (proveniente de 10 pessoas que sobreviveram), cujo resultado era variável de acordo com o tempo decorrido após a mordida. 1890 – cria o Instituto Pasteur, em Paris, exclusivamente a partir de doações públicas. Nele estudaram personalidades como: Yersin, que isolou o agente da peste bubónica (Yersinia pestis) e Metchnikoff, que estudou o mecanismo da fagositose (1884). 1895 – morre Outros marcos na história da Microbiologia: 1838– Martinus Beijerink – azotobacter 1890 – Von Behring – anti-toxinas na difteria e do tétano 1892 – Ivanowsky – descreve um vírus pela primeira vez 1900 – Walter Reed – estudos sobre a febre amarela 1902 – Landsteiner – descobre os grupos sanguíneos 6 1903 – Wright – institui a noção de anti-corpo 1906 – Schaudinn e Hoffman – descobrem o agente da sífilis 1910 – Ehrlich – descobre uma terapêutica para a sífilis 1912 – Flemming – descobre a lisozima 1923 – Primeira edição do manual Bergey 1928 – Criffith – primeiros estudos de genética bacteriana 1929 – Flemming – descoberta da Penincilina 1933 – Ruska – iventa o microscópio electrónico de transmissão, permitindo a observação de vírus pela primeira vez. 1944 – Waksman – descobre a estreptomicina 1953 – Watson & Crick – DNA Jenne & Burnet – selecção clonal 1975 – Kohler & Milstein – anticorpos monoclonais 1980 – é inventado o microscópio electrónico de varrimento 1982 – vacina recombinante contra a hepatite B 1983 – Gallo & Montagnier – isolam o HIV 1990 – Terapêutica Genética Década de 90 – biologia molecular baseada em microorganismos com destaque para a bactéria Escherichia coli. D. Bacteriologia (Capítulo 3 do Prescott) Célula Procariota: Protoplasma em vez de citoplasma Nucleóide Em algumas bactérias existem muitos plasmídeos Ribossomas 11 As formas bacterianas podem assumir, predominantemente, 3 tipos de formas: Cocos Bacilos Vibrios Cocobacilos (bacilos muito pequenos que parecem cocos) Pleomórficas – não têm uma forma definida Não encontramos formas de associação nos Vibrios. Nos cocos encontramos 4 ou 5 tipos de associação: Diplococos (associados 2 a 2) Estreptococos (associação em cadeias) Tetradas (associação de 4) Sarcinas (associação de 8 células em cubo) Estafilococos (associação em cacho) Os bacilos não são tão diversificados em termos de formas de associação. Temos: Diplobacilos Estreptobacilos Cocobacilos (bacilos muito pequenos que parecem cocos) Palissada (divisão lado a lado em altura) Vibrio – uma dobra sobre si mesmo. Em forma de vírgula. Para além das formas mais frequentes, as bactérias podem ter uma grande variedade de outras formas, tais como uma forma de espiral ou hélice: Espirilos – mais do que uma ondulação. São rígidos. Espiroquetas – são flexíveis Membrana Citoplasmática: Fronteira mecânica da célula. Barreira selectivamente permeável. Transporte de nutrientes e produtos de metabolismo. Síntese de lípidos e constituintes da parede celular. Alberga vias metabólicas (cadeias respiratórias). Detecção de estímulos ambientais (quimiotaxia). As membranas dos procariotas têm mais proteína do que os eucariotas. Não têm colesterol. No lugar do colesterol, têm hopanóides (é o homólogo do colesterol nas células procariotas). Espaço Periplasmático – espaço entre a membrana plasmática e a parede celular. A substância que ocupa o espaço periplasmático chama-se periplasma. Os processos de síntese, hidrólise, transporte e outros processos metabólicos têm lugar no espaço periplasmático para poupar energia, visto que o espaço antecede imediatamente a membrana celular. As suas funções são: fácil confundir ao m.o 12 Absorção e processamento de nutrientes: - Enzimas hidrolíticas - Proteínas de transporte Contém enzimas para a síntese de peptidoglicano (componente da parede celular) e enzimas de destoxificação. Enzimas que garantem a síntese e a manutenção da parede celular. Protoplasma – Inclui tudo o que está dentro da parede celular, incluindo membrana plasmática e a matriz citoplasmática, onde se encontra o núcleóide, os ribossomas, as invaginações membranares e os corpos de inclusão e o citoesqueleto. Citoesqueleto (sistema proteico intracelular), participa na: Morfologia celular Divisão Polaridade Nucleóide Metabolismo Patogenicidade Corpos de inclusão – armazenamento de compostos orgânicos, inorgânicos e energia. Redução da pressão osmótica (previne de alterações do meio exterior). São de dois tipos: sem membrana com membranas proteicas ou fosfolipídicas. Como ocupam espaço, permitem que a concentração de nutrientes seja elevada. Estratégia que as bactérias têm para condições adversas. Existem dois tipos de corpos de inclusão: Orgânicos. Exemplos: Glicogénio, poli-β-hidroxibutirato (homólogo do glicogénio), Carboxissomas (rubisco nos corpos de inclusão – auxilia a fixação do C02), Armazenamento de azoto (Cyanophycin – arginina + ácido aspártico) e Vacúlos gasosos. Inorgânicos. Exemplos: grânulos polifosfatados (Volutina) ou metacromáticos, grânulos de enxofre (presentes em bactérias quimiossintéticas – o enxofre é dador de electrões) e magnetossomas (orientação no campo magnético terrestre). Nota: a maioria das bactérias com corpos de inclusão não são patogénicas. Ribossomas (proteína + RNA) – têm menores dimensões que os ribossomas dos eucariotas. Duas subunidades: 30S e 50S = 70S (ribossoma procariota) e encontram-se ou na matriz ou associados a membrana. Existem antibióticos, por exemplo, a Citocromicina, que bloqueia no 23S RNA e impede a síntese proteica e a célula morre. Nucleóide – Não está delimitado por uma membrana e pode contactar com a membrana celular. As células podem ter: Um cromossoma circular com DNA de cadeia dupla Um cromossoma linear Mais do que um cromossoma 13 O empacotamento do DNA é efectuado por proteínas especializadas e RNA, mas não por histonas, como se verifica nas células eucariotas. O DNA genómico pode ter um comprimento 230 a 700 vezes superior ao comprimento da célula. A associação bacteriana (Colónia Bacteriana) não é pluricelular, é uma associação apenas física. Plasmídeos: Têm uma origem de replicação própria. São pequenos e constituídos por uma dupla cadeia de DNA. Podem ser lineares ou circulares, sendo mais comuns os circulares. Podem estar presentes numa ou mais cópias numa mesma célula bacteriana. A sua informação genética não é necessária para o crescimento e multiplicação do hospedeiro, contudo pode ter genes que conferem à bactéria hospedeira uma vantagem selectiva. Os genes plasmídicos podem conferir à bactéria hospedeira, entre outras capacidades, a resistência a fármacos, novas capacidades metabólicas e transformá-las em patogénicas. Comportam-se como unidades genéticas acessórias, com replicação autónoma mas podem integrar-se no cromossoma – epissoma. Fator F (pili; conjugação); Factor R (resistência a antibióticos); Col (bacteriocinas); genes codificantes de enzimas de restrição/ modificação; Virulência e Metabólicos. Parede Celular: A maioria dos procariotas possui parede celular que confere a morfologia (a forma de cocos, bacilos, etc.) e embora seja uma estrutura rígida, não é uma estrutura hermeticamente fechada. É uma unidade permeável que permite o contacto com o meio intracelular. Protecção contra compostos tóxicos (ácidos biliares, antibióticos, etc.). Patogenicidade (endotoxinas das bactérias gram-negativas – LPS). Permeabilidade selectiva (OM = membrana externa): Porinas – permitem a passagem de moléculas pequenas como glucose e monossacáridos. Podem passar através destes canais moléculas com menos de 600 a 700 dalton. Proteínas de transporte – transportam moléculas de maiores dimensões, como a vitamina B12. 14 A cápsula é uma película periférica exterior à parede celular. Alguns microbiologistas chamam envelope celular a todas as estruturas exteriores à membrana plasmática, incluindo a parede celular e cápsula. Existem 3 tipos fundamentais de Parede Celular: Gram-positivas Gram-negativas (a parede celular das gram-negativas é mais complexa do que a das bactérias gram-positivas) Parede Celular dos microrganismos álcool ácido resistentes (Mycobacterium) – mais complexa que a parede das Gram-positivas e coram como as bactérias Gram-negativas. Também temos microrganismos sem parede celular Os Micoplasmas que também são procariotas, mas sem parede celular. O composto que garante rigidez à parede celular é um polímero que se chama peptidoglicano, também designado de murano/mureína. No peptidoglinano existe os D-aminoácidos que não são degradados pelas peptidases. Um monómero de peptidoglicano é constituído, normalmente, por: Açucares: N-acetilglucosamina e ácido N-acetilmurâmico Ligações glicosídicas Vários aminoácidos, três dos quais não são encontrados em proteínas, que são o ácido d- glutâmico, D-alanina e ácido meso-diaminopimélico. 15 Parede celular das bactérias gram-positivas – as bactérias gram-positivas contém uma parede celular espessa composta essencialmente por peptidoglicano e ácidos teicóicos (polímero de glicerol ou ribitol, que pode funcionar como âncora). Os ácidos teicóicos não estão presentes nas bactérias gram-negativas. Nas bactérias gram-positivas o espaço periplasmático é menor do que nas bactérias Gram-negativas. Muitas bactérias gram-positivas têm muitas proteínas na sua parede celular. Parede celular das bactérias gram-negativas: Camada de peptidoglicano mais fina e sem ácido teicóico. Invólucro externo (ou membrana externa) rico em lipopolissacáridos (LPS) e composta também por lípidos e lipoproteínas. As características da parede celular são: As lipoproteínas de Braun são as lipoproteínas mais abundantes e ligam fortemente a membrana externa ao peptidoglicano. Normalmente nas Gram-negativas, o grupo carboxilo da D-alanina terminal de um peptidoglicano está ligado directamente ao grupo amino do ácido diaminopimélico de um peptidoglicano de outra cadeia paralela (i.e. ocorre ligação peptídica directa entre as duas cadeias), porém noutros casos (Gram-positivas), existe uma ponte de 5 glicinas (pentaglicinas). A maioria dos peptidoglicanos das bactérias Gram- negativas não tem esta ponte de glicinas. 16 Os locais de adesão são locais de contacto directo entre a membrana plasmática e a membrana externa, permitindo a saída e entrada de substâncias directamente nestes locais. A membrana externa é mais permeável que a membrana plasmática devido à presença de porinas e proteínas transportadoras. As porinas formam canais através dos quais as moléculas pequenas são capazes de passar. No espaço periplasmático das bactérias gram-negativas temos uma grande variedade de enzimas. A riqueza do perfil enzimático é superior ao das bactérias gram-positivas. Diferentes bactérias gram-negativas podem ter diferentes lipopolissacáridos (LPS). Estrutura do LPS: Extremidade lipídica – lípido A (hidrofóbico). Ajuda a estabilizar a estrutura da membrana externa e pode ser uma endotoxina que provoca infecções. Oligossacáridos – região central hidrofílica. Contribui para a carga negativa da superfície da célula. Cadeia O específica ou antigénio O, determina características imunogénicas distintas. Protecção contra as defesas do hospedeiro. Unidade repetida n vezes 17 Qual é o mecanismo de coloração pelo Gram? - Temos os seguintes reagentes: Dois corantes Um mordente Um diferenciador - Tecnica: Fixar pelo calor Corar com roxo genciana ou cristal violeta, que vai corar as estruturas periféricas das células (sempre roxo) Aplicação de mordente (funciona como uma espécie de cola – fixar a cor) Aplicar álcool – acetona (agentes de desidratação e liposolúveis. O efeito de desidratação é superior nas bactérias gram-positivas. Nas bactérias gram-negativas temos uma parede predominantemente lipídica e aí o diferenciador tem uma acção predominantemente liposolvente, ficando estas bactérias descoradas. Como as bactérias gram-positivas já estão roxas, não vão mudar de cor. No caso das bactérias gram-negativas como estão descoradas, ao corar com um segundo corante, ficam vermelhas como o corante). Aplicar Safranina (ou Fucsina) – as bactérias gram-negativas ficam com cor rosa choque ou vermelha. - A cápsula não interfere com a coloração Gram. Mycobacteria Arabinoglicano é semelhante ao Peptidoglicano. Corantes: Fucsina básica e Azul de Metileno. Coloração de Zheil-Nielssen. Para além da parede celular, podemos ter outras estruturas: Cápsula – polissacarídea, mas pode conter glúcidos ou péptidos. Exterior à parede celular, aumenta a resistência à fagocitose e infecção por bacteriófagos, protege de condições ambientais desfavoráveis (desidratação), favorece a adesão a superfícies e protege do stress osmótico. Protege de substâncias tóxicas hidrofóbicas (detergentes). Zoogleia Glicocálice – constituída predominantemente por polissacáridos. Quando é muito difusa, passa a chamar-se Zoogleia. 18 Observação macroscópica: Aspecto brilhante sugere presença de cápsula Aspecto rugoso – provavelmente não tem cápsula Camada S: Capa regularmente estruturada, semelhante a um mosaico. Mais importante nas Archaea, mas também está presente em bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. Para além das funções do glicocálice, confere: Rigidez à bactéria, contribuindo muito para a sua forma; Protecção contra a actuação do sistema complemento e fagocitose; Promove a adesão; Protege contra enzimas e alterações de pH. Só existe camada S se não houver glicocálice. Esta camada está ligada ao peptidoglicano nas bactérias Gram-positivas e à membrana externa nas bactérias Gram-negativas. Biofilme: Organização de células bacterianas individuais como uma unidade orgânica. São uma excelente forma de as bactérias se manterem nos habitats colonizados. Biofilme – acumulação celular em redor de uma matriz de exopolissacarídeos e proteínas de superfície (glicocálise). Os biofilmes são o mais próximo de um microrganismo pluricelular que podemos encontrar em meio bacteriano. O biofilme tem como que uma autonomia própria diferente das autonomias individuais. Exemplo de Biofilme: Dente – a sua superfície é um exemplo onde temos o biofilme, sendo por isso importante uma boa higienização. Fímbrias ou Pilli – são filamentos periféricos, constituídos por subunidades proteicas dispostas helicoidalmente. Promovem a adesão celular. São estruturas proteicas rígidas, ligadas às paredes celulares, constituídas por subunidades helicoidais de uma única proteína,a pilina. Para as visualizarmos só com recurso ao Microscópio electrónico, pois como são estruturas muito finas, são de difícil visualização. As Fímbrias do tipo IV estão envolvidas na “mobilidade” de algumas bactérias, como por exemplo na bactéria Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae e algumas E. Coli (“twitching motility”, “gliding”). Nem todas as bactérias possuem fímbrias. Pilli sexuais – estão no mesmo grupo das fímbrias, mas são diferentes no seguinte: permitem a formação de uma estrutura oca que liga as bactérias permite a passagem do material genético, o que contribui para a variabilidade genética das bactérias. Enquanto que as fímbrias são estruturas muito finas que não estão envolvidas na reprodução. Pilli sexuais intervêm na conjugação e são codificados por um plasmídeo, o plasmídeo F ou de conjugação. São maiores do que as fimbrae e são receptores para alguns fagos. Atenção! Só os flagelos estão envolvidos na quimiotaxia! 19 Flagelos: Permitem a locomoção das células; Existem 4 tipos: Flagelos Monotríticos – um único flagelo na célula num dos polos Flagelos Lofótriticos – um tufo de flagelos num polo da célula Flagelos Anfitríticos – dois flagelos, um em cada polo da célula Flagelos Perítricos – flagelos em toda a superfície da bactéria O flagelo roda como uma ventoinha no sentido ou contra o sentido dos ponteiros do relógio. É constituído por 3 partes: Filamento – cilindro rígido e oco, composto por subunidades proteicas de flagelina; Gancho – liga o filamento ao corpo basal; estrutura rígida e proteica. Corpo basal – série de anéis que provocam o movimento flagelar. Os anéis do corpo basal diferem bastante consoante a constituição da parede celular da bactéria, uma vez que estão associados às várias camadas da parede celular e da membrana citoplasmática. Assim: Bactérias Gram-negativas: Anel M e Anel S – encaixam na membrana citoplasmática Anel P – localizado no Peptidoglicano Anel L – localizado na parte fosfolipídica (LPS) Bactérias Gram-positivas – as bactérias gram-positivas dois anéis no corpo basal, um interno em comunicação com a membrana citoplasmática (anel M) e outro externo, unido provavelmente ao peptidoglicano (anel S). 20 Formação dos Flagelos – a formação do corpo basal e filamento obedece ao princípio do self assembly, em que não é necessário nenhuma proteína de transporte nem enzimas para a sua formação. A informação necessária para construir um filamento está presente na própria estrutura da subunidade de flagelina. São os anéis do corpo basal que permitem a movimentação dos flagelos, ao ir rodando (funcionam como roldanas), imprimem movimento ao gancho. O filamento é rígido. A mudança do sentido de rotação implica um movimento distinto. O movimento do gancho é diferente conforme o movimento dos anéis do corpo basal que imprimem o movimento do gancho. A este movimento dá-se o nome de Propulsão. Qual é a utilidade da movimentação celular? - As células vivem essencialmente em meios aquoso e por isso há uma inércia muito grande. Este sistema de movimentação é altamente eficiente. Importante: Quimiotaxia – movimento em direcção a um estímulo ambiental: Térmico (Termotaxia) Luminosidade (Fototaxia) Oxigénio (Aerotaxia) Pressão Osmótica Gravidade Na ausência dum gradiente químico o movimento é completamente aleatório e é composto por quedas e subidas. Quando existe um gradiente químico parece que há um sentido de movimento, apesar de terem também quedas e subidas. Se as bactérias não forem móveis, utilizam correntes do meio líquido onde se encontram, para se deslocarem. Esporos bacterianos: São formas de resistência. As mais frequentes a esporular são Clostridium sp, Bacillus sp e Sporosarcina sp. Só as bactérias gram-positivas é que podem esporular. Endosporos – resistência ambiental extrema (temperatura, UV, raios γ, químicos, dissecação). São muito importantes a nível ambiental, industrial (a nível alimentar) e médico. Endosporos – do ponto de vista da localização: Centrais - Deformantes - Não deformantes Subterminais - Deformantes - Não deformantes Terminais - Deformantes - Não deformantes 21 Para testar a esterilização do material, pode utilizar-se uma suspensão de esporos, que se colocarão sobre o material a autoclavar e, quando o ciclo é terminado, eles são semeados. Se houver germinação dos esporos, significa que o ciclo não foi bem executado e os esporos ficaram viáveis. Os esporos só coram a quente, com um duo de corantes (solução de 5% de safranina e solução de 5% de verde de malaquite) – o corante verde cora o esporo e o vermelho a célula. Em colorações gram, os esporos aparecem como espaços vazios dento da célula bacteriana. Estrutura do endósporo – 6 regiões (do lado mais externo, para o mais interno): Exosporo (camada exterior, fina) “Casaco do esporo” – Spore Coat (camadas proteicas sobrepostas. Responsável pela resistência química do esporo e contém enzimas que permitem a germinação) Córtex (exclusivamente peptidoglicano) Parede do esporo Nucleóide Ribossomas Atenção: os esporos são inactivos do ponto de vista metabólico!!! Eles conservam a energia. A sua principal função é conservar a informação genética dentro de uma estrutura proteica extremamente resistente a factores adversos. Etapas da esporulação: Esporulação – síntese: Há a formação de uma invaginação na membrana que vai aprisionar o nucleoide e essa membrana que encerra o nucleoide vai se tornando cada vez mais complexa. Há uma desidratação muito extensa que faz com que o endósporo se torne muito resistente. O material essencial é isolado e fica rodeado por películas proteicas muito resistentes. A esporulação tem 7 fases. Em stress nutricional, não há estímulo para a replicação do DNA. O nucleoide fragmenta-se e começa a ser encaixado numa invaginação que se começa a formar. A partir daí, há aprisionamento do nucleoide nessa invaginação, que se vai tornando cada vez mais complexa. Ao longo da formação das camadas, há desidratação progressiva do que está dentro da membrana e há um enriquecimento proteico gradual nas diferentes camadas. Assim, o endósporo torna-se muito resistente. A estrutura aprisiona o que é essencial (genoma) e elimina o que poderia torna-lo mais vulnerável (água) e vai-se protegendo nas sucessivas camadas proteicas. Stress Nutricional Invaginação da membrana Formação do Forespore Septum Inclusão do esporo numa segunda membrana Acumulação de Ca2+ e ácido dipicolínico Formação do spore coat proteico Maturação Esporulação 22 O processo inverso à esporulação é a germinação. A germinação tem três fases: Activação (despoletar da actividade metabólica), (1) Germinação (aumento da actividade metabólica marca o início do processo), (2) Aumento do volume, ruptura da parede do esporo (perda de resistência e aumento do metabolismo), (3) Outgrowth (formação e crescimento da célula vegetativa). Atenção: um esporo só dá origem a uma célula vegetativa! E. Crescimento bacteriano (Capítulo 6 do Prescott) Os factores externos têm influência sobre o crescimento bacteriano. As bactérias dividem-se por divisão binária, logo uma célula dá origem a duas células. O crescimento não produz um aumento de tamanho/volume das células, mas um sim um aumento do número de células (multiplicação). Crescimento – aumento do número de célulasdo microrganismo ao longo do tempo. Curva de Crescimento bacteriano – sem remoção do meio, deplecção de nutrientes + acumulação de catabolitos: Pode representar-se os microrganismos que se multiplicam por divisão binária como o logaritmo do número de células versus o tempo de incubação. Fases do crescimento bacteriano: 1. Fase lag ou fase de latência – fase durante a qual o organismo se ajusta ao meio com síntese de novos componentes (exemplo: síntese de enzimas e produção de ATP). Está a preparar-se para a divisão binária, não havendo nem aumento de número, nem aumento de massa. 2. Fase Log ou fase exponencial – nesta fase a população cresce com taxa específica de crescimento máxima. Ocorrem divisões a um ritmo elevadíssimo, duplicando a intervalos regulares (o mínimo de 6 em 6 minutos, em geral entre 20 minutos e 6 horas). O crescimento seria exponencial se não houvesse restrição de nutrientes. 23 3. Fase estacionária – o crescimento da população cessa devido ao esgotamento de nutrientes, falta de oxigénio (nos organismos aeróbios) e acumulação de metabolitos tóxicos. No entanto, parte das células podem permanecer viáveis durante algum tempo, entrando em fase estacionária em resposta ao stress nutricional a que são submetidas. Provavelmente, isto também acontece na natureza, uma vez que existem muitos meios ambiente com níveis muito baixos de nutrientes. Os procariotas desenvolveram várias estratégias de sobrevivência a condições nutricionais adversas. A maioria não responde com alterações morfológicas como a formação de endósporos, mas apenas com diminuição de tamanho, muitas vezes acompanhado de retraimento do protoplasma e condensação do nucleoide. As alterações mais importantes são a nível fisiológico e da expressão genética. Em condições nutricionais adversas, as bactérias, para além de outros mecanismos de resposta que têm, produzem frequentemente uma variedade de “starving proteins” (proteínas da fome) que tornam a bactéria muito mais resistente a variadíssimas situações de stress (nutricional, temperatura, químicos, etc.). Muitas vezes estes mecanismos de resposta são tão efectivos que algumas bactérias conseguem sobreviver durante anos, como é o caso da Salmonella typhimurium. 4. Fase de morte celular ou fase de declínio – nesta fase há uma perda irreversível da capacidade de divisão celular. Há um declínio no número de células que é logarítmico, isto é, uma quantidade constante de células morre por hora. Geralmente, o número de células não atinge o zero, devido à ocorrência de adaptação, mutações e em última instância, esporulação. Se a curva de crescimento representasse a massa esta não desceria, porque as células mortas também têm massa. Matemática do crescimento bacteriano: Tempo de geração – duplicação do nº de células duma população durante um período determinado de tempo (divisão binária). O número de células da população é expresso em 2n. A temperatura de incubação é importante para o tempo de geração. Quantificação do crescimento – Contagem de bactérias totais: Manual – Câmara de contagem (Petroff-Hausser): utiliza uma lâmina que tem um quadriculado com uma área definida e depois observamos ao microscópio. V = 0,1 m3 1µl x 10 000 ml UFC/ml. Prepara-se a suspensão, põe-se a lamela e observa-se. Definimos um volume quando colocamos a lamela por cima. O quadrado ocupa 1mm2 e quando se põe a lamela o volume corresponde a 0,1 mm3 (104 por ml). Contam-se as bactérias, elevando a 4 e multiplicando pelo factor de diluição. Electrónico – Contagem automática: passam por um tubo onde só cabe uma célula de cada vez. Cada célula é contada pela célula fotoeléctrica. - Coulter Counter: tem um detector electrónico e sempre que passa uma partícula esta é contabilizada. Esta técnica é utilizada para quantificar células somáticas no leite, células sanguíneas e outras células eucariotas. Citometro de Fluxo: contagem também automática. Detecta diferentes padrões de fluorescência. 