Bacillus cereus e Bacillus anthracis - Bacteriologia

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Universidade Federal Fluminense 
Disciplina: Bacteriologia IV 
Turma: F2- Farmácia 
Professores: Aloysio Cerqueira e Júlia Peixoto 
Grupo 5 - Larissa Machado e Lorena Lopes 
 
Bacillus cereus​ e ​Bacillus anthracis 
O gênero ​Bacillus compreende mais de 50 espécies, entre elas o Bacillus 
anthracis e ​Bacillus cereus​. Um achado recente refere-se à semelhança existente 
entre essas duas espécies, de modo que essas duas bactérias (incluindo o ​B. 
thuringiensis​) pertencem a uma única espécie, embora sejam extremamente 
diferentes em suas características fenotípicas e efeitos patológicos também 
amplamente distintos. 
O ​Bacillus anthracis é um patógeno humano e animal, que foi o primeiro 
microorganismo conclusivamente relacionado a uma doença, conhecido desde 1887 
descrito por Koch como agente do antraz ou carbúnculo [1]. É considerado também 
como agente patológico em potencial a ser utilizado como arma em Bioterrorismo 
devido à sua alta toxicidade. Através de sua inalação há uma taxa de 100% de 
mortalidade (se não houver tratamento imediato). 
O ​Bacillus cereus é uma bactéria presente no solo, um patógeno oportunista 
que tem sido responsabilizado por casos de intoxicação alimentar em diferentes 
países. Duas formas de intoxicação são conhecidas, sendo a primeira caracterizada 
pela manifestação por vômitos (forma emética) e outra por diarréia (forma diarréica). 
Os alimentos mais comumente implicados são o arroz, carne e vegetais. [3] 
 
1) Citologia bacteriana: 
O gênero ​Bacillus é constituído por bactérias Gram-positivas. Apresentam 
esporos que podem ser pequenos e estar contidos dentro da célula bacteriana ou 
podem ser largos e protuberantes, excedendo o tamanho da célula.[3] 
As diferenças previamente mencionadas entre o ​B. cereus e ​B. anthracis são 
mediadas por plasmídeos específicos. Do ponto de vista evolutivo, pode-se 
entender essa diversificação como uma simples aquisição de diferentes tipos de 
plasmídeos pela mesma espécie da bactéria, podendo ser transferido por 
conjugação. [1] 
O ​Bacillus anthracis tem uma aparência de “galho de bambu” pela ocorrência 
típica em cadeias longas. Cepas virulentas podem apresentar cápsulas. Os esporos 
são ovais, localizados central e sub terminalmente, com longas cadeias serpentinas 
[3]. É portador de uma cápsula, que ao contrário das cápsulas de outras bactérias 
Gram-positivas, é composta de ácido glutâmico, cuja principal função é impedir a 
fagocitose da bactéria [1]. 
O ​Bacillus cereus possui formato de bastonetes de grandes dimensões, 
comumente móveis, formam esporos e são capazes de produzir toxinas. 
As duas espécies B​. thuringiensis e ​B. cereus ​constituem os “parentes” mais 
próximos de ​B. anthracis​. B. thuringiensis é uma fonte bastante eficaz de toxinas 
inseticidas, normalmente na forma de preparações contendo esporos de toxinas de 
proteínas de cristal que são espalhadas de aviões nos campos de agricultura. [2] 
 
2) Fisiologia bacteriana: Metabolismo, Nutrição, Crescimento e 
Esporulação 
O ​Bacillus cereus e ​Bacillus anthracis são aeróbios ou anaeróbios 
facultativos, ou seja, eles podem realizar respiração anaeróbica na ausência de O2, 
porém quando há O2 presente no meio elas irão realizar respiração aeróbica, pois 
esse tipo de respiração gera mais energia e irá favorecer seu maior crescimento. 
A característica mais marcante desse gênero é a esporulação. As células 
vegetativas, em certas condições (na maioria das vezes não favoráveis), iniciam um 
ciclo de esporulação particular, onde os esporos formados não apresentam 
atividade metabólica e possuem alta resistência ao ambiente. Apesar dos 
bastonetes dos ​Bacillus ​serem normalmente saprófitos e não patogênicos ao 
homem e animais, os da espécie de ​Bacillus anthracis ​possui patogênico. 
Quase todas as espécies de ​Bacillus são móveis, com exceção da mais 
virulenta ​Bacillus anthracis. ​[1] 
Bacillus cereus ​detém a capacidade de crescer em temperaturas 
relativamente baixas (em torno de 5ºC) e capacidade de germinação em altas 
temperaturas (cerca de 50ºC), mas dependendo de sua condição, como por 
exemplo a forma esporulada, esta variação de temperatura pode ser ainda superior, 
sendo tipicamente mesófila. Os esporos do B. cerus lhe conferem resistência a altas 
temperaturas, secagem, alguns sanitizantes químicos e radiações UV, além de 
contribuir para os processos de adesão em superfícies (KOTIRANTA et al,2000). 
As reações bioquímicas importantes de B.cereus incluem: glicose(+), maltose 
(+), salicina(+), motilidade(+), produção de �-hemólise, xilose (-), manitol(-), 
lactose(-) e lecitinase(+). [1] 
O ​Bacillus anthracis ​é uma bactéria Gram positiva, esporogênica. A 
esporulação se caracteriza por esporos de tamanho entre 1 e 1,5 µm de largura por 
3 a 10 µm de comprimento, com resistência à desidratação, radiação UV, calor, e 
também a diversos desinfetantes. Os esporos podem se manter estáveis no solo por 
muitos anos e alguns fatores podem vir a reativar o foco de antraz no solo como 
tempestades, inundações, terremotos e também através do próprio homem 
manipulando o solo para cultivo da agricultura 
 