24 Quantificação do crescimento por aferição da massa celular (informação de massa): Turbinometria – baseia-se no facto do líquido se tornar mais turvo com o aumento da concentração de bactérias. A contagem é feita com o recurso a um espectrofotómetro. Permite a contagem de bactérias totais. Quantificação do crescimento – Contagem de bactérias viáveis: Diluições seriadas: consiste em diluições de base 10 Sementeira em Placa de Petri Incubação Quantificação do nº de colónias (uma colónia corresponde a uma bactéria).Tenho que diluir para que a contagem seja possível. Se a sementeira for directa, o crescimento é confluente. Esta técnica também permite controlar a qualidade da técnica de execução. Contagem por filtração: em habitats onde eu sei que há baixa concentração bacteriana, por exemplo, os habitats aquáticos. Nesta técnica, as bactérias são retidas num filtro (i.e. concentradas num filtro), posteriormente são colacadas sobre uma Placa de Petri (provida de uma grelha para facilitar a contagem). Após algum tempo, durante o qual as bactérias retidas se multiplicam, as colónias são contadas após coloração. Quantificação contínua no crescimento (onde estou a aferir a taxa de crescimento bacteriano) : renovação constante do meio Chemostat. São feitas com renovação constante do meio (simulando ambientes como o trato gastrointestinal). A vantagem deste método é a manutenção das células na fase de crescimento exponencial. Permite determinar o ritmo de crescimento em diferentes circunstâncias (ex: excesso ou défice de nutrientes). Muito utilzado na produção de vacinas. É um meio com nutriente essencial (factor de crescimento) em concentrações limitantes. Adiciona-se este factor num volume conhecido até haver depleção deste e nesta altura é que se torna a renovar o factor. Assim, a taxa de crescimento é determinada em função da adição do nutriente essencial. Sistema de cultura contínua Turbidostat – medição por uma célula fotoeléctrica da turvação do meio. Vantagens da quantificação contínua: - Manutenção das células numa fase exponencial; - Determinação do ritmo de crescimento em várias condições (escassez de nutriente, excesso de nutrientes); - Aplicação na Indústria Alimentar. Factores ambientais com influência no crescimento bacteriano: Actividade da Água (aW) pH Temperatura Concentração de O2 Pressão hidrostática Radiações Em função destes factores eu classifico as bactérias. 25 Actividade da Água e Solutos: capacidade de resposta a variações na concentração osmótica do meio. Baixo aW = pressão osmótica elevada, elevado aW = pressão osmótica baixa Mecanismos de protecção: Microrganismo em meio hipotónico – redução da concentração osmótica do protoplasma. Estratégias de defesa: a. Corpos de inclusão para armazenamento de solutos b. Canais mecânico-sensíveis que permite a saída de solutos Microrganismo em meio hipertónico – aumento da concentração osmótica do protoplasma. Estratégias de defesa: a. Síntese e inclusão de aminoácidos ou níveis elevados de potássio De acordo com a sua capacidade de adaptação a diferentes osmolaridades, temos: Microrganismos Osmotolerantes – suportam grandes variações de osmolaridade. Podem viver nos dois tipos de habitat: hipertónico ou hipotónico. É o caso dos Fungos e do S. aureus. Microrganismos Halófitos – não têm mecanismos de protecção para viver em concentrações salinas baixas. Requerem concentrações salinas altas. É o caso dos Vibrios parahaemolyticus, V. alginolyticus, Arcobacter halophilus(obrigatório). Dentro dos halófitos ou halófilos ou halofílicos, temos ainda: - Halotolerantes (0.5M de NaCl – concentração óptima). - Halófilos moderados (1.5M de NaCl) - Halófilos extremos (4M de NaCl) Em relação ao pH… pH – é uma medida da actividade dos iões de hidrogénio de uma solução, que se define como o valor negativo do logaritmo da concentração de iões de hidrogénio (expressa em moles). pH = 26 Efeito das variações de pH – inibem crescimento por: Destruição da membrana citoplasmática; Inibição enzimática; Afectando mecanismos de transporte membranares Apesar disso há bactérias que conseguem viver em pH’s muito distintos: Acidófilos extremos (Fontes de água termal, suco gástrico e sumo de limão) Acidófilos (vinagre, tomate e sumo de laranja. São essencialmente fungos, mas também algumas bactérias); pH < 5.5 Neutrófilos (leite, saliva, água e sangue); 5.5 < pH < 8.5 Alcalófilos (sabão, amónia); 8.5 < pH < 11.5 Alcalófilos extremos (lixívia) Num meio pequeno, como o que é representado por uma Placa de Petri, é necessário adicionar um tampão (fosfatos, aminoácidos, péptidos) ao meio de cultura para manter o valor de pH. Esta necessidade deve-se ao facto dos produtos do catabolismo bacteriano tenderem a acidificar o meio. Assim, na ausência dum tampão, as bactérias acabam por inibir o próprio crescimento (dando lugar a bactérias acidófilas, melhor adaptadas aos meios ácidos. O catabolismo das proteínas tende a alcalinizar o meio, mas este é menos significativo. 27 Em relação à temperatura… A temperatura interfere com fenómenos enzimáticos e metabolismo celular, que dependem dela para o bom funcionamento. Para cada organismo é possível definir: Temperaturas óptima – em que o organismo apresenta taxa de multiplicação máxima. Temperatura máxima – acima da qual o microrganismo morre (geralmente por desnaturação proteica). Temperatura mínima – abaixo da qual o metabolismo do microrganismo cessa. A temperatura é influenciada por outros factores, tais como: aW, pH, etc. Conforme a tolerância, os m.o. podem ser: Estenotérmicos – toleram um espectro estreito de temperaturas, isto é, não toleram grandes variações térmicas (Neisseria gonorreia). Dentro dos Estenotérmicos temos: - Psicrófilos – gostam de baixas temperaturas (-10 a 20°C). Levantam problemas para os animais de sangue frio. - Mesófilos – vivem a temperaturas entre os 15-35°C (temp.óptima = ± 37°C). Levantam problemas para os animais de sangue quente. São quase todas as bactérias patogénicas. - Termófilos – crescem a temperaturas acima dos 35°C. Não têm grande impacto na nossa área de acção. - Hipertermófilos – crescem a uma temperatura óptima de 80-113°C. Vivem nos fundos oceânicos perto das regiões vulcânicas (ex.: Pyrococcus abyssi). Euritérmicos – toleram grandes variações de temperaturas, ou seja, sobrevivem a grandes intervalos de temperaturas (Enterococcus faecalis). As bactérias termófilas e hipertermófilas para poderem viver em habitats com temperaturas muito elevadas, têm que ter sistemas enzimáticos muito bem adaptados. Isto é importante, porque são por 28 isso utilizadas as suas enzimas que não desnaturam aos 95°C, como o caso das polimerases, para montar o PCR. Quanto à concentração em O2: Aeróbios – necessitam dum meio com mais de 20% de oxigénio para sobreviver. Têm um metabolismo oxidativo, mais energético (ex: Legionella, Mycobacterium) Anaeróbios facultativos – não utilizam o oxigénio, mas toleram-no. Têm um metabolismo fermentativo (ex: leveduras, Enterobactereacceae, Enterococcus faecalis) Anaeróbios estritos – não utilizam o oxigénio e não toleram a sua presença (não se conseguem livrar dos radicais tóxicos), têm um metabolismo fermentativo (ex: Bacteroides, Clostridium, fusobacterium) Microaerófilos – necessitam de uma tensão de oxigénio moderada de 2-10%, não sobrevivendo em meios com tensão de oxigénio superior a 20% (ex: Campylobacter e algumas Brucella) ESO – extremamente sensíveis ao oxigénio Oxigénio e Crescimento Bacteriano (em meio de Tioglicolato): Meio de Tioglicolato – é um meio semi-sólido. Tem percentagem de agar, partículas de carne, substâncias redutoras (cisteína) que baixam o potencial redoz. Se as bactérias crescerem no fundo são anaeróbias, se crescerem à superfície são aeróbias. Crescimento de anaeróbios estritos: Jarra de anaerobiose – cilindro de plástico transparente com tampa vedante. A utilização de uma jarra de anaerobiose permite colocar as Placas de Petri numa atmosfera sem O2. Existem 3 métodos para remover o O2: 2 dependentes de reagente (um com paladium) e um sistema de válvulas. Nas jarras de anaerobiose remove-se a maior parte do oxigénio. 29 Quando é adicionada água à embalagem química contendo o reagente (bicarbonato de sódio e boroidreto de sódio), produz-se CO2 e H2 que se conjugam com o O2, formando vapor de água que se condensa nas paredes dos frascos (reacção catalisada pelo Paladium na tampa). Tiras com ponta azul o azul de metileno é o indicador de anaerobiose. Se está em atmosfera anaeróbia fica branco. Glove box – toda a atmosfera é substituída por gases sem O2, sendo por isso utilizado material descartável, tornando-se um método dispendioso. Toxicidade do O2 – os Anaeróbios estritos não têm enzimas protectoras da oxidação do O2 (Catalase e Superóxido dismutase – SOD). Quanto à pressão atmosférica: Barotolerantes – sobrevivem a elevadas pressões, mas não as exigem. Barofílicos – crescem melhor a elevadas pressões. Ex: Bactérias do fundo do mar (1000 a 10000m). Termobarofilos – crescem a altas temperaturas e a altas pressões. Importantes na reciclagem de nutrientes no fundo do mar. Essas bactérias são barófilas. Radiações: A luz solar é a principal fonte de radiação no planeta Terra. Compreende a luz visível, radiação ultravioleta, raios infravermelhos e ondas de rádio. Para a maioria dos m.o., salvo algumas excepções, a luz visível é fundamental. Acção anti-microbiana da radiação: Raios X e Gama – matam todos os microrganismos (o comprimento de onda curto e a elevada energia têm um efeito esterilizante). Radiação ultravioleta – mata a maioria das bactérias, mas tem o inconveniente de ser muito pouco penetrante. São radiações não ionizantes. Luz visível – é imprescindível para os microrganismos fotossintéticos, dispensável para outros microrganismos, tóxica para muitos (em geral, bactérias e fungos crescem muito melhor na ausência de luz). F. Nutrição Microbiana (Capítulo 5 do Prescott) As bactérias não ingerem alimentos, elas absorvem princípios nutritivos que são libertados por acção de enzimas que as bactérias sintetizam e lançam para o exterior, onde vão degradar os alimentos. Os nutrientes são substâncias usadas no metabolismo, biossíntese ou produção de energia, essenciais ao crescimento. A água é o solvente universal, sendo vital para a sobrevivência dos microrganismos. A composição da alimentação bacteriana inclui: Macroelementos (presentes em quantidades da ordem das g/L): C, O2, H, N, S, Microelementos (vestigiais; presentes em quantidades de apenas μg/L): Mn, Zn, Co, Ni, Cu Catiões (existentes na ordem dos mg/L): K, Ca, Mg, Fe 30 Requesitos Especiais de alguns microorganismos (Si – diatomáceas; Na – bactérias halófiticas). Deste modo, os alimentos das bactérias são constituídos, basicamente, por carbohidratos, lípidos, proteínase ácidos nucleicos. Os microrganismos são classificados quanto às fontes de: Carbono: presente em todas as moléculas orgânicas, associadas ao O2 e ao H + Autotróficos – usam o dióxido de carbono como fonte de carbono, com grande dispêndio de energia Heterotróficos – usam moléculas orgânicas como fonte de Carbono (existe sempre um microorganismo capaz de degradar uma determinada molécula orgânica). Energia: Fototróficos – usam a luz como fonte de energia – fonte de fotões Quimiotróficos – obtem energia pela oxidação de compostos orgânicos ou inorgânicos. Hidrogénio e Electrões: Litotróficos – “comedores de pedra”, usam moléculas inorgânicas reduzidas como fonte de hidrogénio e energia. Organotróficos – usam moléculas orgânicas como fonte de hidrogénio e energia. Fazendo a combinação de todas as fontes, obtém-se vários tipos diferentes de nutrição nos microrganismos. Os 4 tipos nutritivos são: Os microrganismos podem ainda ser qualificados como: Prototróficos – microrganismos com o mesmo tipo de requesitos nutritivos da sua espécie. NORMAL Auxotróficos – microrganismos mutantes que perdem a capacidade de sintetizar determinado composto requerendo que este seja incorporado como suplemento no meio de cultura. SUPL. AUXIL Mixotróficos – microrganismos com formas mistas ou intermédias e que possuem variabilidade adaptativa. (ex.: Rhodospirilum – é Fotoheterotrófico na presença de O2 e Quimioheterotrófico na ausência de O2) Fonte orgânica de carbono 31 Azoto (N): É extremamente importante uma vez que dele depende a síntese de: aminoácidos, purinas, pirimidinas, alguns carbohidratos e lípidos. As suas principais fontes são: a degradação dos a.a. ou da amónia, por redução de nitratos através da glutamato desidrogenase. fixação de N atmosférico (para a qual é necessária a nitrogenase); esta fonte é usada pelas cianobactérias e pelas bactérias do género Rhizobium. Fósforo (P): É de grande importância dado que está presente em: ácidos nucleicos, fosfolípidos, ATP, proteínas (sobretudo cofactores enzimáticos). A fonte deste elemento são os fosfatos inorgânicos, que são transformados através da acção das fosfatases. Enxofre (S): É de grande importância dado que é necessário na síntese de: a.a. (cisteína, metionina), alguns carbohidratos e vitaminas (biotina, tiamina). A fonte do enxofre são os sulfatos, reduzidos por enzimas específicas, mas em condições particulares o enxofre pode ser obtido a partir da cisteína. Cálcio (Ca): Resistência térmica dos endósporos. Potássio (K): Actividade enzimática Magnésio (Mg): Estabilizador membranário. Factores de crescimento – São compostos orgânicos essenciais (que o microrganismo não consegue sintetizar) e que têm de ser fornecidos como suplementos. Os factores de crescimento variam com o microrganismo considerado, podendo ser: aminoácidos; purinas/pirimidinas; vitaminas (cofactores enzimáticos). Podem estabelecer-se dois tipos de relações entre microrganismos diferentes: Competição por determinado nutriente. Nesta situação sobrevivem aqueles que possuírem um melhor equipamento enzimático, isto é, os melhores adaptados a determinado substrato. Inter-ajuda, na qual o produto de excreção dum microrganismo é usado como nutriente para outro microrganismo (relação simbiótica). Essencial na produção do queijo suiço e vinagre. Queijo Suiço: Streptococcus thermophilus + Lactobacillus bulgaricus – fermentam a lactose formando ácido láctico. 32 Vinagre: leveduras fermentam as uvas formando o etanol, o Acetobacter e o Glucobacter oxidam o etanol e formam vinagre. Nota: O, C, S, P, N e H não são factores de crescimento, uma vez que são extremamente essenciais a todas as bactérias. Apesar do soro sanguíneo ser um factor de enriquecimento para a maioria das bactérias, para os Mycoplasmas é factor de crescimento, uma vez que incorpora o colesterol na sua membrana. Entrada de nutrientes na célula bacteriana: As características que condicionam a entrada de nutrientes são: Permeabilidade selectiva da membrana celular (evita a entrada de substâncias tóxicas e promove a entrada de nutrientes, mesmo contra o gradiente de concentração). Contra o gradiente de densidade Mecanismos de transporte/entrada: Difusão passiva – para moléculas pequenas e apolares que estejam mais concentradas no exterior. A absorção diminui à medida que as concentrações dentro e fora da membrana se equilibram. Não permite o armazenamento de substâncias e o transporte mantém-se porque os nutrientes vão sendo metabolizados à medida que são absorvidos, o que mantém o gradiente de concentração. É usada para a água, O2, CO2 (pequenas moléculas). Difusão facilitada – tem as características acima referidas para a difusão, mas diz respeito a moléculas de grandes dimensões transportadas através da membrana por proteínas transportadoras específicas designadas permeases. Quando o nutriente se liga à permease, esta altera a sua conformação e perde afinidade para o nutriente e liberta-o no interior da membrana citoplasmática. É usada para o glicerol, glucose, etc. Transporte Activo – é mais comum na célula eucariota. Depende dum transportador de ATP, porque se processa contra um gradiente de concentração. Este tipo de transporte permite o armazenamento de nutrientes no interior da bactéria. As substâncias submetidas a esta forma de absorção podem ser absorvidas por simporte ou antiporte. Simporte – Protão (Na+) + “Substância” Ambos atravessam a membrana no mesmo sentido. Antiporte – Protão (Na+) + Protão (K+) Um entra e o outro sai, em sentidos opostos. ATP – Binding Cassette Transporters (ABC Trasnporters) – localizados na membrana. As gram negativas possuem outros sistemas de transporte localizados no invólucro externo da parede celular (proteínas receptoras; Ompf (outer membrane protein F)). Translocação de grupo – neste processo, a substância é transportada activamente e sofre uma alteração química durante o processo de interiorização enquanto percorre a permease (é o caso da glicose, que passa a glicose-6-fosfato ou do sistema PTS (Sistema Fosfotransferase – alto gasto de energia) das bactérias anaeróbias. Absorção de ferro – o ferro do meio é captado por moléculas sideróforas (quelantes do ferro: retiram o ferro às substâncias no exterior, às quais ele está intimamente ligado) que são excretadas pela bactéria. A molécula ligada ao ião de ferro apresenta-se a transportadores membranares específicos, que transportam todo o conjunto activamente para o interior. 33 Sideróforos: compostos com baixo peso molecular e com elevada afinidade para ião de ferro. Retiram o ferro ligado à proteína do hospedeiro, apresentam-no sob a forma de complexo sideróforo-férrico aos respectivos ligandos da membrana externa. Meios de cultura: Meios complexos (ex: peptanos, extracto de carne ou extracto de levedura) – substâncias de composição muito complexa e mal definida que as bactérias degradam para obter todos os nutrientes e das quais desconhecemos a composição. Meios quimicamente definidos – substâncias em que todos os constituintes são conhecidos ao pormenor. Apenas são usados para investigação (ex: para determinar factores de crescimento para determinadas bactérias). Meios líquidos – são os caldos constituídos por água e nutrientes dissolvidos, não permitem fazer o isolamento bacteriano. Meios sólidos – são constituídospor caldos em agar. Estes meios são líquidos a 100°C, passando a sólidos quando a temperatura desce abaixo dos 43-45°C. Estes meios só voltam a liquefazer-se quando a temperatura volta a subir acima dos 100°C. A vantagem dos meios sólidos é o facto de permitirem o isolamento bacteriano de modo a formarem-se colónias separadas, uma vez que a rede formada pelo agar reduz muito a mobilidade das bactérias. Meios diferenciais – permitem reconhecer macroscopicamente algumas bactérias pelo tipo de crescimento (ex.:agar-sangue para o S.pyrogenes β-hemolítico; MacConkey para a E. coli, que forma colónias rosa choque). De um modo geral, são meios sólidos. Permitem distinguir bactérias tendo em conta os diferentes aspectos culturais, tendo em conta os diferentes nutrientes degradados. Meios selectivos – permitem fazer a selecção de uma bactéria, adicionando ao meio sólido factores de enriquecimento (para a bactéria desejada) e factores de inibição de outras bactérias. Ex.: Meio MacConkey tem bilis-verde brilhante, selectivo para coliformes (E. coli e associados). Meios de Enriquecimento – possuem um nutriente especial para determinada bactéria (ex.: meio fenol). Estes meios destacam as bactérias que têm vantagem enzimática sobre as restantes no que diz respeito às condições fornecidas pelo meio. Os meios de enriquecimento distinguem-se dos selectivos porque não possuem inibidor. Ex: Meio de fenol Bacterias do solo; Meio de celulose Bactérias celulolíticas. Meios para titulação microbiológica – incorporam um fármaco para avaliar, quantitativamente, a capacidade inibidora ou estimuladora do mesmo. Podem, por exemplo, ser usados antibióticos para determinar a concentração mínima inibitória (CMI), usando concentrações crescentes do fármaco. Meios para cultura de células (eucariotas) – são usadas para cultivo de microrganismos intracelulares obrigatórios “in vitro” (ex: vírus – riquétsias, clamídeas). Técnicas de cultivo: Clone – conjunto de organismos com origem numa só célula. Colónia – é o crescimento bacteriano que conseguimos visualizar macroscopicamente, a partir de um número mínimo de células (pode ser clone ou não, mas é sempre formada por um só tipo de microrganismos. Porém, podem não ser geneticamente iguais) – cultura pura 34 Procedimento: Propagação do microrganismo a partir de uma amostra biológica Isolamento de colónias em meio sólido (pode ser feito em Placas de Petri, com recurso a meio selectivo, ou ao choque térmico ao qual só as bactérias esporuladas sobrevivem) Identificação Existem diferentes tipos de colónias, que se distinguem pelas suas características de forma, elevação e margem. As colónias são características do microrganismo, o que permite a identificação macroscópica dos organismos. As condições do meio de cultura também condicionam a forma da colónia. G. Ecologia Microbiana (Capítulo 30 do Prescott) Interações Microbianas: Relações Ecológicas Simbiose = vida em comum, que pode ser prejudicial, benéfica, positiva para um e indiferente para outro. Endosimbiose (se o organismo está interiorizado no outro) Ectossimbiose (ex.: 2 bactérias que vivem no mesmo espaço) 35 Tipos de Simbiontes: A B Exemplos Amensalismo + - Produz antibióticos tóxicos para o outro. Comensalismo + 0 (não ganha nem perde) Anaeróbios estritos que convivem com anaeróbios facultativos. Nesta situação o Anaeróbio estrito precisa mesmo que o Anaer. Facultativo utilize o O2 Mutualismo + + Flora do rúmen (obrigatório para ambos sobreviverem) (Proto)cooperação + + Cellulomonas/Azotobacter (ganham ambos mas não é obrigatório) Parasitismo + - Bactérias patogénicas Predação (um m.o. alimenta-se do outro) + - Protozoários que predam bactérias (perseguição e assimilação de outro) Competição + - Para substratos/nutrientes. Num meio limitado há bactérias que competem entre si A fronteira entre comensalismo e mutualismo, apesar de evidente na teoria, é ténue e algo difícil de estabelecer na prática. Exemplos de Comensalismo: Leveduras (anaer. Facultativo) usa o O2 Clostridium (Anaer. Estrito) Leveduras produzem ETOH (álcool) Acetobacter Exemplos de Mutualismo: Líquenes (Alga + fungo). A alga faz a fotossíntese e produz O2 essencial para os fungos que são aeróbios estritos. Para além de O2, as algas fornecem também nutrientes aos fungos. Os fungos dão protecção, substrato e permitem absorção de O2. Térmitas da madeira que têm no seu intestino um flagelado intestinal que degrada a celulose e lenhina ingeridas pela térmita. Ruminantes (ingestão de plantas + ruminação + saliva) Pectina, Hemicelulose, Celulose e amido No rúmen existem um flora ruminal abundante (1012 microflora/ml) Fermentação dos HC complexos pelas bactérias Da fermentação ocorre produção de Ác. Acético, Ác. Propiónico, Ác. Butírico (que são importantes fornecedores de energia para as bactérias) Energia Proteínas microbianas para as células dos ruminantes. 36 Mamíferos Bactérias intestinais que produzem vitaminas essenciais para os animais como vit. K (produzida pela E. coli) e vitaminas do complexo B. Os mamíferos dão nutrientes e as bactérias dão vitaminas. Placa microbiana dentária – uma associação de fungos, bacilos e cocos. Importância da microflora num organismo superior: Produção de vitaminas (incapazes de ser produzidas pelos animais) e nutrientes; Estimulação do sistema imunitário; Resistência à colonização por bactérias patogénicas (a microflora não deixa espaço para fixação de bactérias patogénicas; além disso, competem com os outros microrganismos por nutrientes e reduzem bactérias, impedindo a colonização). Animais totalmente desprovidos de microflora designam-se animais germ free ou axénicos.O útero de um mamífero é um ambiente normalmente estéril, não tem microflora; assim, um animal no estado intra-uterino não possui microrganismos. Para produzir um animal germ free é necessário que nasça por cesariana, em condições de assepsia extrema, uma vez que a colonização microbiana se inicia ao nascimento. Tem de receber alimentos esterilizados e suplementados com todos os nutrientes que seriam produzidos pela microflora de um animal normal. Em condições normais, a colonização faz-se a partir do meio e da mãe e, um a dois dias depois do nascimento, a microflora atinge um estado de equilíbrio. Quando conhecemos exactamente a microflora de um animal, ele diz-se gnotobiótico. Animais gnotobióticos são produzidos a partir de animais germ free que são inoculados com uma estirpe pura de um microrganismo. São utilizados para estudar relações mutuais uma por uma (geralmente não é inoculada uma única estirpe, mas um conjunto delas, de modo a evitar um desequilíbrio e que o microrganismo se torne patogénico). Nota: um animal germ free é gnotobiótico, mas um animal gnotobiótico não é necessariamente germ free, uma vez que já pode ter sido inoculado com microrganismos. Animais SPF (Specific Pathogen Free) – são animais dos quais não conhecemos a microflora, mas que não possuem qualquer agente patogénico conhecido para a espécie a que pertence. O animal tem que ser mantido numa colónia de SPF ou num ambiente totalmente estéril, ou deixará de ser SPF. Assim, apesar de não sabermos quais os microrganismos que possuem, sabemos quais aqueles que não possuem, através de testesfeitos. Animais germ free, gnotobióticos e SPF são mantidos em câmaras isoladoras ou para não serem contaminados e/ou para que o agente em estudo seja mantido no interior. Animal convencional: Animal com o qual não temos preocupações em relação ao seu standart biológico. Digamos que e o animal “normal”. 37 Em relação aos indivíduos normais, os animais germ free têm particularidades a nível: Anatómico: Menor desenvolvimento linfoide (porque não houve produção de anticorpos); Parede intestinal mais fina (porque não existem bactérias e é necessária uma maior capacidade de absorção); Cecum hipertrofiado Fisiológico: Menor titulo de anticorpos; Necessidade de uma alimentação especial; Enorme susceptibilidade a todas as doenças (fora do ambiente esterilizado, morrem porque não têm tempo suficiente para haver uma adaptação equilibrada). Importância de conhecer a microflora normal: Conhecer potenciais organismos patogénicos (notar que, no mesmo animal, um microrganismo pode ser comensal numa regiºao e ser patogénico noutro local) Interpretação clínica de análises (saber os microrganismos esperados em condições normais) Conhecer a razão de ser da colonização por agentes patogénicos e quais as consequências Papel estimulador do sistema imunológico Em situações de disbiose (desequilíbrio da microflora), há o risco de uma bactéria, normalmente comensal, tornar-se patogénica. Existem microrganismos: na pele e mucosas; nas cavidades oral e nasal; em todo o tracto digestivo; no tracto genital feminino (até ao útero, exclusive), bexiga e uretra. Não existem microrganismos: em circulação; no tracto respiratório abaixo da traqueia; no músculo e em todos os outros órgãos (fígado, baço, etc.) Resistência à colonização – qualquer processo que interfira com a colonização da pele, tracto intestinal, etc., por microrganismos exógenos. Factores: Antagonismo bacteriano e Exclusão competitiva Associado a: - Produção de Bacteriocinas - Depleção de nutrientes essenciais - Competição por receptores - Indução e estimulação da imunidade Os animais gnotobióticos são muitas vezes inoculados com uma flora resistente à colonização (CRF), que existe num “cocktail” de aproximadamente 15 agentes microbianos conhecidos, que impedem a colonização de microrganismos que não estes, através da competição por nutrientes e receptores, produção de bacteriocinas e indução/estimulação da imunidade. Experiência: Inocula-se um animal com bactérias e dias após, monitoriza-se a presença de bactérias nas fezes do animal. Nos primeiros dias aparecem algumas e depois começam a decrescer ao longo dos dias até deixarem de aparecer. Neste caso não houve colonização por presença da microflora. Noutra altura dá-se uma radiação aos ratinhos para que fiquem 38 descontaminados e isentos de microflora. A excreção dos microorganismos aumenta nas fezes durantes dos primeiros dias e depois atinge um platô. Isto indica que há multiplicação e fixação dos microorganismos ao nível do TGI. Barreira clássica SPF: Esterilização dos equipamentos e materiais Esterilização: comida, água, cama, etc. Cuidado especial com pessoal: banho, roupa especial, luvas, máscara… Pressão positiva (para não haver tendência para entrar ar) Barreira clássica reversa (biosafety): Proteger homem e ambiente de potenciais contaminantes com microrganismos; Esterilização do equipamento e material antes de sair; Cuidado especial das pessoas: duche, roupa especial, máscara Pressão negativa (de modo a entrar ar e não sair, mas especialmente a não saír) Autoclavar tudo o que sai Se o agente for muito perigoso isolador Barreira clássica SPF modificada (Barreias Individualmente Ventiladas IVC): Sistemas de barreira individual – individual ventilated cages (ar filtrado) Câmara de fluxo laminar Crescimento microbiano em Biofilmes: Biofilme – Comunidade estruturada de células (constituída por 1 ou mais espécies microbianas), aderentes a uma superfície inerte (abiótica) ou viva (ex. tecido vivo), embebidas numa matriz de polissacárido de origem microbiana. Vantagens dos Biofilmes: Protecção relativamente a condições agressoras (irradiação, calor, desidratação, desinfectantes, antibióticos, etc.) ou a fagocitose por células do sistema imunitário dos organismos infectados. Maior disponibilidade de nutrientes Estabelecimento de relações que podem ser benéficas, como por exemplo comunicação entre células envolvendo moléculas sensoras (ex.: “quorum-sensing”) ou troca de material genético (ex: plasmídeos). 39 H. Genética Bacteriana – princípios gerais (capítulo 11, 13, 14 Prescott) O conteúdo genético designamos por genoma celular (DNA presente numa célula). O DNA tem um conjunto de genes que codificam proteínas Gene – são segmentos de DNA (excepto em alguns vírus, que são constituídos por RNA) que codificam os produtos funcionais (as proteínas). Sequência de um gene – um gene apresenta 3 regiões: região promotora (onde se encontra o promotor – local onde a RNA polimerase se liga para iniciar a transcrição, as zonas consenso reconhecidas pela polimerase – nos procariotas só existe uma RNA polimerase e 2 zonas consenso de 6 nucleótidos cada uma), parte estrutural (zona transcrita. Encontra-se apenas numa das cadeias e a sua zona complementar, não codificante, denomina-se zona nonsense) e zona de terminação (onde termina a transcrição). Sentido da informação genética: Eucariotas Procariotas Notas: Há um controlo muito mais fino nos eucariotas. mRNA monocistrónico, significa que apenas contém informação para a síntese de uma proteína. mRNA policistrónico, significa que pode albergar informação para a síntese de várias proteínas. Replicação do cromossoma bacteriano: Maioritariamente os cromossomas bacterianos são circulares. É identificado um ponto de origem e a partir daí começa a replicar-se. A replicação é bidireccional. Duas forquilhas de replicação movem-se à volta do DNA e formam estruturas intermédias com a forma da letra grega theta (θ). A cadeia-filha é a cadeia representada a roxo. Transcrição Processamento do mRNA no núcleo mRNA monocistrónico (citoplasma) Tradução Transcrição (mRNA policistrónico) Tradução 40 A cadeia codificante do RNA é 5’ 3’ Sequência da produção de proteínas: Geração da Diversidade: a) Mutações 1. Espontâneas – Erros na replicação; Lesões no DNA; Inserções por elementos de inserção ou transposões (frequentes na E. Coli). Reparação enzimática possível – actividade de proof Reading. 2. Induzidas – por agentes mutagénicos: Químicos (ácido nítrico, substâncias alquilantes, etc) Análogos de bases (AZT) Agentes intercalantes: induzem distorção de DNA Físicos (radiações UV e X) – danificam as bases azotadas, induzindo erros de replicação. b) Transposões – genes “móveis”, “genes saltadores” (jumping genes) – são elementos móveis genéticos que quando estão num local induzem uma modificação e quando estão noutro local induzem outra. Como a taxa de multiplicação celular é muito mais elevada em bactérias, estas são mais fáceis de estudar. Mutações – Consequências: Se ocorrer em genes codificantes: Mutações silenciosas (devido à existência de um código genético degenerado) Mutações Missense (modificação do aminoácido) Mutações Nonsense (formação de codões STOP) Mutações Frameshift (mutações por deslocamento de leitura dos codões) Mutações com implicação no fenótipo celular: Mutações morfológicas (alteração na morfologia das colónias ou da célula) Mutações letais/condicionais (algumas delas só se exprimem em certas condições ambientais por exemplo determinadas temperaturas). Mutações bioquímicas (m.o. auxotrofos)/resistência (mutações que induzem resistência a antibióticos) Mutações em sequências reguladoras (regulação genética:p/ex:promotor) Gene mRNA Proteína Proteína Funcional 41 Mutações em genes de tRNA e mRNA. Todas as mutações com implicação no fenótipo celular acabam por ser uma consequência das mutações nos genes codificantes. Reparação do DNA: 1. DNA polimerase regula erros de bases – actividade de proofreading 2. Correcção de dímeros de timina e bases alquiladas por fotoliases (catalizam reacções fotoquímicas) 3. Sistemas de reparação Mismatches (MutS, MutH, DNA polimerase) 4. Reparação Recombinacional (Proteína RecA). Há substituição de um fragmento danificado a partir de uma cópia não danificada presente na célula. 5. Resposta SOS (paragem da síntese de DNA. Intervenção da RecA). Como o sistema RecA é de reparação, convém que esteja ausente nos organismos recombinantes, para não repararem as mutações induzidas. Mutações acontecimentos completamente aleatórios em que há mecanismos de reparação. Criação da diversidade genética: Nos Eucariotas: O processo que cria variabilidade genética nos eucariotas é diferentes dos procariotas. Para haver recombinação tem que ser nas zonas de homologia. O processo mais importante de recombinação genética ocorre durante o ciclo sexual, mais concretamente no crossing-over durante a meiose. Nos Procariotas: Recombinação Homóloga – requer os genes de recombinação bacteriana (recA – enzima que se destaca e que participa também na reparação SOS do DNA, B e C) e homologia entre os DNAs envolvidos. Recombinação “site-specific” – ao contrário da recombinação homóloga que ocorre em qualquer região com ampla homologia entre as sequências, a recombinação sítio- específica ocorre entre sequências específicas do DNA, normalmente homólogas em apenas uma pequena parte do DNA. Esta interacção é mediada por proteínas e não por complementariedade de bases. Esta recombinação é não recíproca, não há troca, é só inclusão! Transposição – enzimas que promovem a transposição de um gene para outro (transposonas). É uma recombinação não homóloga. 42 Elementos transponíveis: Elementos transponíveis – diferentes tipos de transposões: Transposão IS (sequências de inserção) – é o tipo mais simples de elementos transponíveis. Estes elementos transportam apenas os genes necessários para a movimentação do elemento e respectiva inserção numa nova posição. Não transportam nenhuma informação genética adicional. Transposão composito – são mais complexos e maiores que as IS. Transportam também informação genética que permite, por exemplo, a resistência a determinados antibióticos. Consequências da inserção de transposões: a) Mutações – podem inserir-se num gene e provocar uma mutação, podem estimular a reorganização do DNA, provocando delecções de material genético… b) Activação ou supressão de genes – alguns tranposões contém codões STOP, podendo bloquear a transcrição ou tradução. Outros transposões contém promotores que podem activar genes perto do local de inserção. Papel dos transposões na evolução dos plasmídios bacterianos – os plasmídios podem conter vários sítios-alvo para transposões diferentes, por isso os transposões movem-se frequentemente entre os plasmídios. Como muitos transposões contêm genes resistentes a antibióticos, eles ao moverem-se de um plasmídio para outro, os genes resistentes são introduzidos num plasmídio-alvo, criando um plasmídio resistente. Muitos plasmídios de resistência são capazes de se mover de uma célula para outra por conjugação, espalhando, desta forma, os genes de resistência por toda a população. Plasmídios – são moléculas de DNA de dupla cadeia, que podem ser lineares ou circulares, que não estão integrados no cromossoma bacteriano. São autónomos, tendo o seu próprio local de origem e podem dividir-se com uma ordem sincronizada ou não com o cromossoma. São muito frequentes em procariotas, têm dimensão variável e são herdados independentemente do cromossoma bacteriano. 43 Os Plasmídios codificam genes vantajosos. Existe um enorme variedade de plasmídios, entre os quais, destacam-se os seguintes tipos de plasmídios: Factor F/Factor de Fertilidade – desempenha um importante papel na conjugação na E. coli Plasmídios R – codificam a maioria das resistências a antibióticos Plasmídios metabólicos – vias de degradação da lactose, ureia, tolueno, pesticidas, etc. Plasmídios (1º a ser identificado na E. Coli) – codificam bacteriocinas (proteínas bacterianas que destroem outras bactérias) Epissomas – plasmídeos que se conseguem integrar no DNA cromossómico do hospedeiro, sendo este processo reversível. Podem permanecer intactos durante muito tempo se duplicados em cada divisão celular do hospedeiro. Muitos dos plasmídeos F são epissomas. Plasmídeos de virulência – contêm genes de virulência que tornam a bactéria mais patogénica. Por exemplo, genes que codificam para a síntese de toxinas, sideróferos, etc. Nota: Muitos plasmídeos F são também R, uma vez que no mesmo plasmídeo pode vir codificado o pilli sexual e a resistência a antibióticos. Merozigotos – quando as bactérias possuem uma porção de DNA extra, que fica parcialmente diploide, este DNA não é destruído e pode passar, ou não, à descendência. Está integrado ao plasmídeo e proporciona recombinação genética. Mecanismos de transferência genética – em procariotas a transferência de genes ocorre principalmente por três mecanismos: a) Conjugação b) Transformação c) Transdução a) Conjugação – transferência de genes através do contacto directo entre células bacterianas. O DNA é transferido directamente de uma bactéria para a outra. Existem 3 tipos de conjugação: 1. Conjugação F+ com F- Doadores transportando factores F (células F+) transferem o plasmídio aos receptores (células F-), que, como resultado, tornam-se F+. 2. Conjugação Hfr (high frequency of recombination) para F- Em algumas células que transportam o factor F, o factor integra-se no seu cromossoma, convertendo-se a célula em célula Hfr. Quando a conjugação ocorre entre uma célula Hfr e uma célula F-, o cromossoma da célula Hfr replica-se e uma fita parental do cromossoma é transferida para a célula receptora. A replicação do cromossoma Hfr inicia-se no meio do factor F integrado e um pequeno fragmento do facto F conduz os genes cromossómicos para a célula F-. Normalmente o cromossoma rompe-se antes de ser transferido por completo. Uma vez dentro da célula receptora, o DNA doador pode recombinar-se com o DNA receptor. (O DNA que não estiver integrado será degradado). Deste modo, pela conjugação com uma célula Hfr, uma célula F- pode adquirir novas versões de genes cromossómicos (assim como na transformação). Contudo, a célula receptora permanece F-, pois não recebeu um factor F completo durante a conjugação. 44 3. Conjugação F’ Como o plasmídeo F é um epissoma, pode abandonar o cromossoma bacteriano no qual está integrado. Durante este processo, o plasmídeo F comete um erro na excisão, de forma a que adquire uma porção do material cromossómico e se converte em plasmídio F’.A célula F’ conserva todos os seus genes, embora alguns deles se encontrem no plasmídeo. Esta célula cruza-se apenas com um receptor F-. Novamente, se transfere o plasmídeo, mas habitualmente os genes bacterianos presentes no cromosssoma não são transferidos. Os genes adquiridos durante a excisão do plasmídeo F’ são transferidos com ele, não sendo necessário serem incorporados no cromossoma receptor para serem expressos. Deste modo, o receptor converte-se em F´. b) Transformação A transformação é a integração de um fragmento de DNA livre por uma célula microbiana no seu DNA. Para isso, tem que ter sistemas de transporte. Frederick Griffith (1928) realizou uma experiência que tem a ver com este mecanismo de transformação. Foi uma experiência fundamental para identificar o DNA como material genético e a transformação é o mecanismo que está na base. O mecanismo de transformação tem-se verificado tanto em bactérias gram-positivas como gram- negativas. 45 Existem 2 tipos de transformação: 1. Transformação com DNA livre – DNA cromossómico com DNA livre 2. Transformação com DNA plasmídico As bactérias são agentes patogénicos directos porque conseguem atravessar as nossas barreiras de defesa. Uma das principais causas que está na base é o facto de se transformarem. Atenção! O mecanismo de conjugação só ocorre entre células da mesma espécie, enquanto na transformação não é bem assim! Os mecanismos de transporte estão relacionados directamente com os mecanismos nutricionais, sendo também utilizados para transporte de DNA. c) Transdução A transdução é a transferência genética mediada por bacteriófagos (vírus). Bacteriófagos ou simplesmente designados por fagos – são vírus que infectam bactérias, compostos por uma cápside proteica e um único tipo de ácido nucleico. Bacteriófagos: Bacteriófagos Virulentos – finalizam o seu ciclo replicativo, saindo da célula por lise celular. Durante um ciclo lítico pode haver incorporação do DNA bacteriano na cabeça dos fagos, logo alguma porção do DNA dos fagos teve que se perder, porque não cabe tudo na cabeça do fago. 46 Bacteriófagos temperados – após entrada na célula, o genoma fágico integra-se no cromossoma bacteriano – profago-, sendo replicado sempre que a célula se divide. Os Bacteriófagos temperados são aqueles cujo genoma não está completo e por isso não conseguem completar o seu ciclo lítico. Lisogenia Bactérias lisogénicas Depois reversão do ciclo lisogénico para ciclo lítico. Existem 2 tipos de transdução: Transdução generalizada Fagos com toda a informação genética injecção exclusivamente do DNA do fago célula produz unidades proteicas das cápsides e DNA dos fagos e dá-se a lise da célula. Aquando do empacotamento pode acontecer que os fagos levem algum DNA cromossómico e esses fagos não são capazes de completar o seu ciclo lítico. Se houver integração do fago, surge um processo que se chama lisogenia e o fago está integrado até que surja um fago competente que se chama fago lítico e vai funcionar como um fago helper porque vai induzir a lise do DNA bacteriano, que vai ajudar o fago que está integrado a fazer a excisão. Transdução especializada Aquando da mudança do ciclo lisogénico para ciclo lítico pode ocorrer o transporte de uma região específica do cromossoma bacteriano, na partícula fágica, devido a uma integração do fago, num local determinado do cromossoma bacteriano da célula hospedeira. Na transdução um determinado fago tem uma especificidade de espécie. 47 Aplicações: Mapeamento genómico, que se baseia no mecanismo de conjugação. O tamanho da molécula transportada depende do tempo de contacto. DNA Recombinante Clonagem: * Plasmídeos, Cosmídeos, Bacteriófagos, Cromossomas Artificiais, Vírus… * Plasmídeo contém: - Multiple Cloning Site - Gene de selecção (lacZ gene) - Origem de replicação - Gene de resistência: selecção de recombinantes (ampR gene) Plasmídeos (2 tipos): - Alta cópia - Baixa cópia (taxa de replicação mais baixa) Os Plasmídeos de clonagem têm 2 características importantes: Têm sempre um gene de resistência de antibióticos (para identificar as clonadas) Sequência nucleotídica com local múltiplo de clonagem (Multiple Cloning Site) 48 Em laboratório, é mais fácil induzir competência nas bactérias gram-negativas do que nas bactérias gram-positivas. Excepção: quando os inserts são muito pequenos. Transformação: Cultura de células competentes. A clonagem de DNA não tem que ser necessariamente de genes. Aplicação da clonagem: Clonagem de Hormonas Anti-corpos monoclonais – uma população de plasmócitos que só produz uma única proteína. O nosso soro tem n plasmócitos que produzem diferentes anticorpos contra diferentes epítetos de imunoglobulinas. Animais transgénicas Organismos geneticamente modificados I. Patogenicidade dos Microrganismos (Capítulo 33.1, 33.3 e 33.4 do Prescott) Parasitismo e Poder Patogénico Microbiano Relação entre organismo: Qualquer organismo que cause doença é um parasita que vive à custa de um hospedeiro dependência metabólica. Nesta relação, o corpo do hospedeiro pode ser visto como um microambiente que protege e suporta o crescimento e multiplicação do organismo parasita; Muitas bactérias comensais podem tornar-se parasitas se estiverem num local diferente do que costumam colonizar ou então se estiverem em grande número, isto é, se houver um aumento exponencial em número. Exemplo: E. Coli se for para a bexiga. Existem vários tipos de parasitismo: Ectoparasita – se um organismo vive na superfície do seu hospedeiro; Endoparasita – se um organismo vive no interior do seu hospedeiro. Tipos de Hospedeiros: Definitivo – aquele no qual o parasita atinge a maturidade. Para a microbiologia, é aquele em que o parasita se multiplica nas melhores condições ecológicas. Intermediário – aquele em que o parasita passa por estádios anteriores à maturidade. Este hospedeiro é essencial para que se complete a propagação do parasita. De transferência ou vector – é facultativo: pode existir, ou não, sem que o ciclo seja afectado com isso. Reservatório – é muito importante no que diz respeito às zoonoses; é aquele em que o parasita se encontra, normalmente, na natureza; é assintomático. 49 Exemplos: a) Leptospira HD: Homem De transfererência ou paraténico: Rato Reservatório: Cão b) Mycobacterium bovis (não são só os bovinos que têm) c) Brucella (tem uma série de hospedeiros reservatório) Para provocar infecção o que a bactéria precisa fazer? Crescer e multiplicar no hospedeiro, que pode resultar ou não em alterações de sintomas e sinais clínicos; Varia com a gravidade, localização e número de organismos envolvidos, podendo ou não causar doença. Infecção – situação em que o indivíduo cresce e se multiplica no hospedeiro. Afecção – infecção que resulta em doença. Alteração do estado hígido causado pelo parasita. Agente Patogénico – qualquer organismo que causa doença num hospedeiro saudável. Patogénio primário – é qualquer organismo que causa doença num hospedeiro saudável por interacção directa; Patogénio oportunista – é um organismo que é capaz de viver livremente ou como uma parte da microbiota normal do hospedeiro, mas que pode adoptar um papel patogénico sob certas condições, como quando o sistema imune está comprometido. Ásvezes um organismo infeccioso pode entrar num estado latente em que nem se multiplica, nem dissemina e não há sintomas de doença no hospedeiro. Esta latência pode ser Intermitente ou Quiescente. Latência Intermitente – Após a infecção inicial os sintomas desaparecem, o vírus permanece no tecido nervoso e pode ser activado ciclicamente, semanas ou meses mais tarde por factores como stress e luz solar. Exemplo: Salmonella e vírus do herpes. Latência Quiescente – o organismo persiste mas permanece inactivo por longos períodos de tempo, geralmente anos ou mesmo décadas. Exemplo: Vírus da Varicela-Zoster, causa varicela nas crianças e mantém-se depois da doença diminuir. No adulto, sob certas condições, o mesmo vírus pode levar a uma doença designada herpes-zoster. Deste modo, o resultado de uma relação parasita-hospedeiro depende de 3 factores principais: Nº de organismos presentes no hospedeiro – quanto maior o nº de organismos num hospedeiro, maior a probabilidade de desenvolver a doença; Defesas ou grau de resistência do hospedeiro – a resistência do hospedeiro pode diminuir tanto que a sua própria microbiota pode causar doença; Virulência do organismo 50 O termo virulência refere-se ao grau ou intensidade de patogenicidade, sendo determinada por três características do patogénio: Infectividade – capacidade do organismo estabelecer focos de infecção Invasividade – capacidade do organismo penetrar tecidos adjacentes e outros Patogenicidade – capacidade do organismo provocar dano ao hospedeiro. O maior aspecto do potencial patogénico é a Toxigenicidade. A Toxigenicidade é a capacidade do patogénio produzir toxinas, substâncias químicas que provocam dano no hospedeiro e produzem doença. Quantificação da Virulência: A virulência pode ser determinada experimentalmente através da determinação da Dose Letal 50 (DL50) ou da Dose Infecciosa 50 (DI50). DL50 – nº de m.o. capazes de matar 50% de um um grupo experimental de hospedeiros num determinado período. DI50 – nº de m.o. capazes de infectar 50% de um um grupo experimental de hospedeiros num determinado período. No entanto, é preciso ter também em consideração que uma doença pode ser também o resultado de uma resposta imune exacerbada e não directamente do efeito de determinados compostos tóxicos. Métodos de quantificar ou verificar Virulência (métodos alternativos): Cultura de células Ovos embrionados Outros organismos Real-time PCR Quanto menor for o DL50 ou DI50 mais virulento é o patogénio. Neste caso, a estirpe A é mais virulenta que a estirpe B. 51 Patogenia da Doença Bacteriana A patogenia diz respeito ao estudo da origem das doenças e do modo como elas evoluem. Quais são os passos para promover doença? - Os passos para uma infecção por uma bactéria patogénica incluem: 1. Estabelecer um reservatório (atingir nº suficiente) 2. Transportar-se e entrar no hospedeiro. 3. Aderir, colonizar e/ou invadir o hospedeiro. 4. Multiplicar-se (crescer) ou completar o seu ciclo de vida no hospedeiro ou em células do hospedeiro. 5. Escapar aos mecanismos de defesa iniciais do hospedeiro. 6. Possuir a capacidade de provocar doença no hospedeiro. 7. Abandonar o hospedeiro e regressar ao reservatório ou propagar-se e entrar num novo hospedeiro. Dos pontos 1 a 5 temos características do grau de infectividade e invasividade e o ponto 6 corresponde á toxigenicidade. Os primeiros cinco factores influenciam o grau de infectividade e invasividade e a toxigenicidade tem um papel importante no sexto factor. Todos os patogénicos bacterianos devem ter pelo menos um reservatório. Os reservatórios mais comuns para patogénicos humanos são outros humanos, animais e o ambiente e estes constituem parte de um ciclo infeccioso. A capacidade e provocar doença depende do poder toxígeno. Transmissibilidade: Contacto Directo – envolve o contacto físico entre a fonte da doença e o hospedeiro susceptível. Exemplo: Aerossóis. Fomites (objectos inanimados) – constitui um contacto indirecto. Vectores – carraças, ácaros e pulgas são os mais comuns. Depois do patogénio ser transmitido, tem que aderir ao hospedeiro para o poder invadir e/ou coloniza-lo. Factores de adesão: Estruturas de aderência – Fimbrias (estruturas filamentosas que ajudam a ligar a bactéria a outras bactérias ou superfícies sólidas), cápsula ou glicocálice (inibe a fagocitose e ajuda na aderência. Quando a camada é bem organizada e não pode ser eliminada, designa-se de cápsula), Pili (estrutura filamentosa que liga procariotas para transferência de material genético), S layer (camada mais externa do invólucro celular de algumas archaebactérias e eubactérias que pode promover a aderência a superfícies), Slime layer (filme bacteriano que é menos compacto do que uma cápsula e é facilmente removido), Ácidos Teicóico e Lipoteicóico (componentes da membrana celular de bactérias gram-positivas). Adesinas – moléculas de adesão à superfície celular. Funcionam como o modelo de chave- fechadura. As adesinas são moléculas especializadas ou estruturadas na superfície da célula bacteriana que ligam locais receptores complementares na superfície da célula hospedeira. 52 As bactérias que produzem adesina têm um factor de virulência e são potencialmente patogénicas, porque as condições do hospedeiro podem não ser adequadas, daí ser referido que são potencialmente! Invasividade do Patogénio: A invasão pode ser por: Penetração Passiva – por vezes o agente patogénico pode penetrar a superfície epitelial por mecanismos passivos, não relacionados com o agente patogénico por si só. Exemplos: Feridas, Abrasões ou quando o hospedeiro realiza fagocitose (células eucariotas). Penetração Activa – os agentes patogénicos penetram activamente as membranas mucosas e o epitélio após a adesão à superfície epitelial e isto pode ser realizado graças à produção de substâncias líticas que alteram o tecido do hospedeiro: Atacando a substância fundamental e membranas basais dos tegumentos e lâminas intestinais; Degradando os complexos de hidratos de carbono-proteínas entre células ou na superfície das células (glicocálix); Corrompendo a superfície celular. Exemplos: - a Salmonella é fagocitada. - a Listeria tem penetração tipo fecho de correr. - a Leptospira tem penetração tipo saca-rolhas. Nota: Exemplos mais importantes sublinhados a vermelho! 