 3) Princípios da genética bacteriana e Transferência horizontal de genes: 
A partir das diferenças entre os fenótipos, é evidenciado através de 
eletroforese de enzimas multilocus e por análise de sequência de nove genes 
cromossômicos que ​B. anthracis deve ser considerada uma linhagem de ​B. cereus 
[2]. Essa determinação não se dá somente no que diz respeito à taxonomia, mas 
também pode ter consequências em relação à virulência e ao potencial de 
transferência horizontal dentro do grupo de ​Bacillus cereus. 
Foi observado em alguns estudos que determinantes genéticos de 
patogenicidade podem ser transferidos entre as espécies de ​Bacillus cereus​, 
especialmente através da transferência horizontal de genes. 
O genoma de ​B. anthracis ​é composto por 2 plasmídeos, o ​pXO1 e pXO2 e 
um cromossomo. 3 genes estruturais das proteínas da toxina estão em locais 
diferentes no pXO1, e os genes biossintéticos para a síntese e despolarização de 
cápsulas estão dispostos em um operon aparente na pXO2. Alguns outros genes 
que podem exercer papel importante na virulência incluem o operon de germinação 
gerX ​e ​o fator geral de transcrição de estresse ​sigB​. 
Temperatura (37 ° C) e bicarbonato / CO 2 são sinais do hospedeiro que 
acometem a transcrição dos genes da toxina e da cápsula. Os plasmídeos de ​B. 
anthracis possuem 2 genes reguladores que compartilham pouca semelhança de 
sequência com reguladores de outras bactérias. O gene codificado por ​pXO1 atxA 
controla positivamente a expressão dos genes da toxina e da cápsula e foi 
relacionado ao controle de outros genes de função desconhecida. 
A manipulação de genes de ​B. anthracis pode ser alcançada através da 
utilização de meios naturais de transferência de DNA e por eletroporação de DNA 
recombinante em ​B. anthracis​. É possível a troca de genes entre cepas de ​B. 
anthracis​ e entre ​B. anthracis​e, espécies intimamente relacionadas. [5] 
 
 4) Mecanismode ação e Resistência bacteriana a drogas: 
A presença de cápsula, produção de endotoxinas e capacidade das bactérias 
atingirem altas concentrações microbianas em hospedeiros infectados. A cápsula 
permite que as bactérias vegetativas escapem da fagocitose por células 
hospedeiras. As duas toxinas são a toxina letal e toxina edematogênica, que são 
binárias. A virulência do ​B. anthracis parece ser totalmente codificada por genes 
plasmidiais. As amostras virulentas transportam dois plasmídios de alto peso 
molecular, um contendo os genes que codificam as toxinas (pOX1) e outro os genes 
que codificam a cápsula (pOX2). Os dois plasmídeos contêm também genes 
reguladores específicos e outros não específicos. O plasmídio pXO1 é regulado por 
CO2 [1]. Durante um experimento de diferenciação por exemplo, se esses 
plasmídeos forem perdidos, ​B. thuringiensis não poderá mais ser distinguido de ​B. 
cereus ​. O que os diferencia funcionalmente são principalmente genes transportados 
em plasmídeos. Em vista de sua competência natural, a disseminação horizontal de 
plasmídeos pode ocorrer. O que pode parecer um problema menor de taxonomia 
pode, portanto, ter sérias implicações para virulência e patogenicidade. 
O ácido poli-glutâmico da cápsula de ​Bacillus anthracis é codificado por três 
genes situados no plasmídeo pXO2. É muito significante como fator de virulência já 
que linhagens que não possuem cápsula não são virulentas devido ao fato das três 
enzimas codificadas por esses três genes estarem relacionadas à membrana 
celular. 
Outras espécies de ​Bacillus não produzem cápsula. Apesar de plasmídeos 
similares ao plasmídeo pXO1 também tenham sido localizados em cerca de 50% de 
um conjunto de 19 outros membros do grupo ​Bacillus cereus em experimentos de 
hibridização, somente alguns genes pXO2 foram capazes de hibridizar com DNA 
genômico das 19 linhagens de integrantes da espécie ​Bacillus cereus​. A resistência 
do ​B. cerus está associada a sua estrutura morfológica, possuindo uma região 
central onde estão elementos genéticos, junto com enzimas necessárias a 
germinação e crescimento inicial do esporo, sendo essa estrutura protegida do 
ambiente externo de dentro para fora por: córtex, membrana interna, uma cobertura 
interna e uma externa. Essa resistência fisiológica associada à habilidade de 
produzir várias enzimas que degradam diversos substratos orgânicos possibilita que 
esta bactéria esteja amplamente distribuída no meio ambiente (BLACKBURN & 
MCCLURE, 2000; FRANCO & LANGRAF 2002). 
A presença dos genes codificadores dos fatores de virulência Hemolisinas 
(hly II e hly III), Fosfolipases (piplc) e Cereolisinas A (pcpl) e B (sph) em bactérias do 
grupo do ​B. cereus pode ser avaliada através de reações de PCR descritas por 
Hansen, 1998. 
 