53 Colonização significa a multiplicação num local à superfície ou no interior do hospedeiro. Depende de: capacidade da bactéria competir com sucesso com a microbiota normal do hospedeiro para nutrientes essenciais; ultrapassar a barreira do hospedeiro; ultrapassar as defesas específicas do sistema imunitário. Barreiras Inespecíficas ajudam a não desenvolver doença. Exemplos: lisozima, muco e cílios, pele, pH ácido no estômago, toxinas das bactérias intestinais e o fluxo de urina. Defesas não específicas: Febre (aumenta a temperatura e as bactérias deixam de fazer síntese proteica e morrem) e fagocitose. Multiplicação no Hospedeiro: Septicémia: presença e multiplicação de bactérias na corrente sanguínea Toxémia: presença de toxinas na corrente sanguínea. Bactéremia: bactérias na corrente sanguínea. As bactérias só provocam doença se produzirem factores de virulência. A cápsula é um factor de virulência das bactérias. Existem dois tipos de factores de virulência: Tem a ver com a sua morfologia. Ex: cápsula, fimbrias, flagelo. A bactériaproduz. Ex: produz toxinas Uma bactéria comensal pode tornar-se virulenta. Por exemplo: Uma E. coli comensal pode adquirir plasmídeos que a tornam virulenta. Os factores de virulência são apenas expressos no hospedeiro – expressão dependente das condições ecológicas do hospedeiro! Genes de invasão da Shigella não são expressos a 25°C, só a 37°C. Invasão da Salmonella ocorre em condições de Osmolaridade elevada. Ilhotas de Patogenicidade: Os genes que codificam os factores de virulência normalmente estão agrupados em Ilhotas de Patogenicidade. Uma bactéria pode ter mais do que uma ilhota de patogenicidade. TTSS – Type III Secretion System (Sistema de secreção tipo III) – conjunto de 25 genes. Permite que bactérias gram-negativas secretem proteínas de virulência para o interior da célula eucariota do hospedeiro. As ilhotas de patogenicidade normalmente aumentam a virulência microbiana e não estão presentes em membros não patogénicos do mesmo género ou espécie. Um exemplo específico é encontrado em E.coli: A E.coli enteropatogénica possui grandes fragmentos de DNA que contêm genes virulentos ausentes na E.coli. 54 Toxigenicidade Toxinas: Exotoxinas – são produzidas pelo microrganismo e excretadas para o exterior. Endotoxinas – são constituintes da bactéria. Podem ser libertadas por lise nas bactérias ou aquando da divisão celular. Toxina – substância, produto do metabolismo microbiano, que altera o metabolismo normal das células do hospedeiro, com efeitos nocivos para o hospedeiro. Diferenças entre exotoxinas e endotoxinas: Características das Exotoxinas e Endotoxinas Característica Exotoxinas Endotoxinas Composição Química Maioritariamente são proteínas LPS, Lípido A Exemplo de doença Botulismo, Difteria, Tétano Infecções por Gram-negativas, meningococcemia Efeito no hospedeiro Altamente variável entre diferentes toxinas (neurotoxina, citotoxina, enterotoxina) Similar para todas as endotoxinas Febre Não Sim Genética Genes extracromossomais (plasmídeos, profagos) Genes cromossomais Estabilidade Térmica Termosensíveis, inactivadas a 60- 80°C, inactivadas por formaldeído, iodina. Termoestáveis até aos 250°C Resposta Imunitária Altamente imunogénicas Fracamente imunogénicas Localização Normalmente são excretadas para fora das células Parte da membrana externa das bactérias Gram-negativas Produção Produzidas tanto por bactérias Gram-positivas como Gram- negativas Só se encontram nas bactérias Gram- negativas, libertadas durante a morte das bactérias e algumas durante o crescimento. Toxicidade Altamente tóxicas/fatais Menos potentes/choque séptico Produção de toxóide Toxóides (anotoxinas) não tóxicos. Utilizados para imunização (utilizados como vacinas) Não podem ser utilizados como Toxóides Atenção: Só as bactérias gram-negativas é que têm constituintes celulares que podem constituir endotoxinas! 55 Doenças causadas por bactérias produtoras de toxinas: Infecção – as bactérias entram no hospedeiro que ingere um alimento contaminado (ex: ovos com Salmonella); uma vez no interior do hospedeiro, segregam toxinas que vão provocar doença. Intoxicação – a doença é provocada por toxinas pré-formadas (ex: numa lata tapada, houve desenvolvimento de Clostridium bottulinum, bactérias estas que segregam toxinas; se o alimento for consumido, a doença que sobrevém é causada pelas toxinas que nela se encontram, não pelas bactérias em si). Exotoxinas – 4 tipos: 1. Exotoxinas tipo I: Toxinas AB Subunidade A – enzimaticamente activa Subunidade B – biologicamente inactiva, não tóxica As Toxinas AB são sempre proteicas e são compostas por 2 subunidades. Actuam interferindo em diferentes processos metabólicos. A subunidade A sozinha não consegue entrar na célula. Ela precisa da subunidade B. Existem 2 mecanismos de entrada: Ligação da subunidade B a um receptor de membrana, levando à formação de um poro que permite a entrada da subunidade A (é uma entrada mecânica). Noutro mecanismo a subunidade B também se liga a um receptor de membrana, que vai despoletar a formação de uma vesícula que entra no citoplasma. A subunidade B não é uma enzina, essa subunidade permite a entrada da subunidade A. (entrada mais biológica). 2. Exotoxinas tipo II Nas toxinas tipo II a acção é focada num determinado tipo de órgão, isto é, num grupo muito específico. Actuam extra ou intracelularmente, na célula-alvo. Caracterizam-se com base no local afectado: Neurotoxinas (tecido nervoso), enterotoxinas (intestino), citotoxinas (acção específica em determinados tecidos). Enterotoxinas Ex: Toxinas da Cólera e Toxinas termolábeis de E. coli Muitas delas têm mecanismos de acção AB (as duas classificações não se contradizem); Toxinas com local específico de acção extra ou intracelular A Tóxina botulínica e tetânica são neurotoxinas e têm efeitos opostos. A toxina botulínica vai-se ligar de forma irreversível ao receptor do músculo, deixando de haver contracção desse músculo. Isto leva à perda respiratória, contracção cardíaca, etc (por exemplo). A toxina tetânica impede a descontracção (relaxamento do músculo) – isto leva a uma contracção exagerada e leva à morte do indivíduo. Citotoxinas Ex: Toxina da difteria e toxina Shiga (Shiga like toxin 1 – Shigella spp., E. coli) 3. Exotoxinas tipo III Interferem com a membrana celular da célula-alvo (são aquelas que fazem perfuração). Leucocidinas, hemolisinas, fosfolipases. Porções A e B não dissociáveis. Modo de acção: a) ligação da proteína ao colesterol, insere-se na membrana e forma um canal (poro) Perda citoplasmática 56 Influxo de água Ruptura da célula Ex: Leucocidinas, Hemolisinas b) hidrólise dos fosfolípidos da membrana citoplasmática, por remoção dos grupos polares. Ruptura da célula Fosfolipase (toxina que é uma enzima responsável por este modo de acção) Ex: Clostridium perfrigens: gangrena gasosa (toxina α) 4. Superantigénios – Toxinas do Tipo IV Promovem um desequilíbrio, porque promovem a exacerbação da resposta do sistema imunitário. Estimulação das células T – libertação de citoquinas (muito importantes na sinalização das células do sistema imunitário). Endotoxinas: Produzidas pelas células Constituintes celulares libertados após lise bacteriana ou durante a divisão celular. A maioria das bactérias Gram-negativas têm um lipopolissacárido (LPS) na membrana externa da sua parede celular que, em determinadas circunstâncias, é tóxico para hospedeiros específicos. Este LPS denomina-se endotoxina, porque está ligado à bactéria e liberta-se quando o microrganismo é destruído. Parte das endotoxinas também se podem libertar durante a multiplicação. O componente tóxico do LPS é a parte lipídica que se denomina de lípido A. Características das Endotoxinas: Termoestáveis Tóxicas em doses elevadas (mg/Kg) Pouco imunogénicas Semelhantes em m.o. diferentes Produz efeitos sistémicos: febre, choque, coagulação sanguínea, diarreia, inflamação, etc. Consequências da libertação de LPS ligação do complexo LPS + LBP ao receptor CD4 ou receptores dos macrófagos. Efeitos da endotoxina: Aumento da permeabilidade e lesões vasculares nos alvéolos pulmonares; Inflamação Aguda; Edema Pulmonar; Diminuição das trocas gasosas ( Perfusão reduzida e lesão dos capilares hepáticos. Diminuição da função hepática… Choque séptico, Falência orgânica, Morte) 57 J. Cocos Gram-positivos: Staphylococos spp.; Streptococcus spp. (Livro Veterinary Microbiology and Microbial Disease – cap. 8 e 9) Staphylococcus spp. Filo: Firmicutes Classe: Bacilli Família: Stapylococcaceae Género: Staphilococcus Cocos Gram-positivos; Agrupados em cachos irregulares; Comensais da pele e membranas mucosas; M.o. patogénicos oportunistas e provocam infecções piogénicas relacionadas com produção de pus; A maioria são anaeróbios facultativos e catalase positivos, mas há excepções (S. aureus e S. saccharolyticus são anaeróbios estritos e catálase negativos) São imóveis, oxidase-negativos, não formadores de esporos. A maioria são coagulase-positivos, excepção S.hyicus que tem coagulase variável (uns positivos e outros não); Nota: A produção de coagulase está relacionada com a patogenicidade e vemos como? Com a mistura num plasma de coelho. Coagulase-positivas estão geralmente relacionadas com doenças de maior gravidade, por isso são potencialmente mais patogénicas. Por exemplo: Doenças supurativas, endometrite, cistite, otite, artrite, linfadenite, infecções cutâneas supurativas. As coagulase-negativas até agora só foram relacionadas com Infecções cutâneas e mastite. Distribuição mundial; Comensais da pele dos animais e do homem. Também nas mucosas do trato respiratório anterior; Podem ser adquiridos via endógena ou exógena; Podem sobreviver no ambiente durante muito tempo; Crescem em meios não enriquecidos; Algumas estirpes apresentam uma afinidade selectiva para diferentes espécies animais. Mas não há barreira de espécie, ou seja, podem transitar de espécie para espécie. A espécie que parece ser mais espécie-específica é o S. felis (até agora apenas isolado de gatos). Transferência de estirpes entre os animais e o homem de Staphilococcus aureus: em termos de potencial zoonótico é a MRSA (Staphilococcus aureus meticilino-resistentes). Estudos apontam que há transmissão dos animais para o homem. É altamente resistente a antibiótico. 58 Staphilococcus aureus – identificação laboratorial: Morfologia das colónias: Colónias provenientes de cães são geralmente brancas. No Homem e bovino são geralmente amarelas. S. pseudintermedius e S. hyicus não são pigmentados. Padrão de Hemólise – Hemolisina em agar-sangue: S. aureus e S. pseudintermedius produzem dois tipos de hemolisinas: α-hemolisina e β-hemolisina, ou seja, S. aureus e S. pseudintermedius produzem hemólise dupla. S. coagulase negativos – produzem a hemolisina mais tarde (produção mais lenta). Testes bioquímicos: Prova da catalase: catalase-positivos e catalase-negativos Teste da coagulase: - Coagulase-positivos: Staphilococcus - Coagulase-negativos: Micrococcus (A produção de coagulase está relacionada à patogenicidade) O Teste da catalase e coagulase são uma alternativa ao API S. aureus é mais resistente a antibióticos que o S. pseudintermedius. No cão e no gato, ambos foram identificados como agentes mais frequentes de Pioderma. Foram isolados também a partir de infecções em humanos. S.pseudintermedius são exclusivos nos animais domésticos – pequenos animais. Teste de Voges-Proskaeuer – S. aureus positivo para acetoína e S. pseudintermedius não é positivo. Purple agar – contém púrpura de bromocrasol como indicador de pH e 1% de maltose. É utilizado para diferenciar S. aureus do S. intermedius. S. aureus utiliza a maltose e a produção de ácido produz alterações no meio e as colónias passam de púrpura a amarelo. S. intermedius é pouco fermentador de maltose, não provocando alterações no meio. E quanto aos coagulase negativos quando os identificamos? Quando estão em sítios onde não é suposto. São identificados em cultura pura ou isolados a partir de locais estéreis (articulações, líquido cerebroespinhal. Numa cultura estéril não é suposto lá estarem!) Testes moleculares 59 Patogénese e Patogenicidade: Em infecções cutâneas crónicas por Staphylococcus a lesão é granulomatosa com bolsas de pus ao longo do tecido. Os agentes patogénicos produzem uma vasta gama de toxinas e enzimas. Os factores de virulência mais importantes são a Coagulase (conversão do fibrinogénio e fibrina) e Estafiloquinase. Proteína A – a sua principal função é a invasão do sistema imunitário. É um componente da superfície que se liga a porção Fc da IgG e inibe a opsonização. As enterotoxinas que são designadas de A a E estão envolvidas na intoxicação alimentar, no ciclo do vómito. Piémia transmitida por carraças e epidermite exsudativa são as únicas exclusivamente atribuídas a Staphilococcus unicamente. Outras doenças: Mastite e Pioderma. S. aureus é o que provoca infecções mais severas. Onfalite – inflamação do cordão umbilical S. aureus anaerobius – linfadenite. É anaeróbio, logo não se faz a prova da catalase! S. pseudintermedius – piodermite… S. hyicus – epidermite exsudativa, mastite (rara), poliartrite. Que tipo de amostras? Amostras relacionadas com os sinais que demonstram por isso recolha de leite, pus (abcessos)… Meio Baird-Parker – é selectivo para Staphilococcus, sendo utilizado em microbiologia alimentar. A avaliação da susceptibilidade a antibióticos deve preceder o tratamento (avaliar MDR). Streptococcus spp. Filo Firmicutes Classe Bacilli Ordem Bacillales Família Streptococcaceae Género Streptococcus Streptococci (inclui: Streptococcus, Enterococcus e Peptostreptococcus)≠ Streptococcus. Todos são cocos gram-positivos. O género bacteriano mais importante em termos patogénico é o Streptococcus. Grupo de bactérias que pode infectar muitas espécies animais, causando condições supurativas (mastites, metrites, poliartrite e meningite). As espécies do género Streptococcus são cocos Gram-positivos e organizam-se em cadeias de diferentes tamanhos. O único que se organiza em forma de pêra é o Streptococcus pneumoniae (pneumococos). São catalase-negativos, anaeróbios facultativos e imóveis. São bactérias fastidiosas e requerem a adição de sangue ou soro no meio de cultura. 60 As estirpes patogénicas apresentam cápsulas espessas e produzem colónias mucoides quando cultivados em agar-sangue durante 24-48h a 37°C. O Streptococcus morre mais facilmente no exterior, por isso é mais provável encontrar a nível endógeno. São sensíveis à dessecação. Os Streptococcus distribuem-se por todo o mundo; são comensais da mucosa respiratória anterior e da génito-urinária posterior. São menos resistentes no meio ambiente que os Staphylococcus. Streptococcus – colónias pequenas, translúcidas e geralmente hemolíticas. Devemos analiser o tipo de hemólise para nos dirigir-mos para uma das 3 espécies. Tipo de hemólise em agár-sangue: β-hemólise é uma hemólise completa indicada por uma zona clara ao redor das colónias; α-hemólise é uma hemólise parcial ou incompleta, indicada por uma zona esverdeada ou pouco clara ao redor das colónias; γ-hemólise não causa alterações observáveis ao redor das colónias no agar-sangue. Fala-se de γ-hemólise quando a bactéria não é hemolítica. Grupo de Lancefield – sistema de classificação serológica. Baseia-se nas características antigénicas de um polissacárido da cápsula bacteriana de composição variável, a substância C. - Teste de aglutinação em látex: se houver aglutinação, a substância C está presente. Streptococcus de maior interesse clínico: Streptococcus pyogenes – é um Estreptococo β-hemolítico dos mais importantes a nível de patogenicidade. S. agalactiae, S.dygalactidae e S. uberis (agentes de mastites) S.pneumoniae – é o Estreptococo α-hemolítico mais importante (Pneumonia por pneumococos) S. equie, subespécie equisimillis – tem localização diferente consoante a espécie do hospedeiro; geralmente está envolvido em processos purulentos nas serosas e mucosas. Geralmente, os Estreptococos β-hemolíticos são mais patogénicos que os Estreptococos α- hemolíticos. S. suinis – o único com importância em termos zoonóticos. Os Estreptococos em termos de zoonoses não são tão importantes como os Estafilococos. Os seres humanos são muito mais perigosos em termos de Estreptococos que os animais para os humanos. Factores de virulência: Exotoxinas – hemolisinas (estreptolisina O e S), DNAse, NADase, protease, estreptoquinase (enzima trombolítica e também promove coagulação do fibrinogénio) e hialuronidase. A existência de enzimas confere capacidade de penetração à bactéria; Proteína M – anti-fagocítica e pode funcionar como adesina; Cápsula polissacárida – factor de adesão e anti-fagocítico – estirpes sem cápsula não são patogénicas. Estes factores de virulência não têm de co-existir todos no mesmo organismo. 61 Amostras: Pus ou exsudado; Meio de transporte numa zaragatoa porque é muito sensível ao meio ambiental. Identificação: Isolados Teste de campo (CAMP test) – consiste em semear Staphylococcus aureus (bactéria β- hemolítica) no centro de uma placa com meio de cultura e depois semear à sua volta os Streptococcus que queremos identificar. Neste tipo de teste só os Streptococcus do grupo B produzem um fenómeno de aumento da hemólise do Staphylococcus aureus. A este aumento da hemólise produzida pelo Staphylococcus aureus chama-se fenómeno CAMP +. De salientar que apenas os Streptococcus do grupo B produzem esta característica banda de hemólise. Este teste demora 24 horas e só nos indica se o Streptococcus é ou não do grupo B. K. Bactérias Gram-positivas esporuladas Género Bacillus Filo Firmicutes Classe Bacilli Género Bacillus Bacilos Gram-positivos, esporulados, dispostos em cadeias; Aeróbios estritos ou anaeróbios facultativos A capacidade de crescer aerobiamente e de produzir catalase distingue as espécies de Bacillus das de clostrídeos, que também são bacilos gram-positivos formadores de endósporos. Móveis (excepto B. anthracis e B. mycoides) Catalase-positivos (excepto B. anthracis) Crescem em meios não enriquecidos Muitas espécies são oxidase-negativas Produzem endósporos Como são bactérias esporuladas há uma primeira classificação que tem a ver com os esporos: Gram + Gram + Esporos não deformantes Esporos deformantes Esporos ovais, centrais ou terminais Esporos ovais, centrais ou terminais Esporos alongados, terminais ou subterminais Céls vegetativas ≥ 1μm largura Céls vegetativas ≤ 1μm largura B. polymyxa B. macerans B. circulans B. stearothermophilus B. alvei B. laterosporus B. brevis B. sphaericus B. cereus B. anthracis B. megaterium B. mycoides B. thuringiensis B. licheniformis B. subtilis B. pumilus B. firmus B. coagulans 62 Todos os Bacillus são ubiquitários, a maioria saprófitas (ar, solo, água) e sem potencial patogénico; Muito resistentes no exterior (esporulação). Endósporos mantêm viabilidade por um período superior a 50 anos; Esporos presentes em áreas endémicas, restritas com clima quente e solo calcário. O Bacillus mais importante em Medicina Veterinária é o B. anthracis. Bacillus cereus complexo, possui 3 fenótipos: B. cereus (arquétipo do grupo) – intoxicações alimentares, doença; B. thuringiensis – letal para insectos, utilizado para o controlo de pragas; coloniza o aparelho digestivo das minhocas. B. anthracis – altamente patogénicos (herbívoros). B. cereus (Humanos, Caprinos, Ovinos e Bovinos como hospedeiros) – associado a intoxicações alimentares, infecções oculares e mastites raras. B. anthracis – carbúnculo hemático As vias de infecção são essencialmente três: Ingestão de esporos, contaminação por feridas, solo de pastagem. Ciclo de infecção do B. anthracis: Estes microrganismos não têm uma capacidade infecciosa muito grande, o problema são as toxinas! 1. Esporulação no solo - alimentação – principalmente porque se alimentam junto ao solo - feridas 2. Germinação dos esporos no organismo infectado - Produção de toxinas - Acção das toxinas Morte 3. Libertação de bactérias Quais são os factores de virulência do B. anthracis? Os dois factores de virulência são codificados por plasmídeos (exotoxinas por genes plasmídicos pXO1 e cápsula por pXO2). 3 exotoxinas – São toxinas do tipo AB. As três toxinas são: antigénio protector (PA) – gene Pg, factor edema (EF) e factor letal (LF). Individualmente estas toxinas não são tóxicas, mas sim em conjunto (toxina trivalente). O antigénio protector actua como transportador intracelular das restantes toxinas. Actua como subunidade B de exotoxinas AB. Cápsula com poli-D-glutamato – antigénios da cápsula (genes capA, capB e CapC). Confere resistência à fagocitose por macrófagos, proporcionando evasão ao SI e inibição da digestão proteolítica dentro das enzimas. B. anthracis: Edema e Necrose Entrada em circulação Lesão dos glóbulos brancos Inibição fagocitária Divisão bacteriana Produção de exotocinas Aumento da permeabilidade vascular 63 Septicémia Morte Atenção: Diferentes espécies têm diferentes susceptibilidades ao B. Anthracis! Susceptibilidade: Bovino > Ovino, Caprino > Humano > Equino > Suíno > Carnívoros > Aves B. anthracis – medidas de controlo: As medidas de controlo em regiões endémicas são diferentes das medidas de controlo nas regiões não endémicas… Regiões endémicas – vacinação anual de bovinos, ovinos e caprinos; quimioprofilaxilia (penicilina) e vacina morta para humanos. Regiões não endémicas – proibição de movimentação animal, uso de vestuário apropriado, pedilúvios com desinfectantes, fumigação com formaldeído, eliminação das carcaças por incineração, etc. Diagnóstico laboratorial: B. cereus, B. thuringiensis, B. anthracis Amostra: sangue, líquido peritoneal, baço. Observação microscópica – B. anthracis: observação da cápsula directamente a partir de esfregaços. Critérios para identificação de isolados de B. anthracis: Isolamento em agar-sangue (aerobiose a 37°C) Morfologia colonial Aparência microscópica em esfregaços corados pela técnica de Gram (bacilos longos, associados em cadeias longas, gram-positivos) Ausência de crescimento em Agar MacConkey Características culturais e se necessário testes de patogenicidade em animais de laboratório Identificação por testes bioquímicos: API 50CH, hemólise, gelatina, cápsula, mobilidade, lecitinase, susceptibilidade a fagos, susceptibilidade à penicilina. Bacillus cereus: É uma bactéria patogénica. É um comensal oportunista. Gosta de esporular em grandes quantidades de amido, logo é fácil encontra-lo em alimentos. É frequente em alimentos frescos. Induz duas síndromes completamente diferentes: Síndrome Diarreica e Síndrome Emética, por: Consumo de alimentos contaminados Consumo de alimentos onde já ocorreu produção de exotoxinas Síndrome Emética – Intoxicação devido a toxinas produzidas nos alimentos contaminados: arroze massas. Toxina emética – cereulide – muito resistente ao calor. Toxina pré-formada pelas formas vegetativas, resistente no trato gastro-intestinal. Estimulação do nervo vago aferente. Sintomas: vómito. Síndrome Diarreica – Produção intestinal de enterotoxinas, hemolisinas e citotoxinas. Sintomas: diarreia e dor abdominal. Consumo de alimentos contaminados: guisados, aves, peixes e produtos lácteos). 64 Género Clostridium Filo Firmicutes Classe Clostridia Género Clostridium Comensais Habituais no TGI de Ruminantes Em situações de desequilíbrio pode ocorrer doença Bacilos Gram-positivos, anaeróbico, formadores de esporos, catalase e oxidase-negativos Móveis (excepto C. perfrigens) Crescem em meios enriquecidos As colónias de C. perfrigens são rodeadas por zonas de dupla hemólise Amostras: Colher para meio em anaerobiose (carvão vegetal) Colher para seringa fechada porque se a bactéria fica em contacto com O2 morre (porque é anaeróbia obrigatória). Diagnóstico laboratorial: Propagação em agar-sangue enriquecido com vitamina K, extrato de levedura e hemina. Incubação em Anaerobiose (Prova de ar paralelamente) Observação microscópica Provas Bioquímicas: capacidade proteolítica: lecitinase, lípase, gelatina, caseína,… Os patogénicos podem ser agrupados de acordo com o modo e o local de acção das suas exotoxinas: 1. Neurotóxicos – pouco invasivos, mas produtores de exotoxinas. Ex.: C. tetani e C. botulinum. 2. Histotóxicos – invasivos, produtores de exotoxinas menos potentes 3. Enterotoxémias – produtores de enterotoxinas, induzindo uma toxémia importante em ruminantes e equinos. Ex.: C. perfrigens. 4. Doenças induzidas por antibióticos – doença entérica por desequilíbrio da microflora intestinal. Ex.: C.spiroforme, C. difficile. 65 1. Neurotóxicos: C. tetani: Indução de paralisia espástica. Bactérias esporuladas telúricas (alta resistência ambiental das formas esporuladas) Bacilos gram-positivos. Esporos terminais e deformantes (aparência de raquete de ténis). Habitat: solo contaminado por fezes Infecção: - Introdução de esporos em feridas profundas. - Germinação nos tecidos. - Produção local de toxinas. As aves não são susceptíveis ao tétano. Atenção: Não é invasivo, mas sim produz toxinas localmente! Factores de virulência: - Tetanolisina (hemolisina), produzida localmente, facilita a multiplicação bacteriana. - Tetanoespasmina – neurotoxina codificada por plasmídeo. Actua nos terminais inibidores, bloqueando os sinais inibibores que promovem a descontracção muscular, provocando um estado de rigidez extrema e dolorosa. C. botulinum É muito importante na intoxicação alimentar! Impede a libertação de acetilcolina, originando a paralisia flácida. Toxinas: A, B, Cα, Cβ, D, E, F, G (alimentos humanos). Estas toxinas inibem a contracção muscular. Se há descontracção não há respiração nem batimento cardíaco! 66 2. Histotóxicas – funcionam por lesão celular! Produzem uma variedade de lesões nos animais domésticos. C. chuvoei C. septicum C. novyi (A-D) C. sordelli C. colinum C. perfrigens (A) 3. Enterotoxémias Intoxicações fatais e agudas Toxinas de maior importância: Toxina α, β, ε (epsílon), ι (iota) C. perfrigens são comensais do TGI. Temos enterotoxémias se houver desequilíbrio. Frequente em exploração extensiva. Existem vacinas. 4. Disbioses – doenças induzidas por antibióticos C.spiroforme – presente habitualmente na flora intestinal. Desequilíbrio por terapêutica com antibiótico pode causar multiplicação excessiva Doença. C. difficile – associado a infecções nasocomiais em hospitais. Afecta coelhos, cobaias e humanos. Causa uma enterocelite neutropénica. L. Género Corynebacterium, Rhodococcus equi, Género Listeria, Erysipelothrix rhusiopathiae (Quinn: Cap. 10, 11, 13 e 14) Corynebacterium spp. Filo Actinobacteria Classe Actinobacteria Ordem Actinomycetales Família Corynebacteriaceae Género Corynebacterium São Bacilos Gram-positivos mais pequenos, são pleomórficos (podem apresentar várias formas). Fastidiosas, crescem em meios enriquecidos Podem aparecer isolados ou em paliçada. Catalase-positivos e oxidase-negativos Anaeróbios facultativos, não formadores de esporos Não móveis São comensais das membranas mucosas, pele e TGI. Formam infecções supuradas. Morfologia das colónias – a espécie mais importante é o C. pseudotuberculosis (colónias pequenas esbranquiçadas, secas, quebradiças). 67 Identificação Bioquímica – Teste API Coryne (+ indicado) ou BBL Teste de sinergia da Hemólise – faz-se uma sementeira em cruz Patogénese e Patogenicidade – maioria patogénico oportunista. As Corinebactérias, com excepção de C. bovis, são microrganismos piogénicos que causam uma grande variedade de condições supurativas em animais domésticos. C. bovis, foi encontrada no canal do teto em mais de 20% das vacas de leite aparentemente sadias, provoca uma resposta imunitária ligeira. Tem sido sugerido que essa resposta pode proteger a glândula mamária contra a invasão de muitos agentes patogénicos virulentos. Factores de virulência: o mais importante é a Fosfolipase D que vai hidrolisar uma proteína presente nas membranas das células. Principais afecções: C. bovis – provoca mastite C. Pseudotuberculosis: - linfadenite caseosa - condição crónica supurativa em ovinos e caprinos, bovinos (raro). - abcessos encapsulados com material caseoso no interior. - também já foi encontrado nos suínos. - Diagnóstico laboratorial: espécies animais afectadas e sinais clínicos - Amostras: Pus, exsudados, amostras de tecido afectado - Identificação laboratorial: (1) observar características morfológicas das colónias, (2) presença ou ausência de hemólise, (3) ausência de crescimento em agar MacConkey. Rhodococcus equi Colónias rosa-salmão mucoides sem hemólise Gram-positivas, aeróbias, cocos ou bastonetes (depende da estirpe) Imóvel, catalase-positivo e oxidase-negativo Saprófitas do solo Crescem em meio não enriquecido Comensal do trato intestinal dos animais Patogénico oportunista em poldros com menos de 6 meses de idade Factores de virulência: tem vários, mas os mais importantes são a cápsula de polissacáridos (antifagocitários – conseguem “fugir” ao fagossoma antes de este ser destruído nos lisossomas) e os ácidos micólicos na parede celular (retardam a fagocitose). Principais afecções: Broncopneumonia supurativa em poldros (devido ao facto da imunidade celular ao nível dos pulmões não se encontrar completamente desenvolvida). Diagnóstico laboratorial: Amostras: pus, aspirado traqueal, fezes (valor de diagnóstico se > 106 UFC/g) Identificação laboratorial: Meios de cultura: Agar-sangue e MacConkey (para confirmar que é mesmo gram-positiva) Critérios para identificação dos isolados: Colónias não-hemolíticas no agar-sangue, cor salmão e mucoides; Ausência de crescimento em agar MacConkey 68 Teste de CAMP positivo Perfil bioquímico utilizando kits comerciais (BBL) Género Listeria Filo Firmicutes Classe Bacilli Ordem Bacillales Família Listeriaceae Género Listeria Características gerais: Cocobacilos gram-positivos, anaeróbios facultativos São móveis, catalase-positivos e oxidase-negativos Parasita intracelular facultativo (multiplica-se dentro das células) Género constituído por 6 espécies, das quais 3 são patogénicas. A espécie patogénica mais importante é a L. monocytogenes. As outras duas espécies patogénicas são a L. ivanovii e L. innocua. A L. monocytogenes cresce numa ampla gama de temperaturas (4°C a 45°C) e pH (5,5 a 9,6) Habitat: amplamente distribuída no ambiente – solo, forragens, silagens (pH >5,5), fezes de animais saudáveis e efluentes. Identificação laboratorial: É muito difícil de observar. Colónias pequenas, lisas e transparentes. Teste de CAMP positivo com Staphilococcus aureus, mas não com Rhodococcus equi Hemólise (hemólise de L. ivanoii > L. monocytogenes) Kits de identificação bioquímica Análise do serotipo (3 serotipos mais importantes: 1/2a, 1/2b e 4b responsáveis por Intoxicação alimentar por L. monocytogenes) Fagotipificação 69 Patogénese e Patogenicidade: Intracelular, produz factor de virulência que a faz entrar dentro da célula, escapa ao fagossoma e forma uma cápsula de actina, movimenta-se ate à superfície da célula. Formam-se profusões que permitem à bactéria penetrar nas células vizinhas (desta forma acaba por nunca ter contacto com o sistema imunitário do organismo). Factores de virulência mais importantes na L. monocytogenes: Internalina, Listeriolisina O, “Actin Assembly-inducing protein”- ActA Vão permitir que a Listeria passe de umas células para as outras sem passar pelo sistema imunitário. Principais afecções: Rações e alimentos contaminados resulta em Septicémia… Tem sintomatologia nervosa (o animal anda em círculos, daí o nome “circling disease”. No Homem é uma zoonose e também é transmitida por alimentos contaminados (pode ser transmitida pelo leite e resiste ao processamento deste na produção de queijo, carnes processadas, carne crua). Erysipelothrix rhusiopathiae Filo Firmicutes Classe Erysipelotrichi Ordem Erysipelotrichales Família Erysipelofrichidaes Características Gerais: Gram-positiva, anaeróbia facultativa, não móveis Catalase-negativa, oxidase-negativa Cresce numa grande amplitude de temperaturas e pH. Resistente na presença de altas concentrações de sal (portanto a Salmoura não resulta) Colónicas lisas (Infecção Aguda) ou irregulares (infecção crónica) Meio sólido suplementado com sangue ou soro 1) invasão por endocitose mediada por internalinas 2) lise do fagossoma pelas hemolisinas (Listeriolisina O) produzidas pela Listeria e replicação no citoplasma 3) mobilidade entre células mediada pela ActA, desta forma a Listeria passa de umas células para as outras sem passar pelo sistema imunitário. 70 Habitat: Distribuição mundial Excreção nas fezes e secreções oronasais 50% dos suínos têm esta bactéria nas amígdalas. Contaminação do solo e água das superfícies. Os peixes constituem uma forma de contaminação para o Homem. Identificação laboratorial: Morfologia das colónias: colónias pontuais lisas ou rugosas Produzem H2S no meio TSI (meio com 3 açúcares e ferro) o ferro vai formar H2S Serotipificação – as mais importantes são: Ia, Ib e 2 Hemólise incompleta em 48h Patogénese e Patogenicidade: através de ingestão de material contaminado. Factores de virulência mais importantes: Cápsula (protege da fagocitose) e Neuraminidase (enzima que ajuda na penetração celular). Principais afecções: Infecta suínos, ovinos e perús Suínos: lesões na pele perfeitamente características , disseminação hematogénica (artrite, endocardite, septicémia, aborto). No homem: provoca celulite localizada (é uma doença ocupacional no homem, pois vai actuar nas pessoas que trabalham directamente com os animais infectados, sobretudo suínos). M. Mycobacterium (Quinn: cap. 17) Bactérias aeróbias, não formadoras de esporos, não móveis; Apesar de Gram-positivas, o conteúdo elevado de lípidos faz com que o corante não seja incorporado; Bacilos álcool-resistentes: Coloração Ziehl-Neelsen; Diagnóstico nem sempre é simples Cultura leva muito tempo (até 16 semanas no caso de M.avium paratuberculosis), portanto é muito fastidioso; Imunidade humoral muito tardia – detecção de anticorpos pouco sensível como método de diagnóstico até fases muito avançadas Utiliza-se imunidade celular Podem passar barreira inter-específica. Resistem muito tempo no meio ambiente. Doenças crónicas e progressivas. Muito raramente surgem sinais clínicos em animais antes dos dois anos. Tratamento não é possível nos animais. Vacinação não eficaz ou não autorizada (vacina de paratuberculose só nos peq. Ruminantes) Impacto económico elevado (doenças muito debilitantes, problemas reprodutivos) 71 Tuberculose bovina: M. bovis subsp bovis Potencial zoonótico (reduzido pela pasteurização) Tuberculose: Existe um plano de erradicação nacional em bovinos. Javalis, veados, texugos e outra vida selvagem afectada, devido a passar a barreira inter- espécie. Diagnóstico por intradermo-tuberculinização ou γ-interferão. Casos clínicos muito raros. Paratuberculose ou doença de Johne: Afecta ruminantes; Discute-se a possibilidade de contribuir para a doença de Crohn; Espessamento da mucosa intestinal; Má absorção de nutrientes; Emagrecimento progressivo e diarreia em bovinos; Presente numa grande proporção de explorações; Aquisição de infecção tanto mais eficiente quanto mais jovem é o animal; Impacto de doença subclínica maior do que de doença clínica. Outras micobactérias: Infecções cutâneas por micobactérias ambientais. N. Espiroquetas (Quinn, capítulo 31) Classificação de Espiroquetas com importância em medicina veterinária: Espiroquetas: Bactérias helicoidais, móveis, flexuosas, de comprimento variável entre 0,1 e 3,0 μm; Pouco resistentes em meios secos; Coram mal por corantes comuns (apesar de Gram-negativas) Maior parte necessita de meios especializados Alguns zoonóticos (ex: Leptospira, Borrelia…) 72 Leptospirose: Afecta várias espécies (também zoonótica) Presente nos túbulos renais dos mamíferos; Excretada pela urina de animais afectados; Portadores assintomáticos. Cultivadas aerobicamente em meios líquidos a 30°C. Tem nomenclatura particular: Nomenclatura: espécies e serovares Leptospira borgpeterseni: serovar hardjo Leptospira interrogens serovar hardjo Diagnóstico por visualização em microscópio de fundo escuro ou por técnicas sorológicas. Reacções cruzadas em termos sorológicos podem dificultar diagnóstico. Possível vacinar e tratar em casos de infecção activa. Mais frequentemente: Animais adultos, animais mais jovens Aborto ou hemoglobinúria em Bovinos Insuficiência renal aguda ou hepatite em cães Serpulina hyodysenteriae: Colite muco-hemorrágica que afecta suínos em crescimento; Atraso no crescimento e morte ocasionalmente; Infecção por via fecal-oral; Necrose e erosão da mucosa do cólon; Em animais gnotobióticos não produz doença; Precisa de interacção com Fusobacterium necrophorum, Bacterióides vulgatus, … Anaeróbio, mas tolerante ao oxigénio; Fezes ou raspagens da mucosa ou cólon para cultura; Diagnóstico sorológico (ELISA, por exemplo); Imunoflorescência Borrelia burgdorferi: Doença de Lyme (humanos, cães, cavalos, bovinos) – infecção generalizada com manifestações neurológicas, cardíacas e artrite; A transmissão ocorre quando umcarrapato infectado (vector) se alimenta de um animal susceptível, mas há casos que a transmissão é rápida após a fixação do carrapato; A remoção imediata dos carrapatos nos animais de companhia pode prevenir a infecção; Gram-negativo que cresce em condições de microaerofilia; Diagnóstico: m.o. em fundo escuro (não é muito frequente) sorologia PCR Cultura em meios específicos pouco viável 73 Treponema: Dermatite digital, sobretudo em bovinos, principalmente leiteiros, levando a claudicações. Os ovinos também podem ser afectados. Etiologia ainda não completamente esclarecida. Diagnóstico clínico – comportamento epidémico O. Fusobacterium e Bacteroides (Quinn, capítulo 32) “Muitas bactérias gram-negativas, anaeróbias e não formadoras de esporos causam infecções oportunísticas, frequentemente em associação com anaeróbios facultativos. Interações sinergísticas entre microrganismos nessas infecções mistas são comuns. As espécies de Fusobacterium e as bactérias outrora referidas como espécies de Bacteroides representam mais de 50% dos microrganismos anaeróbios isolados a partir dessas infecções. (…) Anaeróbios Gram-negativos não formadores de esporos são frequentemente encontrados em membranas mucosas, particularmente no trato digestivo de animais e de humanos. São excretados nas fezes e podem sobreviver por curtos períodos no meio ambiente.” P. Actinomycetes (Quinn, capítulo 12) Bactérias Gram-positivas de crescimento lento, muitas formando filamentos; Patogénios oportunistas que produzem respostas inflamatórias diversas; Géneros importantes: Actinomyces, Trueperella (antiga Arcanobacterium), Actinobaculum, Nocardia e Dermatophilus. Trueperella pyogenes: Anteriormente Arcanobacterium pyogenes; Habitante normal da orofaringe de ruminantes; Coco-bacilos gram-positivos, anaeróbio facultativo; β-hemólise em agar-sangue; Abcessos: pneumonia, mastites, onfalites, metrites, poli-artrites. Actinomyces bovis: Coloniza orofaringe de bovinos; Anaeróbio ou anaeróbio facultativo; “Sulphur granules” (aspecto característico); Actinomicose – osteomielite mandibular; Gram-positivo Nocardia: Várias espécies; Mastite em ruminantes; Aborto em suínos e bovinos; Piagranulomas cutâneos, pleurais e piotórax ( = pus no tórax) em cães. 74 Dermatophilus congolensis: Bactéria gram-positiva, filamentosa, com zoósporos móveis em forma de cocos (aspecto linha de comboio); Presente na pele de animais clinicamente normais, sobretudo em regiões endémicas: Normalmente não invadem a pele sadia. Traumas e humidade persistente predispõem à invasão da pele; A invasão conduz a uma resposta inflamatória aguda, resultando na formação de microabcessos na epiderme. Q. Enterobacteriaceae (Quinn: cap. 18, edição de 1994 e 2002) Filo Proteobacteria Classe γ-proteobacteria Família Enterobacteriaceae Características gerais: Bacilos gram-negativos, anaeróbios facultativos, não formam esporos; Oxidase-negativos e catalase-positivos. Habitat: Ubiquitários; Trato intestinal de animais e homem; Solo, vegetação e água contaminados. Identificação laboratorial: Se cresce em MacConkey podemos afirmar que são enterobacteriáceas; Morfologia das colónias: Klebsiella e Enterobacter – colónias mucoides (biofilme/cápsula) Uma mucóide será mais virulenta que uma não mucóide. Algumas estirpes de E. coli – colónias mucoides Proteus – colónias em tapete Serratia marcescens – é o único que produz colónias cor-de-rosa Características culturais: A maioria não é hemolítica em agar-sangue (excepção: algumas estirpes de E. coli; Fermentação de lactose em Agar MacConkey: as espécies fermentadoras produzem colónias rosa; Outros meios selectivos: - Agar Verde Brilhante (BGA): diferencia Salmonella de E. coli; - Xilose-lisina desoxicolato Agar (XLD) - EMB (agar de eosina-azul de metileno: quando tenho colónias verde metálico pode- se afirmar que é E. coli. - Meio TSI (“Triple Sugar Iron”): a maioria das espécies de Salmonella fermenta a glucose e não fermenta a lactose ou sacarose – fundo amarelo (ácido). A rampa 75 permanece vermelha porque a quantidade produzida não é suficiente. Se os 3 açúcares forem fermentados (glucose, sacarose e lactose) o meio fica amarelo. Testes adicionais: Produção de lisina descarboxilase – positivo para Salmonella e negativo para Proteus. Como a Salmonella e o Proteus têm reacções semelhantes no meio TSI, usa-se este teste para distinguir; Produção de urease: o Proteus produz urease e o meio fica cor-de-rosa, enquanto a Salmonella não; Teste IMVIC – utilizam-se 4 meios semeados em paralelo: Prova do Indol, Prova do vermelho de metilo, Prova de Voges-Proskauer e Prova da utilização do citrato. A E.coli é a única que produz o padrão; as outras fermentadoras de lactose não. (E.coli é indol-positiva, VM-positiva, VP-negativa e citrato-negativa) – a E.coli é a única que é assim. Teste de mobilidade – usado para diferenciação de Klebsiella (não móvel) de Enterobacter (móvel). Ambas as espécies produzem colónias mucoides difíceis de distinguir. Procedimento: Tubo meio sólido com uma picada no centro do tubo e ver se a bactéria se move ou não para os lados. A mobilidade das bactérias é proporcionada pela presença de um ou mais flagelos. As bactérias imóveis não possuem flagelos. Testes bioquímicos comerciais – API 20 E (BN, Ox-) 76 Serotipagem de E. coli, Salmonella e Yersinia – testes de aglutinação com anti-soros em lâmina. Se a aglutinação é positiva, consigo utilizar os soros. Testes moleculares Escherichia coli Características gerais: Geralmente móveis (flagelos perítricos e fímbrias); Reacção bioquímica característica no teste IMVIC; Fermentadora de lactose – colónias cor-de-rosa em agar de MacConkey; Serotipagem por avaliação dos antigénios presentes na superfície da célula. 4 tipos de antigénios da E. coli: Somáticos – O – correspondem aos lipopolissacáridos (LPS) da parede (endotoxina extremamente patogénica); Flagelares – H Capsulares – K (polissacáridos) Fímbrias – F – são as proteínas que compõem as fímbrias Habitat – a colonização do trato intestinal dá-se logo após o nascimento a partir de fontes ambientais. Persistem ao longo da vida. A maioria das estirpes são comensais e de baixa virulência. Existem algumas estirpes patogénicas, sobretudo se se verificarem factores de risco. Factores de virulência: Cápsula polissacárida Endotoxina LPS (lipopolissacárido), libertado após a morte das bactérias. Tem actividade pirogénica, lesão endotelial e coagulação intravascular. Factores de colonização: Fímbrias Adesinas - permitem a adesão à superfície das mucosas do Intestino Delgado e do trato urinário posterior – facilitam colonização, diminuição dos efeitos de expulsão do peristaltismo e da urina. K88 – adesina mais comum em suínos, receptores diminuem com a idade, até 3 semanas, codificadas por plasmídeos; 77 Intimina – adesina que permite a ligação de estirpes enteropatogénicas aos enterócitos. Enterotoxinas – 3 tipos: Termolábil (LT): LT1 (caract. suínos), LT2 (isoladas a partir de bovinos). É por causa destas enterotoxinas que há desinteria; Termoestável (ST) – em todas as espécies. Facilitam a entrada de água para dentro do intestino e dificultam a sua absorção – diarreia. Verotoxinas(VT) – termolábeis e letais para as células vero. Efeito citopático na cultura de células vero. Provocam danos celulares. Colonizam os intestinos e podem danificar os enterócitos, quando atingem a corrente sanguínea. Provocam diarreia com sangue. Dois tipos de factores citotóxicos necrosantes: CNF1 e CNF2; α-hemolisina – não estão directamente relacionados com a virulência mas está associada a outros factores de virulência (expressão dos outros). CNF1 é codificado cromossomicamente. Sideróforos – moléculas que se ligam ao ferro e captam ferro do meio. As bactérias sem ferro não se desenvolvem. Patogénese e Patogenicidade (6 patotipos, diferentes factores de virulência): 1. EPEC (E. coli enteropatogénicas) – ligação às células do epitélio intestinal, destroem as microvilosidades, provocando úlceras e diarreia. 2. VTEC ou EHEC (Verotoxinogénicas ou Enterohemorrágicas) – citotoxina codificada num fago, adesão (intimina) e lesão hemorrágica (pilis, biofilme). Fezes com sangue. Este patotipo é o que apresenta uma taxa de mortalidade maior. 3. ETEC (enterotoxinogénica) – adesão, colonização e produção de enterotoxinas LT e/ou ST. É a que causa a “diarreia do viajante”. 4. EAEC (enteroagregativa) – forma um biofilme à volta do espitélio intestinal, promove esfoliação dos enterócitos, destruição das microvilosidades. 5. EIEC (enteroinvasiva) – invadem as células adjacentes devido à presença de um plasmídeo. Este mecanismo é igual ao da Listeria. 6. DAEC (difusamente aderente) – produção de adesinas e toxinas. Mais prevalente em crianças. Principais afecções: Afecta principalmente animais jovens – factores de risco: Administração insuficiente de colostro; Acumulação de estirpes patogénicas no ambiente (ver Box 18.1); Sobrelotação e falta de higiente; Alterações de ração muito bruscas Receptores para as adesinas ETEC presentes na primeira semana de vida dos vitelos; Nos suínos permanecem no pós-desmame; Trato digestivo dos leitões preparado para ração facilmente digerível (nutrientes não digeridos facilitam acumulação de E. coli); Factores de stress (frio, manipulação, transporte) Principais afecções em animais jovens podem ser limitadas ao intestino ou podem manifestar-se como septicémia ou toxémia. 78 Adultos infecções oportunistas Em suínos pós-desmame as manifestações de toxémia são a enterite e a doença dos edemas (acumulação de exsudados) – característica dos suínos provocada por E. coli. Diagnóstico laboratorial: Idade, espécie animal afectada, sinais clínicos, duração da doença; Amostras: fezes de animais com doença entérica; amostras de animais com septicemia, leite mastitico, amostras de urina, zaragatoas cervicais nos casos de suspeita de doença uterina. Cultura em meio MacConkey e agar-sangue aerobicamente a 37°C durante 24 a 48 horas; Critérios de identificação dos isolados: Meio agar-sangue – colónias acinzentadas, redondas e brilhantes com um cheiro característico. Podem ser hemolíticas ou não hemolíticas; Meio MacConkey – colónias cor-de-rosa brilhante; Teste IMVIC pode ser utilizado para confirmação; Algumas estirpes produzem colónias com brilho metálico quando crescem no meio agar EMB; Perfil bioquímico completo pode ser necessário para identificar isolados coliformes de mastites e cistites; Serotipagem 79 Salmonella spp. Características gerais: Bactéria móvel, não fermenta lactose (cor salmão no meio MacConkey e não rosa forte); Apenas 2 espécies: S. enterica e S. bongori; S. enterica é mais importante em termos veterinários. Tem 6 sub-espécies, sendo a mais importante a sub-espécie S. enterica enterica, mais concretamente S. enterica enterica serotipo typhimurium, ou na linguagem corrente, S. typhimurium. O género Salmonella tem mais de 2500 serótipos. Esquema de Kauffmann-White para identificação de antigénios somáticos (natureza polisacarídica) e flagelares (natureza proteica) e capsulares. Habitat – tem distribuição mundial. Infecta muitos mamíferos, aves e répteis e é excretada principalmente nas fezes. A principal via de infecção é através da ingestão. Os organismos podem estar presentes na água, solo, alimentos para animais, carne crua e vísceras e na vegetação. A principal fonte de contaminação ambiental são as fezes. Patogénese e Patogenicidade: Invadem a mucosa intestinal. Começam por aderir à mucosa intestinal através das fímbrias. Promove o enrugamento das membranas. Entra dentro da célula em vesículas e desenvolve- se dentro das vesículas. Ela resiste à digestão por fagócitos e destruição pelo sistema complemento! Efeitos tóxicos dos radicais livres produzidos pelos fagócitos minimizados pela actividade da superóxido dismutase e catalase bacterianas. Resistência à acção do sistema complemento através das longas cadeias de LPS, que impedem que o sistema complemento se ligue à bactéria. LPS responsável pelo choque endotóxico e desinteria. A Salmonelose é frequente. As consequências variam de estado de portador subclínico até septicémia aguda fatal. Embora a maioria dos organismos sejam eliminados por mecanismos de defesa do hospedeiro, podem persistir na forma subclínica. A Salmonella pode também permanecer dentro das vesículas e não se libertar – infecção latente. A doença clínica pode desenvolver-se a partir de infecções subclínicas e latentes se os animais forem submetidos a stress! mais comum em ovinos, bovinos,… Alguns serotipos como Salmonella pullorum e S. gallinarum em aves de capoeira, S. choleraesis em suínos e S. dublin em bovinos apresentam uma especificidade de hospedeiro relativa. S. Typhimurium tem uma gama de hospedeiros ampla. Os carnívoros adultos saudáveis são naturalmente resistentes à Salmonelose. A Salmonella detecta-se no matadouro e localiza-se frequentemente na mucosa do íleo, ceco e cólon muito hemorrágica e nódulos de linfócitos muito aumentados. 80 Principais afecções: Serótipo Brandenburg – associado ao aborto em bovinos. S. Dublin – em vitelos são comuns afecções crónicas Faixas etárias mais afectadas – jovens e idosos Identificação laboratorial: História de surtos na região. Faixa etária. Tipo de diarreia. Na necrópsia – enterocolite hemorrágica e linfonodos mesentéricos aumentados. Amostras: Animais vivos – fezes, sangue, conteúdo intestinal e amostras de tecidos; Animais mortos – amostras de lesões e conteúdo abomasal de fetos abortados. Confirmação de salmonelose septicémica: isolamento a partir do sangue ou de órgãos parenquimatosos; Infecção activa: verifica-se um grande crescimento de salmonelas em placas inoculadas directamente com fezes, conteúdo intestinal ou conteúdo do abomaso ou fezes. Estado de portador: recuperação de pequeno número de Salmonelas nas fezes. As amostras devem ser cultivadas directamente em BGA e XLD e também em selenito F, Rappaport ou caldo tetrationato. Incubação em aerobiose a 37°C até 48h, as subculturas feitas a partir do caldo de enriquecimento são incubadas 24 a 48 horas. Amostras de alimentos: pré-enriquecimento não selectivo em APT 18h a 37°C, porque é mais difícil isolar a Salmonela em amostras de alimento. Este pré-enriquecimento vai permitir que o nº de Salmonelas cresça exponencialmente, sendo mais fáceis de recolher. Critérios de identificação de isolados: Meio Verde brilhante – colónias vermelhas; Meio XLD – colónias pretas com halo à volta; Meio agar TSI – TSI com parte de baixo amarela e partedo meio vermelha; API 20 E – BN, O- Serotipagem – isolados do TSI; anti-soros Fagotipagem – semelhante à serotipagem. Para estudos epidemiológicos. Para identificação de isolados com características específicas. Testes serológicos – ELISA e técnicas de aglutinação. Para ver se os anticorpos estão activos ou não. Sondas de DNA – pesquisar grande número de amostras fecais. Yersinia spp Características gerais: Não fermentam lactose – colónias rosa claro/descoradas no meio MacConkey. Móveis, com excepção de Y. pestis; Crescimento fastidioso (crescem muito lentamente); Coloração bipolar (coloração de esfregaços de tecidos animais por Giemsa). A bactéria nunca fica corada homogeneamente. 81 Muitas espécies. Apenas 3 são patogénicas para animais e homem: Y. pestis, Y. enterocolitica e Y. pseudotuberculosis. Habitat: Y.pseudotuberculosis e Y. enterocolitica: trato intestinal de aves, mamíferos e animais domésticos. É muito resistente ao ambiente. Y. pestis – roedores silvestres (reservatório muito importante) e transmissão por pulgas. Patogénese e Patogenicidade: Yersinias patogénicas são microrganismos intracelulares facultativos que possuem factores de virulência codificados por cromossomas e plasmídeos, muitos dos quais são requeridos à sobrevivência e à multiplicação em macrófagos. Y. pseudotuberculosis e Y.enterocolitica são menos patogénicas do que Y. pestis e raramente produzem infecção generalizada. Estes microrganismos entram na mucosa através das células M das placas de Peyer. A adesão e a subsequente invasão por meio dessas células são facilitadas por factores como proteínas invasinas e proteínas para adesão/invasão (adesinas) que têm afinidade para integrinas na superfície celular. Uma vez na mucosa, as bactérias são fagocitadas por macrófagos, dentro dos quais sobrevivem e são transportadas aos linfonodos mesentéricos. Factores de virulência: A sobrevivência de Y. pseudotuberculosis e Y. enterocolitica é aumentada por proteínas antifagocitárias; Y. enterocolitica possui factores de virulência adicionais: cápsula proteica antifagocitária e um activador do plasminogénio que promove a disseminação sistémica (enzima fibrinolítica). A endotoxina (LPS) também contribui para a patogenicidade das infecções clínicas. Y. pestis é a mais invasiva. Principais afecções: Y. pseudotuberculosis – infecções entéricas com diarreias abundantes em várias espécies; infecções apresentam-se de forma subclínica. Doença septicémica – pseudotuberculose em roedores de laboratório e aves de aviário. Abortos esporádicos em animais de produção. Y. enterocolitica - sobretudo agente patogénico do Homem; os suínos são os reservatórios naturais para o serotipo O3 biótipo 4. Raros casos de doença entérica provocada por stress. Implicada em abortos esporádicos em ovinos. Y. pestis – peste bubónica em humanos (peste negra). Pode infectar cães e gatos, sendo os gatos os mais sensíveis. Identificação laboratorial: Linfadenopatia (Y.pestis) e depressão grave em gatos em regiões endémicas são sugestivas de peste felina. Aumento generalizado dos linfonodos. Amostras: Detecção de anticorpos por fluorescência directa (amostras devem ser enviadas para laboratórios de referência); Pus, sangue, aspirados de linfonodos; 82 Esfregaços de aspirados podem revelar número elevado de bacilos com coloração bipolar; Teste de hemaglutinação com a fracção antigénica de primeira: testar amostras obtidas com 2 semanas de intervalo, um aumento substancial dos níveis de anticorpos é indicativo de infecção activa. Confirmação e identificação de isolados de Y. pseudotuberculoses e, ocasionalmente, Y. enterocolitica: As amostras de tecidos podem ser semeadas directamente em agar-sangue e agar MacConkey e incubadas aerobicamente a 37°C durante até 72 horas. Amostras de fezes podem ser semeadas directamente em meios especiais selectivos; O enriquecimento a frio antes de subcultivar em meio agar MacConkey favorece o crescimento de Yersinia de amostras fecais, especialmente se estão presentes em número reduzido na amostra fecal. A serotipagem pode ser necessária estabelecer se os isolados pertencem a serotipos de patogéneos conhecidos. Enterobacteriaceae patogénicas oportunistas Raramente causam doença em animais domésticos. Oportunistas e comensais. A contaminação fecal do ambiente é responsável pela distribuição generalizada dos organismos e contribui para a ocorrência de infecção oportunista. Os factores predisponentes incluem infecções intercorrentes, tecidos enfraquecidos e vulnerabilidade inerente de certos órgãos. Factores de virulência: Cápsula (antifagocitária); Adesinas; Siderófilos (bombas de captação de ferro) Endotoxinas (LPS) Principais afecções: Algumas espécies são agentes de mastites em bovinos leiteiros (Klebsiella pneumoniae e Enterobacter aerogenes); Klebsiella pneumoniae provoca metrite em éguas; Proteus e Klebsiella provoca infecções do trato urinário posterior em cães; Proteus – otite externa em cães e gatos Identificação laboratorial: Sinais clínicos inespecíficos Procedimento igual ao efectuado nas aulas laboratoriais para identificação 83 Critérios de identificação de isolados: Bacilos gram-negativos Oxidase-negativos e catalase-positivos Crescimento em meio MacConkey R. Pseudomonas, Burkholderia, Aeromona, Vibrio, Campylobacter, Helicobacter (Quinn – cap. 19, 20, 29 e 36) Pseudomonas e Burkholderia As Burkholderia já foram Pseudomonas; Pseudomonas e Burkholderia pertencem ao mesmo filo, mas a classes diferentes e géneros diferentes; Bastonetes Gram-negativos, aeróbios obrigatórios; Todos móveis por um ou mais flagelos polares, excepto B. mallei; Todas as colónias apresentam cor salmão ou descoradas em meio MacConkey; P. aeruginosa produz pigmentos (piocianina); B. mallei precisa de 1% de glicerol para crescer Pseudomonas: P. fluorescens e P. putida infectam peixes de água doce. Distribuição mundial. Burkholderia: B. pseudomallei encontra-se no solo. Existe em regiões tropicais e subtropicais. Equídeos são animais reservatórios. São zoonóticas. Lesões crónicas supurativas nos pulmões (melioidose – pneumonia e sépticémia). B. mallei pode sobreviver em ambiente até 6 meses. Provoca lesão característica, o mormo. O mormo é uma doença contagiosa de equídeos, caracterizada pela formação de nódulos e úlceras no trato respiratório ou na pele. Os humanos e os carnívoros também são susceptíveis à infecção. Pseudomonas Comensal pele, mucosas, fezes – infecções oportunistas Distribuição mundial Organismos ambientais Espécies particularmente susceptíveis (ex: martas – pneumonia hemorrágica e septicémia mortalidade 50%) Mastite bovina – associadas à água e inserção de tubos Infecções do velo dos ovinos – associadas a chuvas fortes ou prolongadas Infecções do velo dos ovinos que acontece em regiões tropicais descoloração da lã (piocianina) Isolado a partir de Répteis: cavidade oral das cobras – estomatite necrótica. 84 Amostras: Pus, aspirados do aparelho respiratório, urina, leite mastítico e zaragatoas auriculares. Patogénese e Patogenicidade: Estirpes patogénicas de P. aeruginosa produzem toxinas e enzimas que promovem a invasão e danos nos tecidos: Fímbrias: adesão às células musculares Exoenzima S, biofilme e LPS – propriedadesantifagocitárias Sideróforos Exotoxinas (A, fosfolipases e protéases) Leucocidivas – danos nas membranas dos neutrófilos Identificação laboratorial: Morfologia das colónias Hemólise Produção de pigmentos (4 pigmentos principais) Piocianina é o mais importante: observação mais fácil em meios sem corantes. É exclusivo da P. aeruginosa. Piorubina e piomelanina Odor frutado das colónias Crescimento em MacConkey – colónias pálidas lactose negativas. Apesar de não serem enterobacteriáceas, resistem aos sais biliares. Oxidase positivas Não produz qualquer alteração no meio TSI Perfil Bioquímico API20NE Aeromonas e Vibrio Características gerais: Género Aeromonas pertence à família Aeromonadaceae. Pertencem a classes diferentes, mas têm uma série de características semelhantes. São todas móveis Bactérias gram-negativas, anaeróbias facultativas Aeromonas são bastonetes médios rectos, enquanto Vibrio são bastonetes médios curvos; Temperatura óptima de crescimento inferior a 37°C. Habitat: Vibrio – água salgada (Halofílicos) e salobra. Vibrio colae é o mais conhecido. Aeromonas – água doce, por isso são importantes em Aquacultura. Na cavidade oral e na pele de peixe e répteis. Identificação laboratorial: Morfologia Motilidade Produção de oxidase e catalase Hemólise em agar-sangue 85 Crescimento em MacConeky Crescimento em Nutrient Broth com NaCl a 6% Vibrios crescem Aeromonas morrem Principais afecções: As infecções são geralmente oportunistas. São principalmente agentes patogénicos de peixes e répteis. A. Salmonicida – Furunculose em salmão (declaração obrigatória) A. hydrophila – Aborto em bovinos, Toxinfecções alimentares em humanos, sépticémia hemorrágica em peixes, sépticémia em cães e colite hemorrágica em coelhos. Vibrio: V. parehaemolyticus – consumo de marisco crus ou mal cozidos. V. cholerae – cólera em humanos V. metchnikovii – doença entérica em frangos V. anguillarum – agentes patogénicos em peixes Amostras – o diagnóstico definitivo requer o isolamento e identificação a partir de lesões. Resultados devem ser interpretados com cuidado, porque pode estar na água e não na pele do peixe. Campylobacter Filo proteobacteria Classe ε-proteobacteria Bacilos gram-negativos espiralados São microaerofílicos – crescem em meios enriquecidos em CO2 e com baixa tensão de O2 Oxidase positivas e catalase variáveis A maioria das espécies cresce em meio agar MacConkey Intestino e trato genital (comensais do trato intestinal de animais de sangue quente) Infecção intestinal (diarreia), Infertilidade ou Aborto nos grandes animais Distribuição mundial Aves: C.jejuni e C.lari Suínos – contaminação e excreção fecal 3 espécies com importância veterinária: 86 Habitat: Muitos são no trato intestino nos animais de sangue quente. C. jejuni e C. lari – colonizam o intestino de aves, o que pode resultar em contaminação fecal de cursos de água e alimentos armazenados. C. fetus veneralis – parece estar principalmente adaptada à mucosa prepucial dos bovinos. Suínos – excreção e contaminação fecal Identificação laboratorial: Estritamente microaerofílicos, exigindo uma atmosfera de 5 a 10% de O2 e 1 a 10% de CO2 para o seu crescimento; Isolamento primário em agar Skirrow (meio selectivo enriquecido) A diferenciação de isolados é baseada na morfologia das colónias, determinadas características culturais, bioquímicas e susceptibilidade a antibióticos; C.fetus veneralis e C.fetus fetus – colónias pequenas, redondas, lisas e translúcidas; possuem microcápsula ou camada S (factores de virulência), que conferem resistência à fagocitose e acção de anticorpos, contribuindo para a permanência no trato genital. C.jejuni jejuni – colónias pequenas cinzentas. Produz enterotoxinas (factor de virulência). Coloração DCF (“dilute carbon fuchsin”) – cora mais intensamente do que coloração Gram. C. jejuni jejuni – incubação a 42°C durante 5 dias. Principais afecções: Bovinos – infertilidade devido a C. fetus veneralis Ovinos – aborto causado por C. fetus fetus ou por C. jejuni Notas: Campylobacter é o principal agente de toxinfecções alimentares; Salmonella é mais fácil de isolar que Campylobacter e provoca sintomatologia mais grave. Normalmente quando comemos uma comida estragada e nos sentimos mal com dores de barriga, não vamos ao médico e assim uma possível Salmonelose não entra na estatística. Diagnóstico laboratorial – Sementeira especial em Campylobacter. 87 Helicobacter Classe ε-proteobacteria Características gerais: Morfologia helicoidal; Gram-negativas Microaerofílicas, oxidase-positivas e, com excepção de H. canis, são catalase-positivas; Requerem meios enriquecidos Trato intestinal e cavidade oral de humanos e outros animais Produz elevadas concentrações de urease. Posso semear em meio de urease. Uma reacção de urease forte é característica das espécies que colonizam a mucosa gástrica (urease: degradação da ureia em amónia e CO2 – eleva o pH do estômago, o que faz com que produzam virulência). Factores de virulência: Flagelos, Urease (neutraliza o ácido do estômago), LPS, outras proteínas que contribuam para a aderência (estão numa zona com peristaltismo muito elevado), exotocinas (“vaccuolating toxin” – VacA), produz endotoxinas. H.pylori: gastrite, duodenite, úlceras gástricas. Associado com adenocarcinoma gástrico (mas não em cães e gatos). A importância da Helicobacter em afecções gastrintestinais de carnívoros ainda não está muito clara. S. Actinobacillus spp., Haemophilus/Histophilus, Taylorella equigenitalis, Bordetella spp., Moraxella spp. (Quinn: cap. 21, 24, 25, 26 e 27) Actinobacillus spp. Bacilos (ou coco-bacilos). Gram-negativos, não formadores de esporos, não móveis; Crescimento em meios de cultura correntes; Identificação através de características bioquímicas; Comensais das mucosas dos hospedeiros. Actinobacillus lignieresii: Habitante normal de rúmen e boca dos ruminantes; Penetra lesão nos tecidos moles; Esporádico, mas por vezes surge em vários animais ao mesmo tempo; Actinobacilose ou Wooden tongue; Piogranulomas na língua dos bovinos; Pode afectar outras áreas de tecidos moles, podendo ser difícil de distinguir de actinomicose (esta tem algumas características em comum mas localiza-se mais predominante na mandíbula); Língua firme, nodular, salivação, por vezes há incapacidade de fechar a boca; Anorexia, porque a língua é utilizada para apanhar o alimento; Pode levar a granulomas noutras áreas, dependendo do ponto de penetração; Biópsia e cultura da lesão; 88 Tratamento antibiótico normalmente é bem sucedido, mas depende do local da lesão. Há lesões, por exemplo do rúmen, que são mais difíceis de tratar, do que uma lesão que aconteça na língua. A. pleuropneumoniae – doença respiratória em suínos (ex: Pneumonia em suínos); A. equuli – sépticémia, artrite (complicação de sépticémia), abcesso em vértebras, enterite em poldros, logo às 24-48h de vida; A. suis – sépticémia, artrite, pneumonia em leitões. Haemophilus/Histophilus Bacilos gram-negativos, móveis, anaeróbios facultativos, fastidiosos, necessitam factores de enriquecimento para crescimento em meios de cultura; Comensais de membranas mucosas, sobretudo do trato respiratório; Incubação em agar-chocolate (meio mais rico que agar-sangue) em atmosfera com 10% de CO2, 3 – 4dias; Facilmente perecíveis – condiciona envio de amostras para laboratório, o ideal é cultura imediata; Visualização em tecidos não directamente, mas com técnicas de imunoflurescência; Identificação bioquímica possível, mas difícil; Sorologia tem utilidade limitada porque exposição natural é frequente (o animal contacta frequentemente com este agente e normalmente os animais adultos têm anticorpos); Histophilus somni: Pneumonia em bovinos; Meningo-encefalite trombo-embólica – septicémia com enfartes no cerebelo (raro); Células endotelias afectadas por agente em circulação, exposição do sub-endotélio desencadeia coagulação e trombose; Sinais clássicos de doença respiratória ou sinais neurológicos (dependentes do local da lesão); Outros síndromes descritos em bovinos: metrite, conjuntivite, orquite (raro); Em ovinos: epididimite e orquite em carneiros e pode provocar septicémia. Haemophilus parasuis: Doença de Glasser em suínos (quadro de polisserosite e meningite em leitões, artrite e pneumonia em suínos adultos) Haemoplhilus paragallinarum – doença respiratória em aves. Taylorella equigenitalis Bacilo gram-negativo, anaeróbio facultativo, não móvel; Fastidioso, cresce em agar-chocolate com factor de enriquecimento, ao longo de vários dias e em atmosfera com 5-10% de CO2. Agente de metrite contagiosa equina; Habitante do trato genital de equinos; Um API não é suficiente para identificação; Os animais podem ser portadores assintomáticos, pode não provocar doença; 89 Metrite purulenta; Endometrite; Aborto e infertilidade temporária; Sem sinais clínicos nos machos; Transmissão venérea; Necessário certificação de ausência; Identificação por PCR a partir de zaragatoas prepuciais ou vaginais. Em vários países: controlo por serviços oficiais em laboratórios certificados Microscopia directa não permite diagnóstico Reacção de aglutinação com anticorpo especifico Sorologia – 7 a 8 semanas até haver seroconversão – não é o melhor método, sobretudo devido ao tempo de espera dos resultados Bordetella spp. Bacilos ou coco-bacilos gram-negativos, aeróbios estritos, algumas espécies móveis por flagelos; Comensais do trato respiratório superior; Amostras de zaragatoas nasais, lavagens bronco-alveolares, pulmões com lesões de pneumonia; Frequentemente associados a outras bactérias ou vírus no decorrer de processos infecciosos ou outros factores de risco que inibam as defesas; Cultura em agar-sangue, aerobiose, 24-48 horas a 37°C; Cresce em agar MacConkey; Galerias de identificação bioquímica (ex: API 20 NE); Meio de Smith-Baskerville também utilizado no diagnóstico - colónias azuis por alcalinização do meio – azul de Bromotimol. Bordetella bronchiseptica: Morbilidade elevada e mortalidade baixa; Afecta suínos e cães; Transmissão por aerossóis ou fomites; Muito raramente levam a problemas respiratórios em humanos imuno- comprometidos; Vacinas disponíveis no mercado; Responde a tratamentos com Antimicrobianos; Rinite atrófica em suínos (quadro mais frequente); Factores de virulência promovem: adesão, inibição da fagocitose, imobilidade de cílios respiratórios); Atrofia dos turbinatos nasais, sobretudo em animais até às 3 semanas; Pneumonia neonatal. Nos cães: Um dos agentes da tosse de canil – corresponde a Traqueo-bronquite infecciosa em cães. Doença respiratória: coelhos, gatos, cavalos. 90 Bordetella avium – afecta aves. Moraxella spp. Coco-bacilos gram-negativos, aeróbios e não móveis; Crescimento em agar-sangue; Cresce em MacConkey dependendo da espécie; Comensal das membranas mucosas de vários mamíferos; Galerias de identificação – API 20 NE Mais importante em termos veterinários – Moraxella bovis: Um dos agentes de querato-conjuntivite infecciosa bovina, IBKC ou pink-eye. Factores de virulência: hemolisina, pili para adesão e citotoxina para lesar os neutrófilos, LPS, colagenase (degradam o colagénio) e hialuronidase. Lacrimejamento, blefarospasmo, conjuntivite, úlcera da córnea, descemetocelo; Cegueira pode tornar os animais inviáveis; Afecta todas as idades, mas mais frequente em animais jovens; Amostras – zaragatoa com conteúdo lacrimal enviado para laboratório; Mais frequente em certas épocas do ano (Verão e Outono); Multifactorial; Exposição a UV; Presença de moscas (vectores) condicionam maior frequência nos meses de verão; Transmissão por moscas e aerossóis; Vacinas não comercializadas em Portugal (possibilidade de fazer auto-vacina, eficácia discutível); Tratamento com antibiótico é eficaz; Outros agentes envolvidos na lesão, pode não ser Moraxella. M. bovis já isolada de cavalos com conjuntivite; M. lacunata isolada de vários casos clínicos em várias espécies. Relevância desconhecida. T. Pasteurella spp., Francisella tularensis e Mycoplasmas (Quinn: cap. 22, 23 e 33) Pasteurella spp. A família Pasteurellaceae compreende 5 géneros: Actinobacillus, Haemophilus, Mannheimia, Pasteurella e Lonepinella. Bacilos ou coco-bacilos Gram-negativos, não móveis, anaeróbios facultativos, não esporulam; Comensais do trato respiratório superior ou intestino de vários hospedeiros; Crescem em meios correntes (agar-sangue); Brilho metálico em placa agar-sangue e cheiro agradável; Amostras: Zaragatoa nasal tem valor limitado (porque são comensais do trato respiratório superior), lavagem brônquio-alveolar, porções de pulmão colhidas à necropsia. 91 Identificação por galerias bioquímicas – API20NE Pasteurella multocida: 5 serogrupos (A, B, D, E, F); 16 serotipos; Associação de serotipos e serogrupos a determinadas patologias em certos animais; Provoca pneumonia após infecção viral ou factor debilitante de defesas de vias respiratórias; Mastite em bovinos e ovinos; Pneumonia em suínos; Cólera das aves; Rinite em coelhos; Serogrupo B – septicémia em ruminantes; Serogrupo D – contribui para rinite atrófica de suínos, pneumonia em suínos; Frequentemente associado a infecções após mordedura de cães e gatos. Pasteurella pneumotropica – pneumonia em cães e gatos; Pasteurela aerogenes – pneumonia e septicémia em suínos; Pasteurella skyensis – infecção fatal em salmão do Atlântico; Pasteurella trehalosi: Provoca morte súbita nos ovinos; Não são esporádicas. Quando acontece, acontece em vários animais; Sépticémia em ovinos (procurar em vários órgãos. Fazer colheita em vários órgãos porque é uma Septicémia, logo existe em vários locais! Temos que ter a certeza que não é um simples fenómeno de migração após a morte! Tem que ser generalizado!); Relacionado com quebras imunitárias nestes animais; Várias idades afectadas. Manheimia haemolytica Anteriormente Pasteurella haemolytica; Vários serotipos: A1 e A6 mais implicados na doença respiratória bovina; São comensais necessário condições no hospedeiro para que se produza doença; Vacinação possível; Infecção normalmente por vírus ou características ambientais que tornam possível a colonização; Tratamento eficaz nas fases iniciais da doença; Inibição das fefesas muco-ciliares por amoníaco (costuma dizer-se que “mais vale ventilar, que neutralizar”. A acumulação de gases nocivos aumenta as condições para que as infecções respiratóriasse processem). Características coloniais de Pasteurella e Mannheimia: As colónias de P. multocida são redondas, acinzentadas, brilhantes e não hemolíticas; as de algumas linhagens patogénicas são mucoides devido à produção de uma cápsula espessa de ácido hialurónico; as colónias têm discreto, porém característico, odor adocicado; 92 As colónias de M. haemolytica, M. granulomatis e P. trehalosi são hemolíticas e inodoras; As colónias de outras espécies de Pasteurella são esféricas, acizentadas e não hemolíticas, com excepção daquelas de P. testudinis, que são hemolíticas. Em agar MacConkey, M. haemolytica e P. trehalosi crescem como colónias em forma de pequenos pontos vermelhos. A maioria das espécies patogénicas de Pasteurella não cresce em agar MacConkey. Francisella tularensis Bacilos ou coco-bacilos gram-negativos, aeróbios estritos, não móveis; São fastidiosos (levam muito tempo a crescer); Agente intracelular facultativo; Artrópodes e reservatórios silváticos (coelhos e lebres) importantes na sua epidemiologia; Tularémia (nos Humanos) – linfonodos aumentados de volume; Sobrevive no interior dos macrófagos; Linfadenite, Sépticémia; Transmissão por Artrópodes vectores, mas também por ingestão; Cresce em agar-sangue enriquecido com cistina; Diagnóstico feito por sorologia; Vacinação não disponível comercialmente; Tratamento antibiótico eficaz; Não identificável por galerias bioquímicas em laboratórios comuns; A principal dificuldade é o diagnóstico e não o tratamento. Mycoplasma spp. São os menores organismos procariotas de vida livre (125 – 250 nm); Sem parede celular, logo antibióticos com interferência na parede celular não resultam; Não se multiplicam no meio ambiente; Sobrevivem por curtos períodos de tempo no meio ambiente; Susceptíveis à dessecação e desinfectantes; 93 Plásticos e pleomórficos; Com membrana citoplasmática; Colónias caracterizadas em “ovo estrelado”. Colónias não são visíveis a olho nu, só com uma lupa! Os micoplasmas são encontrados nas mucosas da conjuntiva, cavidade nasal, orofaringe e tratos genital e intestinal de animais e humanos; Não se coram pelo método de Gram; O meio de cultura para o desenvolvimento destes m.o tem que ter: Factores de crescimento (colesterol, 20% de soro de cavalo, extrato de levedura, DNA, nucleótidos); Inibidores (Penicilina + acetato de tálio). Filtrações por filtros de 0,45 micra/diluições; Com o leite não conseguimos fazer uma filtração devido à sua gordura; Culturas negativas após 10 dias de incubação; Atmosfera enriquecida em CO2; PCR vs Cultura – cultura costuma ser mais sensível do que PCR. É das poucas situações em que a cultura costuma ser mais sensível; Meio isotónico. Mycoplasma agalactiae – agaláxia contagiosa (caprinos e ovinos); Mycoplasma mycoides mycoides small colony type – pneumonia contagiosa bovina, erradicada em Portugal há alguns anos, através do plano de erradicação; Bovinos – M. bovis, M. bovigenitalium, M. dispar, M. bovoculi, Ureaplasma; Suínos – M. hyopneumoniae – pneumonia enzoótica; Mycoplasma bovis: Quadros clínicos mais frequentes são pneumonia em vitelos e artrites, mastites e otites médias em bovinos; Sensibilidade a poucos antimicrobianos; Sensibilidade a antimicrobianos utilizados para tratar mastite inexistente; Condiciona refugo dos animais para diminuir perdas e contágio na sala de ordelha; Pode provocar mastite em animais muito jovens; Condiciona plano de controlo que pode passar pela pasteurização do leite dado às vitelas. 94 U. Rickettsiales, Chlamydia e Chlamydophila, Brucella (Quinn: cap. 28, 34 e 35) Ordem Ricketsiales “Os microrganismos da ordem Rickettsiales formam um grupo diverso de pequenas bactérias pleomórficas Gram-negativas, imóveis e que se replicam somente nas células do hospedeiro. Podem ser cultivados em saco vitelino de ovos embrionados ou em culturas de tecidos de linhagens celulares selecionadas. Como se coram pouco com anilina, esses microrganismos devem ser corados por métodos de coloração Romanowsky, como Giemsa ou Leishman. Além da pouca afinidade por corantes básicos e da dependência em relação às células do hospedeiro, um requerimento por um vector invertebrado distingue-os de bactérias convencionais e de Chlamydiales.” Rickettsia e Coxiella São dois géneros que pertencem à ordem Rickettsiales e família Rickettsiaceae. Embora muito distantes filogeneticamente, possuem estratégias de replicação idênticas. Não têm via glicolítica, dependendo do ATP celular – parasitas energéticos; Bactérias gram-negativas intracelulares obrigatórias; São transmitidas por artrópodes; São bacilos, cocoides ou pleomórficos; Parede celular gram-negativa sem flagelos; Imóveis, rodeados por glicocálice ou biofilme; Genoma circular com 1100 a 1200kb; Não são cultiváveis em meios inertes. Multiplicam-se por divisão binária; Riquétsias têm vector artrópode (carraças), que pode infectar directamente humanos ou infectar animais que por sua vez infectam humanos. A partir do momento que a carraça pica, são transmitidas as riquétsias que infectam as células endoteliais vasculares. Rickettsia: Estratégia de replicação: Grupo tifo Grupo butinoso: Infecção das células endoteliais indução da fagocitose saída do fagossoma por acção da fosfolipase saída da célula por gemulação ou lise celular. R.prowzekii (tifo); R.typhi (tifo murino) – muito importante em medicina humana; R. rickettsii provoca a Rocky Mountain Spotted fever – provoca pequenas hemorragias focais, febre, depressão, aumento dos linfonodos, edema subcutâneo, dores musculares. Diagnóstico: Imunofluorescência indirecta, ELISA para detecção de anticorpos; 95 Importantes agentes infecciosos – diagnóstico mais por via serológica que laboratorial. Coxiella: Ao contrário das Rickettsias, as Coxiellas resistem mais em meio exterior; Coxiella burnetti – Febre Q: Bactéria gram-negativa; Gostam mais de crescer em células do trato reprodutor feminino e glândulas mamárias de ruminantes; Altamente resistentes a stress ambiental, incluindo a fagocitose; Infecção de monócitos/macrófagos por fagocitose Fagossoma Fusão do fagossoma-lisossoma e multiplicação bacteriana Lise do fagossoma- lisossoma; lise celular Replicam-se dentro do lisossoma, ao contrário da Rickettsia; Febre Q – infecção nos Humanos por inalação de poeiras; Em animais induz problemas reprodutores (ex: aborto); Em animais – transmissão através de carraças infectadas Família Anaplasmataceae Anaplasma marginale – bovinos, hemoparasita; Cowdria ruminatum – ruminantes domésticos; Aegyptiarella pullorum – aves; Ehrlichia cannis – diagnóstico microscópico ou molecular; Neorickettsia – parasita dos peixes (perigoso por causa do seu consumo). Neorickettsia helminthoeca – salmão, cão Golden Retriever; Wolbachia – endossimbionte de Onchecerca volvulus – cegueira nos rios tropicais; Bartonella henselae – cat scratch disease. Phylum Chlamydiae 2 géneros importantes: Chlamydia e Chlamydophila; Cocobacilos imóveis; Parede celular semelhante a gram-negativas: Sem ácido murâmico (sem peptidoglicano); Têm Major outer membrane proteins (MOMP) ricas em cisteína. Parasitas intracelulares obrigatórios – não são capazes de sintetizar hidratos de carbono e dependentes deATP. 96 Chlamydia Ciclo biológico em que alternam: Formas infecciosas extracelulares – Corpo elementar (formas infecciosas mais inertes do ponto de vista metabólico. Não são gram-negativos, mas têm parede celular semelhante. A Penicilina pode ser eficaz); Formas reprodutivas intracelulares - Corpo reticular (maior que o corpo elementar e como que enquistam dentro do citoplasma até terem condições) Ciclo biológico: corpo elementar, entrada por endocitose mediada por receptores; Fase I: corpo elementar (EB) corpo reticulado (RB) Fase II: inclusão = replicação dos corpos reticulados Fase III: transformação dos RB em EB Lise celular e libertação dos corpos elementares para fora Chlamydophila spp. Infecta aves (150 espécies), mamíferos e invertebrados. Virulência depende da estirpe, hospedeiro e local de infecção; Localização preponderante a nível do trato intestinal, mas pode estar noutros sítios; Clamydophila psittaci: Aves – psitacose/ornitose: pneumonia, infecção dos sacos aéreos, pericardite, encefalite, conjuntivite, infecção intestinal, diarreia; Zoonose: psitacose humana, aborto, conjuntivite. Muito importante em aves – tráfego de aves tropicais. Essas aves são portadoras que infectam humanos. Vírus Rickettsia Chlamydia Mycoplasma Outros Enzimas met. Energético + + - + + Replicação em ambiente inerte - - - + + Brucella sp. Classe α-proteobacteria; Cocobacilos gram-negativos pequenos; Parasitas intracelulares obrigatórios, mas têm autonomia energética e metabólica mas infectam como parasitas obrigatórios; Localização intracelular em células do sistema reticulo-endotelial; B. abortus, B. melitensis, B. suis, B. ovis e B. canis – claramente problemáticos em medicina veterinária e saúde pública. Quadro de infecções do trato reprodutor, porque tendem a infectar células macrofágicas do trato reprodutor. 97 Cada espécie de Brucella tende a ter um hospedeiro preferencial. A transmissão pode ser directa ou por contacto com excretores. Capacidade de resistência no exterior, em atmosfera húmida durante muitos meses. Infecção: O contacto geralmente é através das mucosas: Fagocitose (fagócitos circulantes e nas mucosas); Persistência nos macrófagos; Linfonodos. Resistem ao ambiente do lisossoma. Touros – nos órgão reprodutores. B. abortus – gado: aborto, orquite. Preferencialmente bovinos; B. melitensis – Febre de malta. Caprino (preferencialmente), ovinos – aborto, orquite, artrite; B. suis – suínos – aborto, orquite, artrite; humanos – febre intermitente; doença sistémica, brucelose (diminuição da fertilidade, diminuição da produção de leite, aborto, orquite); B. ovis – ovinos (epididimite – machos); equinos (aborto esporádico). Diagnóstico – diagnóstico serológico. V. Micologia Veterinária Importância dos fungos: agentes de: micoses (externas (dermatomicoses) e internas (sistémicas – nos orgãos internos), como a Aspergilose, a Candidíase, etc.; normalmente o tratamento de micoses e difícil e algumas micoses como a Criptococose, são mesmo letais); micotoxicoses (toxinas que envenenam, como a Patolina presente nas macas, que adquirem um sabor a bafio, originando complicações a nível das células do tubo contornado do rim) micetoses (toxinas dos cogumelos) alergias (provocam sensibilização por contacto no trato respiratório e na pele) fonte alimentar – por exemplo os cogumelos (ordem dos Basidiomices) aplicações tecnológicas (produção de antibióticos e de inúmeros alimentos fermentados: queijo, bebidas alcoólicas, pão, etc.) arma biológica (ex.: contra larvas de nemátodes) degradação da matéria orgânica (esta é provavelmente a função mais importante dos fungos; estes microrganismos são capazes de degradar toda a matéria orgânica e podem produzir micotoxinas). As bactérias não são capazes de degradar moléculas orgânicas simples (amoníaco, ácido acético, etc.), mas os fungos são. A mineralização da matéria orgânica é feita pelos fungos, cuja função é de completar os ciclos da matéria orgânica. Valor farmacológico. Tóxicos (letais e subletais – toxicologia) Interesse como biocompetidores Alguns são cruciais para o deselvolvimento vegetal – micorrizas. 98 Os primeiros microorganismos do reino Fungi surgiram na Terra há 650 milhões de anos, muito antes de qualquer planta. As micoses são muito frequentes no campo da Medicina Veterinária. Seguem-se alguns exemplos: Suínos – Aspergillus fumigatus – pode ser introduzido acidentalmente, no útero da porca durante a inseminação artificial. Isto está associado ao aparecimento de abortos. Gato – tinha – a nível da extremidade dos membros. Cavalo – tinha – é uma afecção de declaração obrigatória que impede, por exemplo, a participação do animal em campeonatos. As consequências são piores a nível económico do que para a saúde do animal; Cão – penfigo foliáceo por Candida – comum nas pregas do focinho dos cães braquicéfalos (ex: Bulldog); malacessia, na orelha. Bovino – tinha – afecta mais o gado leiteiro e os animais jovens, em especial quando o clima é húmido. Homem – várias micoses – transmitidas por contacto, por exemplo, com animais doentes; Coelho – surtos – associados a grandes prejuízos económicos; Peixe – especialmente no peixe de água doce; podem trazer consequências económicas muito importantes. Abelhas – micoses nestes animais podem ser catastróficas, em especial se as colmeias estiverem em locais muito húmidos e ao abrigo do sol. Mecanismos fisiopatogénicos dos fungos: Alguns fungos desenvolveram acções patogénicas (factores determinantes de virulência): - Invasão directa dos tecidos (acção irritativa física – a parede celular fúngica é a endotoxina) - Adesinas (parede dos conídeos aos macrófagos) - Produção de exo-enzimas (elastases, fosfatases) - Factores supressores da fagocitose (local) - Acção inibidora da actividade mucociliar (enzima) - Excreção de toxinas citoplasmáticas (micotoxinas) Micoses: Cutâneas: dermatomicoses, candidíases, Pitirosporose. Subcutâneas: Esporotricose, Histoplasmose, Micetomas, Saprolegniose, SUE. Sistemicas: Aspergilose, Cryptococcose, Aphamomicose, Ascofericose. Sensibilização: situações em que os animais inalam ou ingerem os esporos dos fungos e ficam com o sistema imunitário muito activo – Alergias. Alfa-toxinas – micotoxinas segregadas por fungos (como algumas espécies de Aspergillus), e que podem estar presentes em alimentos, devido a contaminação de culturas agrícolas. Pode também estar presente no leite, caso os alimentos ingeridos pelos animais estejam contaminados. Alfa-toxinaB1: substância mais cancerígena que se conhece. É transmitida através do leite. Ergotamina: provoca cravagem do centeio. 99 Morfologia dos fungos: Eucariotas Unicelulares Heterotróficos, não têm clorofila, ou seja, consomem matéria orgânica Núcleo com 4 a 6 cromossomas (n ou 2n) Parede celular: quitina (monosanos, quitosanos), celulose (glucanos) e polímeros de galactose Não há mobilidade (porque não existem flagelos), à excepção de fungos aquáticos, que possuem um zoósporo móvel. Tem crescimento micelar (forma M), sendo então capazes de se alongar; Podem ser multinucleados (neste caso as hifas são tubos duros com numerosos núcleos, tubos estes que podem atingir até 10Km; podendo ser semi-septados ou não). Através do poro central, há passagem do citoplasmaao longo dos vários segmentos da hifa. Apesar de poderem atingir grandes dimensões, os fungos são considerados microrganismos, porque é possível dar origem a um novo indivíduo a partir de um fragmento do fungo que contenha um único núcleo. Desta forma é-lhes permitido crescer em tamanho e em número. Nota: o haustório encerro quando os segmentos se separam. Têm organelas muito específicas (ex: ganchos à superfície, para se fixarem ao substrato); Muitos são saprófitos (fazem a digestão no exterior, através da exocitose de enzimas, e depois absorvem os nutrientes obtidos); Muitos vivem em simbiose com outros organismos; Embora haja indivíduos que se multiplicam por divisão binária, a maioria possui uma forma de reprodução sexuada e uma assexuada (das cerca de 200 mil espécies conhecidas, apenas cerca de 10 mil não possui reprodução sexuada). Formas L: leveduriforme Formas M: forma micelial (micélios vegetativo ou reprodutivo) Nota: Todas as leveduras podem originar bolores, e todos os bolores já foram outrora leveduras. 100 Reprodução Sexuada: Há indivíduos de sexos diferentes; Dado que os fungos são haploides, as células sexuais (oogónios, as femininas, e anterídeos, as masculinas) são formados por diferenciação. Estas células permitem a troca de cromossomas entre os dois indivíduos. Forma-se o oocisto (que é diploide) que, uma vez que se liberta da oogónia, sofre meiose e dá origem a dois indivíduos, um de cada sexo, haplóides. Verifica-se que a fase diploides é muito fugaz e só é encontrada quando há reprodução sexuada (por outro lado, as bactérias também podem trocar genes, mas nunca passam por nenhuma fase diploide). Numa mesma colonia fúngica homotálica (todas as células têm a mesma estrutura genética), algumas hifas diferenciam-se e unem-se entre elas e dão origem a um zigoto 2n. Também existem fungos heterotálicos que têm formas masculinas e femininas, que precisam de se encontrar – micélio masculino e micélio vegetativo isto sucede mais nos fungos aquáticos porque o meio é mais propício ao encontro das colónias dos dois sexos. 101 Reprodução Assexuada Esporulação formas micelares (M) Exoesporulação – a partir de um micélio vegetativo, cuja única função é a absorção de nutrientes, há migração de núcleos e formam-se esporos a partir de células especiais, os quais se libertam facilmente. Quando germina, o esporo produz uma hifa, que cresce para formar um micélio vegetativo. Estes esporos são estruturas muito leves e desidratadas, muito maiores que uma bactéria (medem 10 a 50 μm). Não constituem formas de resistência, uma vez que são extremamente termo- sensíveis, isto é, morrem quando submetidos a 60ºC durante cerca de 3 minutos). Endoesporulação - a nível do micélio, há células que se diferenciam e, no interior das quais, são produzidos esporos, que se designam clamidosporos (pienídeos, se estiverem agrupados). Estes esporos não são estruturas reprodutoras, são formas de resistência à desidratação. Gemulação formas leveduriformes (L) Ocorre nas leveduras. O número de gémulas formadas na célula é característico da espécie. A gemulação começa pela formação de uma protuberância na célula (ou de várias); segue-se a mitose do núcleo e migração deste para a gémula, antes da separação das duas células. Bipartição (fragmentação de hifas) Cissiparidade de células somáticas Fungos imperfeitos: fungos dos quais ainda não se conhece a forma de reprodução sexuada, apesar desta se verificar. Evolução da microbiota num alimento: 107 cheiro anormal 108 cor e consistência anormais 102 Ecologia dos fungos: Nutrientes orgânicos e inorgânicos (os fungos são capazes de viver à custa da degradação de moléculas muito simples, como carbonatos, fosfatos, etc.) Água - os fungos são capazes de viver sobre substratos com uma actividade da água muito reduzida (ex: alimentos congelados), uma vez que recorrendo a β-oxidação, conseguem decompor os ácidos gordos, em água e CO2 conseguem obter toda a água de que necessitam. A β-oxidação dos lípidos provoca a formação de ácidos gordos aromaticos, que conferem aos alimentos um odor de ranço acetonado (característico dos fundos criofilos). Temperatura - quando nos referimos a bactérias, há as termófilas, mesófilas, psicrófilas, etc.; o mesmo não se aplica aos fungos. Estes organismos são anfotéricos (não têm temperatura óptima de crescimento), salvo raras excepções, crescem à mesma velocidade a qualquer temperatura. Os fungos criófilos vão buscar água à β-oxidação dos lípidos, a matriz fica com ranço cetónico. De um modo geral, considera-se os seguintes intervalos de temperatura para bactérias e fungos: Byssoclamis é o único fungo termdurico, resistindo até temperaturas de 70°C. Nota: a maioria dos fungos patogénicos são mesófilos. pH – os fungos são capazes de decompor quer alimentos muito ácidos (ex.: casca de laranja), quer alimentos muito alcalinos (ex.: queijo Roquefort), tolerando valores de pH entre 1 e 11. São desta forma organismos de “extremos” E. coli de 5,4 a 8,8 Bactérias (em média) de 2 a 9 Fungos de 1 a 11 Tensão de oxigénio - quase todos os fungos (99,99...%) são aeróbios estritos. Alguns, como as leveduras do pão e do vinho são microaerófilos (requerem tensões de O2 da ordem dos 10 %). Não existem fungos anaeróbios estritos. Radiações - na sua maioria, os fungos não procuram a luz, preferindo a penumbra. Considera-se que as radiações U.V. com comprimento de onda de 260 nm são altamente fungicidas (embora não destruam os esporos). Por outro lado, as características da parede destes microorganismos torna-os muito mais resistentes às radiações ionizantes que as bactérias. 103 Muitos fungos estabelecem relações de simbiose com: algas (formando os líquenes), lactobacilos (nas fermentações) e outras espécies de fungos. Outros produzem substâncias que impedem o crescimento bacteriano, e que são aproveitadas pelo Homem como antibióticos. 3 Domínios – o reino animal tem um ancestral comum com o reino fungi. 3 Filos principais Ascomicota Geomeromicota Basidiomicota Diversas Classes Zigomicetes Basidiomicetes Ascomicetes Deuteromicetes Comicetes Citridomicetes Um mesmo fungo adquire uma nomenclatura diferente quando esta na fase meceliar e na fase de levedura. Conforme a taxonomia. 1- Eumycota Glomeromicota Basidiomicota Ascomicota (Deuteromicetes) 2- Mixomicota (Choromalveolata) Oomicetes Citridomicetes 104 Universidade de Lisboa Faculdade de Medicina Veterinária 1º semestre – Ano lectivo 2013/2014 MICROBIOLOGIA I (Componente Prática) Apontamentos das Aulas Práticas – Patrícia Lopes (1º, 2º e 3º miniteste) 105 1º Miniteste A. Controlo de Microrganismos Introdução Controlo – Redução em número e/ou actividade da flora microbiana total. Razões: Prevenir a transmissão da doença e infecção; Prevenir a contaminação de microrganismos indesejáveis ou o seu crescimento; Prevenir a deterioração de materiais por microrganismos. Os agentes utilizados para destruir ou impedir o crescimento de microrganismos designam-se por agentes antimicrobianos e podem ser físicosou químicos. Esterilização – completa destruição ou remoção de todas as formas de vida, quer patogénicas, quer não patogénicas. Desinfecção – não destrói os esporos. É para as superfícies. Sanitização – é a limpeza anterior à esterilização e desinfecção. Incineração – para eliminação de resíduos hospitalares. Antissepsia – prevenção de infecção. Aplicado a tecidos vivos. Relacionado com o paciente: desinfecção de tecidos vivos ou pele. Normalmente é necessário controlar os microrganismos sobre os tecidos vivos com agentes químicos. A antissepsia (anti = contra + sepsis = do grego putrefacção) é a prevenção de uma infecção ou sepsis e realiza-se com antissépticos. São agentes químicos que se aplicam sobre os tecidos para prevenir uma infecção, destruindo ou inibindo o crescimento de agentes patogénicos. Também reduzem a carga microbiana em geral. Não devem agredir o tecido do hospedeiro e por isso os antissépticos não são tão tóxicos como os desinfectantes. Desinfectantes objectos inanimados Antissépticos tecidos vivos. Significado dos sufixos: - cida = destruir - stático = detenção (atrasa o crescimento) Factores que determinam a actividade antimicrobiana: Ambiente – condições físico-químicas do meio (por exemplo: presença ou ausência de matéria orgânica); 106 Composição da população microbiana – a eficácia do agente antimicrobiano varia com a natureza dos microrganismos, porque estes diferem quanto à susceptibilidade; Concentração do agente antimicrobiano – quanto mais concentrado o agente químico, mais rapidamente se destroem os microrganismos, mas nem sempre é assim! O etanol a 70% é mais eficaz do que a 95%, porque a sua actividade aumenta em presença da água; Tempo de exposição – quanto mais tempo de exposição, mais microrganismos são destruídos. Para realizar uma esterilização deve-se realizar uma exposição suficiente para reduzir a probabilidade de sobrevivência a 10-6 ou menos; Temperatura: Alta (podem actuar através de calor húmido ou seco) ou Baixa. Modo de acção de agentes antimicrobianos: Lesão ou inibição da síntese da parede celular; Alteração da permeabilidade da membrana citoplasmática; Alterações do estado físico-químico de proteínas e ácidos nucleicos (mutações incompatíveis com a vida); Inibição da actividade enzimática; Inibição da síntese proteica e de ácidos nucleicos. Os meios de controlo vão actuar nestas acções dos agentes antimicrobianos. Os meios de controlo podem actuar num destes níveis ou em vários. Processos Físicos de controlo microbiano 1. Temperatura 1.1 Altas temperaturas 1.1.1 Calor húmido A esterilização com calor húmido deve realizar-se com temperaturas superiores a 100oC para destruir os endósporos. Autoclavagem – é o único método 100% eficaz. Promove um aumento de temperatura através de um aumento de pressão (vapor húmido). Método: 121oC durante 15 minutos ou 115oC durante 20 minutos. Utilizado para esterilização de material de vidro, meios de cultura não termossensíveis, material contaminado, culturas, etc. Substâncias termossensíveis não podem ser colocadas na autoclave! Tindalização – está em desuso. Utilizado em conservas. Semelhante à pasteurização. Ebulição – podemos utilizar exporadicamente no campo. Não é muito eficaz porque destrói apenas as espécies vegetativas. Não é eficaz nos esporos! Pasteurização – método de desinfecção. 63oC durante 30 minutos. 107 1.1.2 Calor seco É menos eficaz que o calor húmido. Estufa – método esterilizante. 180oC durante 1 hora ou 160o durante 2 horas. Aplicação em materiais de vidro, metal sem solda, porcelana, pós, óleos, etc. Chamejamento – Bico de Bunsen. Aplicação em instrumentos de sementeira metálicos, bocais de tubos, pipetas, etc. Incineração – temperaturas muito elevadas (calor seco). 1.2 Baixas temperaturas Estes métodos actuam ao nível de água livre intracelular. Evitar a formação de cristais de gelo, porque quando descongelamos provoca o rebentamento de membrana celular utilização de crioprotectores. 2. Radiação 2.1 Radiações ionizantes Têm alto poder de penetração e por isso só se utilizam em fábricas para não haver contaminação. Aplica-se para esterilização de materiais descartáveis, espessos e volumosos. Exemplo: Raios X, Radiações βe γ. 2.2 Radiações não ionizantes Como por exemplo os raios UV. Dado que estas radiações têm muito fraco poder penetrante, apenas podem ser utilizadas na esterilização de superfícies para a manutenção de ambientes assépticos, como por exemplo em blocos operatórios e laboratórios farmacêuticos. 3. Filtração É habitualmente utilizada na remoção de microrganismos de líquidos termossensíveis e gases termolábeis ou do próprio ar atmosférico. Tipos de filtros: Velas Chamberlain, filtros Berkefeld (filtros de profundidade) Membranas filtrantes (filtros de membrana) Filtros esterilizantes – para que a filtração seja esterilizante o diâmetro dos poros deve ser igual ou inferior a 0,22 μm. Acima desse valor não é esterilizante e só remove alguma matéria orgânica Filtros clarificantes. Pressão positiva – obriga o soluto a entrar dentro do filtro. Por exemplo: com uma seringa fazemos passar o ar ou a água pelo filtro. Pressão negativa – com utilização de vácuo. 108 Filtros HEPA (High Efficiency Particulated Air) – utilizados nas câmaras de fluxo laminar. Filtros de elevada eficiência para partículas existentes no ar (HEPA). São incorporados em câmaras de fluxo laminar ou em “salas limpas”, permitindo a retenção de 99,9% das partículas contidas no ar que o atravessa. Processos Químicos de Controlo Microbiano As superfícies sujas devem limpar-se antes de se aplicar um desinfectante ou antisséptico. Desinfectante – composto com maior poder de desinfecção é o esporicida. Selecção do agente químico – tenho que ter em consideração: Natureza do material a tratar Tipo de microrganismo (as formas vegetativas são muito mais sensíveis que as esporuladas); Condições ambientais (num estábulo não é necessário tanto rigor como num laboratório). Binómio tempo/concentração – exemplo: lixívia 5 – 10% deixar actuar 30 minutos, a eficácia não é maior e deixamos actuar menos tempo. 1. Fenol e compostos fenólicos (C6H5OH) Os compostos derivados do fenol apresentam diferentes actividades antimicrobianas, podendo ser bacteriostáticos ou bactericidas consoante a concentração. Actua por lesão física das estruturas membranares; interferência na síntese proteica. O fenol é um excelente antisséptico para superfícies biológicas, mas é extremamente agressivo. 2. Álcoois Não são esporicidas! Etanol a 70% - desinfectante. Mais concentrado, evapora mais depressa, por isso baixando a concentração é mais eficaz. 3. Halogéneos Iodo – exemplo: tintura de iodo bastante agressivo e provoca nódoas que não saem. Antigamente era muito utilizado, mas actualmente está em desuso. Cloro – Exemplo: Hipoclorito de sódio e de cálcio. Utilizado em piscinas, vegetais (Amokina), águas e afloentes. Contudo, o hipoclorito é extremamente irritante para o sistema respiratório e é agressivo. 4. Metais pesados e seus compostos Mercúrio – o mercúrio e outros compostos orgânicos que eram muito utilizados como desinfectantes gerais foram substituídos por outros compostos menos tóxicos e corrosivos. Mercuriocromo é um produto cancerígeno e, por isso, todos os produtos com mercúrio foram retirados. Nitrato de prata – comercializa-sena forma de lápis e é um agente altamente cáustico. Utilizado para remoção de camadas mortas da Epiderme, permitindo a regeneração de feridas de 2ª intenção. É utilizado mais para grandes animais. Sulfato de Cobre – Pedilúvios em explorações de ruminantes. 5. Corantes Trifenilmetano – verde malaquite, verde brilhante e cristal violeta. Susceptibilidade das bactérias gram-negativas; interferência com os processos de oxidação celular; meios de cultura selectivos. 109 Acridina – Acriflavina, Triptoflavina. Inibidores de Staphylococci e Gonococci. Aplicação terapêutica. 6. Detergentes Formam micelas à volta da matéria orgânica, facilitando a sua remoção. 7. Compostos de amónia quaternários Entre os detergentes catiónicos, os compostos de amónia quaternários são os mais utilizados. Utilizados como sanitizadores e desinfectantes. Além da sua elevada eficácia em microrganismos, os compostos de amónia quaternários apresentam baixa toxicidade, elevada solubilidade, estabilidade em meio aquoso e não são corrosivos. 8. Aldeídos Formaldeído – o formaldeído é um gás altamente tóxico e cujos vapores são muito irritantes para as mucosas. É altamente letal para todos os tipos de micróbios e esporos. Paraformaldeído – substância sólida. Formalina – é uma solução de 37- 40% de formaldeído em água com 10% de metanol para inibir a polimerização. Gluteraldeído – é menos irritante que a formalina. Utilizado para esterilização de instrumentos médicos que não podem submeter-se ao tratamento pelo calor, como por exemplo, termómetros e equipamento de anestesia. 9. Agentes gasosos Óxido de etileno – muito utilizado em hospitais, devido a elevado número de pijamas cirúrgicos, lençois de cama, etc. É mais eficiente e menos prejudicial em termos de danos para a roupa. Em autoclavagem depois a roupa sai húmida e ao secar na estufa, danifica a roupa. Beta-propiolactona – é tóxico e cancerígeno. Utilizado na esterilização de material termossensível. Alternativa é a radiação ionizante (radiação gama). B. Exame microscópico Todas as observações a nível macroscópico têm que ser confirmadas a nível microscópico. As suspeitas pelo exame macroscópico têm que ser confirmadas por observação microscópica directa das células bacterianas. Nota: Os vírus só podem ser observados por microscopia electrónica! Informação: Morfologia Forma de associação Bacilos em palissada em vez de se associarem pela altura, associam-se pelo comprimento. Dimensão Mobilidade 110 Tipos de exame ao Microscópio: Exame a fresco (entre lâmina e lamela): observação de células vivas! Procedimento: - Preparar uma suspensão bacteriana sobre a lâmina; - Cobrir com uma lamela; - Cercar a lamela com parafina ou com verniz; - Observar ao microscópio. Exame após fixação e coloração: Simples (1 corante, não diferencia bactérias. Ex: Método de Burri – em vez de água colocamos por exemplo tinta da china); Diferenciais (≠ constituição das estruturas). Exemplo: Gram, Zieh-Neelsen (muito utilizada. Permite distinguir micobactérias). Específicas Coloração simples: Diferenciação de estruturas (cápsula). Coloração específica para esporos: Todas as bactérias esporuladas são Gram-positivas; Os esporos não coram através de coloração simples, nem por Gram (diferencial) Método de Wirtz-Conklin (coloração específica para esporos). O que a coloração Gram permite ver? Forma, dimensões, modo de associação; O mecanismo de coloração depende da estrutura da parede celular; Diferenciação por reacção à coloração: Gram-positiva/Gram-negativa Culturas antigas de bactérias gram-positivas – as paredes podem já não ter uma estrutura íntegra dificuldade de coloração; Álcool é o passo crítico: se não colocarmos álcool suficiente as bactérias gram-negativas parecem gram positivas. Não colocar álcool nem a mais nem a menos! Aspecto após coloração: Gram-positivas ficam roxas e gram-negativas ficam avermelhadas. C. Meios de cultura Em relação ao estado físico (tem a ver com a adição de agar): Meios sólidos (concentração de agar aproximadamente de 2%) – Utilizar para avaliar o tipo de culturas; Meios semissólidos Meios semilíquidos Meios líquidos O Agar só se dissolve a 100oC e só solidifica a 40oC. Normalmente são esterilizados em autoclave Hidratos de Carbono – ciclo a 115oC durante 20 minutos, porque a 125oC os Hidratos de Carbono caramelizam. 111 Factores que condicionam o desenvolvimento laboratorial dos microrganismos: Composição do meio de cultura pH do meio Temperatura Atmosfera Osmolaridade (concentração salina) Constituição geral de um meio de cultura – independentemente dos microrganismos em causa, todos os meios de cultura têm que ter: Dadores de electrões Receptores de electrões Fonte de Carbono Fonte de Azoto Minerais: S, P, Mg, Fe, Ca, etc. Oligoelementos, vitaminas Disponibilidade dos diferentes elementos: Meios naturais Meios sintéticos quimicamente definidos Os microrganismos precisam de absorver os nutrientes de forma directa, isto é, o mais simples possível, porque não têm capacidade enzimática grande para assimilar os nutrientes. Em laboratórios utilizamos normalmente as bactérias heterotróficas. Constituição específica de um meio de cultura, consoante as necessidades nutricionais das diversas estirpes bacterianas. São definidos dois itens: Factores de crescimento, sem os quais as bactérias não crescem e os quais não conseguem produzir. Factores de enriquecimento – aporte extra. São utilizados em duas situações: bactérias muito exigentes a nível nutricional ou em culturas mistas para garantir que satisfaço as necessidades de todas as populações bacterianas. Caso contrário, as menos exigentes esgotam o aporte nutricional e as outras bactérias mais exigentes vão ter dificuldade em crescer. Em microbiologia é muito difícil termos amostras puras. 112 Tipos de meios de cultura: Meios gerais, inespecíficos – para bactérias sem grandes exigências e especificidades; Meios diferenciais – permitem a distinção entre diferentes grupos de microrganismos com base na capacidade de metabolizar componentes específicos presentes no meio de cultura e/ou na morfologia (aparência) das colónias. Permitem, por vezes, a identificação de microrganismos segundo as suas características biológicas. Meios de enriquecimento – estimulam o crescimento de bactérias mais sensíveis. Meios selectivos – suprimem o crescimento de determinados microrganismos em benefício de outros. Nestes meios há componentes como sais biliares e cristal violeta, substratos degradados apenas por alguns tipos de microrganismos ou antibióticos (adiciono um antibiótico ao qual um organismo é sensível e outro não é). Constituição de um meio geral inespecífico – caldo simples com glucose, peptona, extrato de carne (produzido a partir de músculo submetido a tratamento térmico e enzimático com mistura proteolítica), NaCl, Glucose (fonte de hidratos de carbono), água destilada. Meio MacConkey – Meio selectivo e diferencial: Constituição: peptona, lactose (elemento chave da diferenciação), NaCl (isotonicidade, iões), Sais Biliares e Cristal Violeta (vão ter uma acção selectiva. Vão ter uma acção inibidora sobre as gram-positivas e as gram-negativas não enterobacteriáceas), vermelho neutro, agar e água destilada. As enterobacteriáceas são as bactérias que crescem neste meio.O habitat normal das enterobacteriáceas é o intestino, logo toleram sais biliares que as outras bactérias não toleram. As bactérias fermentadoras de lactose digerem a lactose e vão tornar o meio mais ácido. Com as enterobacteriáceas que não fermentam a lactose o meio varia sempre mais para o amarelo. Colónias rosa choque – aspecto cultural de colónias lactose positivas, como por exemplo a E. Coli. 113 Meio Agar Sangue – Meio de enriquecimento e diferencial: se as bactérias tiverem hemolisinas, vão lisar os glóbulos vermelhos (hemólise α, β e γ). D. Técnicas de propagação Meio sólido: Á superfície: Inundação Em toalha com semeador Por estria Em profundidade: Por incorporação Por picada Meio líquido: por incorporação 114 2º Miniteste Observação macro e microscópia de colónias - Gram - Fresco (para ver se são bactérias móveis ou não) Observação microscópica: morfologia, dimensão, forma de associação, reacção gram Propagação de Bactérias Aeróbias Meios de cultura: Bactérias móveis. Exemplo: Proteus – meio com maior concentração de Agar vai tornar o meio mais firme e menos rugoso e assim o Proteus não se desenvolve tanto. - MacConkey – propagação nestes meios - Tubo de meio líquido – podemos observar forma de associação e se são aeróbios ou anaeróbios. Isolamento de Bactérias Aeróbias Após propagação Isolamento Objectivo do Isolamento: Individualizar os vários microorganismos presentes e obtenção de uma colónia pura, porque se for mista, os outros microorganismos (m.o.) vão interferir no resultado. Aplicação: Diagnóstico Bacteriológico, Preparação de Antigénios, Produção de culturas puras (vacinas, autovacinas…) Queremos que o principal suspeito se multiplique e o crescimento dos outros m.o. se iniba. Técnica utilizada: esgotamento por estria em meio sólido Estratégias de isolamento: - Sementeira em Anaerobiose (bactérias anaeróbias facultativas: Streptococci) - Inactivação em banho-maria (80ºC/10 m – sobrevivem apenas as esporuladas. Ex: Bacilli) - Temperaturas de incubação (a maioria das bactérias patogénicasdesenvolve-se a 37ºC, a Salmonella é uma excepção e desenvolve-se a 42ºC) - Congelação ou refrigeração do material suspeito (para bactérias resistentes à congelação e refrigeração) - Alteração do pH do meio (para promover o crescimento das bactérias acidófilas, por exemplo) 115 - Alteração da composição do meio: Exemplo: Meio selectivo e diferencial, como o meio de MacConkey. A identificação não pode ser directa nesse meio porque têm algumas substâncias que inibem o seu desenvolvimento completo (ex.: Sais Biliares) colocar em Agar sangue para identificar depois bioquimicamente. Maior concentração de NaCl – os estafilococos são halotolerantes - Incorporação de antibióticos, sulfamidas ou corantes no meio: diferentes bactérias têm diferentes perfis de sensibilidade. - filtração com poros de 0,45µm: bactérias com paredes celulares rígidas ficam retidas no filtro, enquanto microplasmas são pleomórficos, isto é, têm capacidade de se deformar e passar no filtro. Identificação de Bactérias: Importância da análise Microbiológica: Lesão/Doença com suspeita bacteriana: Zaragatoas orais, cutâneas---órgão, biópsia A amostra deve ser colhida em meio asséptico porque queremos apenas recolher a bactéria. Colheita Asséptica do material (meios de conservação): - refrigeradas a 4ºC - evitar contaminação ambiental Chegada ao laboratório Análise Microbiológica – Vamos ler o perfil de degradação de substratos: Reacções de leitura directa, contêm: indicadores de pH, mudança de cor do meio, metabolismo glicídico (a sua utilização implica acidificação) e metabolismo proteico (a sua utilização implica alcalinização). Reacções de leitura indirecta: Folhas de leitura de galerias. Pontuação diferente (1,2,4) que se repete a cada 3 testes. Tomar nota dos resultados das reacções (+ vs -). Somar apenas a pontuação correspondente a resultados positivos. Em função da leitura temos um perfil numérico código de identificação (base de dados Apiweb). Todos os API’s são lidos da mesma maneira, independentemente dos reagentes. Atenção: as galerias de identificação foram feitas para isolados humanos e se o resultado não for o esperado, ter em atenção ao grau de morfologia e associação. API’s – tem reacções de leitura directa e indirecta. BBL – todos de leitura directa. Precisa de um trasluminador para ver a fluorescência. Escala de McFarland: 0,5 de turvação 108 bactérias/CFU 116 Bacilos Gram negativos e oxidase negativos Galeria API 20 E Bacilos Gram positivos BBL GP Bacilos gram negativos e oxidase positivos API 20 NE Cocos Gram positivos e catálase positivos ApI Staph Cocos gram positivos e catálase negativos API Strep A identificação de bactérias pode ser feita com recurso às chaves dicotómicas. Morfologia Gram Ientificação do género Chaves dicotómicas A informação sobre a morfologia é mais importante que o tipo de associação, porque com o manuseamento a ligação pode-se quebrar. Tipificação por bacteriófagos se infectar eu sei que é uma Salmonella As bactérias Aeróbias têm oxidase e catalalase positivas. Oxigenase – 1 gota de água oxigenada Testes Bioquímicos – testes rápidos – detecção de enzimas que participam na respiração bacteriana. Testes de Sensibilidade aos agentes quimioterápicos TSA – permitem determinar o perfil de sensibilidade/resistência de uma cultura bacteriana. TSA: Apenas realizados em culturas puras! Garantir isto! Controlar o grau de turvação da suspensão a inocular (bactérias a mais promove um crescimento bacteriano elevado. O grau de turvação influencia os resultados). Ter em atenção a composição do meio (o que vamos utilizar é o MH Agar) Como se mede CMI? - Conjunto de tubos de meio MH líquido com diferentes concentrações de Antibiótico (diluição de base 10). - Se ocorrer crescimento CMI < CML (bacterioestático – é necessário elevar a concentração do fármaco a doses mais tóxicas para induzir a morte das células bacterianas) - Se não ocorrer crescimento CMI = CML (bactericida) Escolha dos Antibióticos (AB) a utilizar? - Tenho que ter em atenção o modo de actuação dos mesmos (uns interferem com a parede celular, outros nos ácidos nucleicos. Exemplo: se estamos a testar Gram negativo não faz sentido um AB que interfere com a síntese da parede celular por causa da camada de peptidoglicano e, por isso, não vai funcionar.) - Diferentes acessibilidades - Condições de incubação também são importantes (incubação apenas de 24h, mas para contornar posso enriquecer o meio realizando TSA em meio MH Agar Sangue) 117 - Atmosfera também é difícil…TSA em anaeróbios estritos inviável Estreptomicina… CMI mais baixos em meio líquido: disponibilidade de AB maior em meio líquido que em meio sólido. Definição de 3 zonas de inibição: Sensibilidade Intermédia Resistente Limites de sensibilidade definidos pelo LLSI. Estirpe Intermédia – as populações bacterianas não são homogéneas e um resultado intermédio significa que a concentração não é suficiente para inibir toda a população. A Europa tem um organismo equivalente, o EUCAST, mas que ainda não tem limites definidos para isolados de origem veterinária. TSA mais utilizado Método de Kirby e Bauer.:Sementeira por inundação ou Toalha. Em vez de se utilizar uma tira, usa-se um disco. Colocar um disco com uma concentração conhecida de AB na superfície do Agar, semeado por toalha ou inundação. Meço os halos de inibição em mm pelo diâmetro. Problemas de leitura: - Crescimento confluente: halo de inibição = 0 - halo de inibição com bactéria a crescer por dentro (colónias de uma cultura têm resistência diferente) - halo duplo (consideramos o menor halo) - halos sobrepostos (medir o raio e multiplicar por 2) A interpretação dos resultados dos halos é realizada com base em tabelas de leitura que relacionam o diâmetro do halo de inibição de crescimento com a resistência bacteriana ao AB testado. As tabelas de leitura têm que ser utilizadas de forma crítica quando a espécie bacteriana ou animal não se encontram referenciados utilizam-se os valores mais próximos. Se não há para medicina veterinária usam-se os dos humanos. Procedimento: 1º Suspesão 0,5 da escala de MacFarland 2º Semear de forma a garantir que a placa fique com uma película uniforme. Fazer a sementeira 3 vezes cada uma totalmente numa direcção e viramos 90ºC, de modo a obter uma película uniforme. 3º Tirar à chama um disco com uma pinça pela margem direita 4º colocar o disco de forma equidistante (entre eles e do bordo da placa). Se cair noutro local, não mexer! 5º Incubar 24h a 37ºC 6º Medir os diâmetros das zonas de inibição do crescimento bacteriano e comparar com tabela de halos de discos antimicrobianos. 118 Gram positivas: Pencilina G (P), Ampicilina (AMP), Neomicina (N), Amoxicilina (AMC), Sulfametoxazole + Trimetoprim (SXT), Kanamicina (K). Gram negativas: Gentomicina (CN), Estreptomicina (S), Tetraciclina (TE), Ác. Nalidíxico (NA), sufametoxazole + Trimetoprim (STX), Sulfato de Colistina (CT). Antibiótico a recomendar? Mais económico Via de administração (endovenosa é mais fácil) Efeitos secundários Garantir que faz a terapêutica mais acertada (informar o dono que tem que dar e X em X horas). Nota: Se bactéria for resistente a todos os AB testados, fazer outros testes com outros AB ou com a geração seguinte. Casos clínicos: Sansa – otite: suspeita é Pseudomonas aeruginosa. API 20 NE Angie – dermatite purulenta: suspeita é Staphilococcus aureus. API Staph Vaca – mastite: suspeita é E. Coli. API 20 E Ovelha – morte súbita: suspeita é Bacillus anthracis. BBL GP 119 3º Miniteste Bactérias Anaeróbias Bactérias: Anaeróbias facultativas (são bactérias que têm a capacidade de crescer tanto em condições de aerobiose como anaerobiose); Anaeróbias estritas ou obrigatórias (não podem crescer na presença de oxigénio pela falta das enzimas superóxido dismutase e catalase. Utilizam vias fermentativas nas quais os compostos orgânicos servem como receptor final de electrões); Microaerófilas (requerem concentrações de oxigénio reduzidas para crescer). O cultivo de bactérias anaeróbias requer técnicas laboratoriais especiais. Propagação, isolamento e identificação de bactérias anaeróbias estritas 1. Condições de desenvolvimento O procedimento é semelhante ao utilizado para as bactérias aeróbias, mas como não toleram o O2 temos que garantir as condições necessárias para o seu desenvolvimento. Como estas bactérias não têm o pool enzimático (catalase e superóxido dismutase) que permita anular o efeito negativo dos produtos tóxicos derivados de O2, temos que ser mais rápidos no procedimento, é a única diferença! Que posso fazer? 1.1 Remover O2 do meio ambiente Existem 3 métodos diferentes: - Após regeneração do meio de cultura, impedir o acesso do oxigénio atmosférico, usando substâncias isolantes ou geles; - Retirar o ar do recipiente vedado que contém o meio de cultura (Jarra, estufa de anaerobiose ou Glove box) e substituir a atmosfera primitiva por um gás inerte (CO2, H2, N2, etc.); - Combinação do oxigénio atmosférico com H2, na presença de um agente catalítico (Paladium), nas jarras de anaerobiose. Fig.1 – Jarra de anaerobiose A utilização de uma jarra de anaerobiose permite colocar as Placas de Petri numa atmosfera sem O2. Existem 3 métodos para remover o O2: 2 dependentes de reagente (um com paladium) e um sistema de válvulas. Nas jarras de anaerobiose remove-se a maior parte do oxigénio. Quando é adicionada água à embalagem química contendo o reagente (bicarbonato de sódio e boroidreto de sódio), produz-se CO2 e H2 que se conjugam com o O2, formando vapor de água que se condensa nas paredes dos frascos (reacção catalisada pelo Paladium na tampa). Tiras com ponta azul o azul de metileno é o indicador de anaerobiose. Se está em atmosfera anaeróbia fica branco. 120 Fig. 2 – Glove box ou Estufas de Anaerobiose Na aula utilizámos sacos de anaerobiose. 1.2 Reduzir o potencial REDOX do meio (meio de cultura com baixo potencial REDOX) Tenho que ter em conta: Regeneração do meio (10min/100oC, seguido de arrefecimento rápido). A ebulição durante 10 min serve para completa libertação de O2 do meio, seguida de arrefecimento rápido para evitar a reentrada de O2. Não preparar com muita antecedência! Adição de substâncias redutoras: Tioglicolato de sódio, L-cistina, cisteína, fragmentos de órgãos (fígado, cérebro, carne triturada, etc.). Promovem reacções de oxidação-redução. O Tioglicolato de sódio tém resazurina. A resazurina é um indicador de oxigenação (fica transparente na ausência de O2 e avermelhado na presença de O2). Gelose com maior percentagem de agar. Permite aumentar a viscosidade do meio e consequentemente garantir a anaerobiose (dificulta as trocas). 2. Necessidades Nutricionais As necessidades nutricionais são semelhantes às dos aeróbios, mas mais exigentes, sendo necessário utilizar meios com factores de enriquecimento e crescimento. A composição do meio de cultura é muito variável consoante a espécie. Geralmente: Peptona Carbohidratos: glucose, lactose, amido, etc. Sais: NaCl, K2PO4, KH4PO4, etc. Factores de enriquecimento e/ou de crescimento: extracto de carne, extracto de levedura, hemina, menadiona, etc. Agentes redutores: Cloridrato de cisteína (meio de tioglicolato e outros), tioglicolato de sódio (meio de tioglicolato), fragmentos de orgãos (caldo de figado, CMM, etc.). Para impedir as trocas gasosas: Anel de parafina - caldo de figado. 0,1% de agar no meio semi-líquido: meio de tioglicolato. Maior percentagem de agar nos meios sólidos. Nota: A Parafina é uma substância viscosa que só se adiciona ao caldo de carne e vai impedir a entrada de O2. Na Glove box existe ausência total de O2, mas é um método muito dispendioso. O material utilizado lá dentro tem que ser todo descartável! 121 3. Isolamento Semelhante ao realizado para bactérias aeróbias, mas tem que ser um procedimento rápido. Em placa por estria por esgotamento Inactivação 15min/100oC: Bacilos Gram-positivos esporulados (Clostridium – no caso de se suspeitar do género Clostridium deve realizar-se um choque térmico, para promover o crescimento exclusivo destas bactérias) Inoculação em animais de laboratório (pouco usado) Meios selectivos, de enriquecimento e/ou diferenciais Método para confirmar se se trata de uma bactéria anaeróbia estrita: Prova de ar: consiste em semear o mesmo inóculo a isolar numa placa em atmosfera normal e numa placa em atmosfera em anaerobiose.Se as bactérias crescerem nos dois meios, sei que são anaeróbios facultativos. 4. Identificação da bactéria Provas Bioquímicas: API (API 20 A), galerias tradicionais e incubação em anaerobiose. Provas enzimáticas Sensibilidade a antibióticos (discos com antibióticos incorporados) Cromatografia de fase gasosa Na aula… 1ª aula: - Observação microscópia - Regenerar os meios CMM (líquido) e Tioglicolato (semi-sólido) a 100oC/10min e arrefecer rapidamente - Semear líquido/líquido (Pipeta de Pasteur) - Adicionar Parafina líquida ao meio CMM, após sementeira - Sementeira por estria com esgotamento em meio Schaller - Sementeira por estria com esgotamento em Agar-sangue (Prova de ar) O tempo de incubação é de 48 horas e os resultados da análise são obtidos ao fim de 6 dias (1 semana). 122 Microbiologia alimentar Microbiologia dos alimentos: Microorganismos benéficos envolvidos na produção de alimentos sem os quais não existiam; Microorganismos prejudiciais: Patogénicos, que provocam toxinfecções De degradação (diminuem o tempo de vida de prateleira) Controle da carga microbiana, duas abordagens fundamentais: 1 – Quantitativa: Principais técnicas: Contagem do nº de bactérias totais (viáveis e não viáveis) Contagem das bactérias viáveis Se o alimento está no estado sólido, tenho que homogeneizar o alimento utilizo o Stomacher e faz-se uma suspensão de homogeneizado. Quantificação de bactérias totais em câmaras de contagem manual (Petroff-Hausser ou Neubauer): São câmaras de vidro com quadriculado a laser. Preenche-se a câmara com homogeneizado do alimento por capilaridade. O quadrado tem 1mm2 x 0,1 mm de altura = 0,1 mm3 = 0,1 μl (inóculo) nº de bactérias x 10000 (factor de correcção tendo em conta o volume do inoculado, isto é, 0,1μl) = nº de bactérias/ml Em microbiologia alimentar, este método não é muito utilizado porque já são muito turvos. Existe outra técnica, a quantificação de bactérias totais (massa) por Turbinometria, que também não é muito utilizada em microbiologia alimentar. Na aula realizámos a quantificação de bactérias viáveis por sementeira em diluições seriadas: Diluições de base 10 Sementeira em Placa de Petri Incubação Quantificação do nº de colónias (uma colónia corresponde a uma bactéria). Tenho que diluir para que a contagem seja possível. Se a sementeira for directa, o crescimento é confluente. Esta técnica também permite controlar a qualidade da técnica de execução. Alguns alimentos, por exemplo, necessitam de diluições 102 e outros 108. As diçuições dependem do tipo de alimento. Temos que garantir que o nº de microorganismos presentes não ultrapasse os limites (critérios de segurança alimentar definidos pela união europeia).A contagem de microorganismos todal é independentes das espécies, porque é a contagem total! Esta técnica tem aplicação noutras áreas: Microbiologia Médica: Infecção no trato urinário (Enterotoxémias) Microbiologia Aplicada Microbiologia fundamental 123 Quantificação de m.o. totais viáveis – descrição do procedimento efectuado na aula: Amostras: - Legumes crus (pepinos) - Enlatado de sardinha - Água da Cruz Quebrada - Pastel de Nata É fornecido um homogeneizado dos alimentos a 10% (diluição 10-1 UFC/g, isto é, 10g em 90 ml de APT ou 25g em 225 ml). a) Diluições seriadas de base 10 em 6 tubos num volume de 5ml: - Colocar 4,5 de soro fisiológico (pipetar com pipetas de vidro na horizontal e tocar só numa pipeta – assepsia!!!) - Adicional 1/10 volume total de suspensão bacteriana nº 1º tubo (0,5ml) - Homogeneizar (vortéx) e repetir o processo do 1º ao último tubo (Usámos a mesma pipeta, o que não é o ideal) b) Sementeira: por incorporação (meio utilizado é o PSA) ou à superfície. Na aula efectuámos sementeira por incorporação (semeámos 1ml por diluição das 2 últimas diluições em duplicado, que é mais fiável do ponto de vista estatístico, pois faz-se uma média. Espalhámos o inóculo. Meio a 50oC) c) Incubação 24h a 48h/37oC d) Leitura e Interpretação – escolher placa que tenha entre 15 – 150 colónias. Contar as colónias das duas placas da diluição escolhida e depois multiplicar pelo inverso do factor de diluição = UFC/ml. Exemplo: Sementeira por incorporação (1 ml) Diluição = 10-8 Placa A: 78 colónias Placa B: 82 colónias Cálculos: Média de A e B = 80 80 x 108 = 8,0 x 109 UFC/ml Sementeira à superfície (0,1 ml) – os cálculos são iguais, mas depois temos que multiplicar por 10, porque a sementeira à superfície é 0,1 ml. Na aula da semana seguinte, para além de fazermos esta contagem, semeámos em meios diferenciais e selectivos para identificação presuntiva de bactérias prejudiciais. 124 2 – Qualitativa: identificação presuntiva de m.o. prejudiciais Meios selectivos e diferenciais (em função da sua composição, induzem o crescimento de umas bactérias e inibem o crescimento de outras): a) Meio de Bilis verde brilhante b) Meio TBX c) Meio SPS d) Meio Baird-Parker Nota: existem mais meios para além destes! a) Meio de Bilis Verde Brilhante: É um meio líquido que permite a detecção de bactérias coliformes. Utilizado em análise de amostras sujeitas a contaminação fecal. Composição do meio: Peptona – componente que fornece os nutrientes (hidrolisado de proteína) Bílis de boi – inibição das Gram-negativas não coliformes Lactose – é fermentada pelas bactérias coliformes, produzindo-se gás que é colectado no tubo de Durham. Se não houvesse esse tubo, o gás era libertado. Verde brilhante – inibição das bactérias Gram-positivas Água Se o meio ficar turvo existem bactérias coliformes, que podem ser o não ser produtoras de gases. (observar na aula seguinte se há produção de gás). Procedimento: - Diluições seriadas de base 10 em tubos de soro fisiológico. Transferir 1ml de cada diluição para os respectivos tubos com 9ml de meio de Bilis Verde Brilhante. 10-1 (no caso dos pepinos a amostra já estava a 10-1) - Semear - Incubar 24h/37oC - Observar a ocorrência de turvação e se há produção de gás (grupo responsável pela fermentação da lactose) - Quantificar: Tubos com turvação – quantificação aproximada (a concentração inicial corresponde ao inverso da diluição onde ocorreu o crescimento). 1/100 1/1000 1/10000 Água Pepino 10-2 10-3 10-3 10-4 10-4 10-5 125 b) Meio TBX É um meio utilizado para detecção e quantificação de E. Coli D-β-glucoronidase positiva. Composição: Triptona – fornece os nutrientes Sais Biliares – inibição das bactérias Gram-positivas e enriquecimento para E.coli Composto cromogéneo – vai dar um composto colorido (neste caso azul) Algumas estirpes de E. Coli são glucoronidases negativas, logo o meio falha na sua detecção Incubar a temperarura de 44oC durante 24 horas para inibir o crescimento de bactérias contaminantes, isto é, glucoronidases positivas que não seja E. Coli. Procedimento: - Sementeira de um volume conhecido do inóculo sem diluição prévia (depende da norma); - Sementeira por incorporação ou à superfície (0,1 ml. Foi a técnica utilizada na aula); - Incubar a 24h/44oC (corresponde também a uma técnica de isolamento) - Contar colónias azuis - Fazer correcção de volume, dividindo por 10 porque semeámos 0,1 ml. c) Meio SPS (S – Sulfito,P- Polimixina, S – Sulfadiazina) É um meio para detecção e enumeração de clostrídios sulfito-redutores. Destes, o mais relevante em microbiologia alimentar é o Clostridium perfringens, responsável por intoxicações alimentares graves. Composição: Triptona e extrato de levedura – suporte nutricional Tioglicolato de sódio – agente redutor (para impedir crescimento de bactérias aeróbias) Sulfadiazina e Sulfato de polimixina – Inibem outros sulfito-redutores que não o Clostridium. Para além destes componentes é um meio selectivo e diferencial… Sulfito de Sódio e Citrato de Ferro – são agentes diferenciadores. O sulfito é reduzido a sulfeto pelas bactérias Clostridium perfringens, que reage com o citrato de ferro e faz com que as colónias adquiram uma coloração negra. Clostridium perfringens são bactérias esporuladas não se vai fazer choque térmico porque o meio está a uma temperatura elevada. Não se fazem diluições seriadas porque basta uma bactéria estar presente para rejeitar o alimento. Procedimento: - Inocular 1 ml de amostra por incorporação no tubo SPS que contém 9ml do meio. Homogeneizar no vórtex, arrefecer rapidamente e deixar solidificar no meio; - Incubar 24h/48h a 37oC; - Se houver Clostridium Sulfitos Redutores na amostra, podem obter-se 2 tipos de resultados: Todo o meio de cultura está negro As colónias são representadas por manchas negras 126 d) Meio Baird-Parker Meio para isolamento, detecção e enumeração de Staphylococcus coagulase positivos Amostras testadas: Sardinhas e Pastel de Nata Composição: Triptona + extrato de carne + extrato de levedura – fornecem nutrientes Glicina e Piruvato de Sódio – favorecem crescimento de Staphylococcus Agar Água Cloreto de lítio – inibe os m.o. que não Staphylococcus, no entanto esta inibição não é absoluta, por isso temos que adicionar um suplemento ao meio. Esses suplementos são: gema de ovo (diferenciação de Staphylococcus coagulase +/-) e Telurite de potássio (agente inibidor de outros m.o.). Não convém adicionar os suplementos antes da autoclavagem!!! Adicionar ao meio depois de a temperatura ter baixado, porque os componentes degradadam-se com a autoclavagem. Procedimento: - Sementeira de um volume directamente (basta haver um m.o. para ser rejeitado); - Semear 0,1 ml da amostra à superfície da placa com meio Baird-Parker com um semeador; - Incubar 24h/37oC - Detecção de colónias Resultados: Coagulase é o que faz o halo transparente por lipólise dos lípidos e proteólise das proteínas. Staphylococcus coagulase positivos – colónias negras brilhantes com halo transparente, não é opaco!!! Staphylococcus coagulase negativos – colónias brancas com halo opaco. Colónias castanhas – Proteus e Bacillus, que por vezes resistem ao cloreto de potássio e lítio. Na aula… 1- Quantificação das sementeiras da aula passada (CFU/ml ou CFU/g) 2- Pepinos e Agua – meios Verde Bílis e TBX. Nos pepinos fazer diluição para VB e TBX sementeira directa. 3- Sardinha e Pastel de Nata – meios Baird-Parker e SPS