5) Interações entre agentes infecciosos e seus hospedeiros: Microbiota normal 
B. anthracis produz duas toxinas, uma denominada toxina letal (LeTx) e 
outra, toxina edemaciante (EdTx) que são toxinas do mesmo tipo AB. A LeTx é uma 
toxina responsável pelo choque e pela morte dos pacientes com antraz sistêmico, 
provavelmente devido a sua interação com os macrófagos do organismo, que 
resulta na indução IL-1, TNF e lise destas células. A parte tóxica de LeTx, também 
conhecida como fator letal (LF), é metaloprotease que cliva vários tipos de 
peptídeos, inclusive cinases que ativam a transdução de sinal. A inibição desse 
sistema deve ser importante na patogênese do antraz, mas não explica a grande 
sensibilidade do macrófago a essa toxina. Já a EdTx, por sua vez, é responsável 
pelo edema do antraz. Sua parte ativa, também conhecida como fato edemaciante 
(EF), é uma adenil-ciclase, ativada pela calmodulina. O AMPc formado pela ação de 
EF é a substância responsável pelo acúmulo de líquido nas células e tecidos [1]. 
Bacillus cereus ​produz muitas exotoxinas que são responsáveis pela doença 
e grande parte do quadro de manifestações clínicas provocadas por essa espécie. 
As patogenias se manifestam por síndrome diarreica e síndrome emética. 
A síndrome diarreica é provocada por células vegetativas ingeridas como 
células viáveis ou esporos e é caracterizada como uma intoxicação alimentar. Esses 
esporos produzem enterotoxinas proteicas termolábeis (como hemolisina BL, 
enterotoxina não hemolítica e a citotoxina K) no intestino delgado quando o 
indivíduo come alimentos contaminados como carne bovina, molho, pudins, leite, 
etc. Normalmente os primeiros sintomas (dores abdominais, diarreia aquosa ou 
sanguinolenta, náuseas e vômito) aparecem após 12 horas da ingestão dos 
alimentos contaminados, com período de incubação entre 8 e 16 horas. 
A síndrome emética é considerada também como intoxicação alimentar, 
provocada por cereulida (uma toxina pré-formada no alimento). Cereulida é um 
polipeptídeo termoestável produzido por uma enzima sintetase de peptídeo não 
ribossômico codificada no gene ​ces. ​Ela se liga a receptores no nervo vago 
aferente, e justamente por isso induz o quadro clínico mencionado. Por conta dessa 
estimulação há a inibição da oxidação de ácidos graxos pelas mitocôndrias 
hepáticas, provocando lesões reversíveis nas células do fígado. o (Agata et al., 
1996). Os sintomas podem começar 2 horas após a ingestão de alimentos 
contaminados, entre eles pode-se citar: vômitos, náuseas (seguidos ou não por 
diarréia). O período de incubação é bem curto, entre 30 minutos e 6h. 
Bacillus cereus ​pode provocar além de intoxicações alimentares, algumas 
infecções sistêmicas e locais como meningite, septicemia, pneumonia, endocardite 
e infecções necrosantes (Granum, 1994; Bottone, 2010). Essas porém são bem 
menos frequentes e normalmente estão associadas às hemolisinas, cereolisinas e 
fosfolipases que são produzidas pela bactéria. Algumas enzimas (proteases, 
fosfolipases, lecitinases, amilases, colagenases e lipases) podem exercer função 
importante na virulência e na deterioração de gêneros alimentícios distintos 
(Bottone, 2010).1 
 
6) Bibliografia: 
[1] Luiz B. TRABULSI e Flávio ALTERTHUM. Microbiologia. 5 ed. Atheneu, p 247- 
250, 2009 
[2] HELGASON,Erlendur; OKSTAD, Ole Andreas; A, Dominique; JOHANSEN 
Henning; FOUET, Agnes; MOCK, Michéle; HEGNA, Ida e KOLSTO, Anne-Brit. Appl 
Environ Microbiol. Junho de 2000. “ Bacillus anthracis​, ​Bacillus cereus​, and ​Bacillus 
thuringiensis​—One Species on the Basis of Genetic Evidence”. Acesso em: 
05/09/2019 às 22:18. 
[3] Carlos H. SILVA e Paulo M. NEUFELD. Bacteriologia e Micologia - Para o 
laboratório clínico.Revinter, p 294-296, 2006 
[4] Gerard J. TORTORA Berdell R. FUNKE Christine. Microbiologia. 8 ed Artmed. p 
719-720 
[5] KOEHLER, T.M. “Genética de ​Bacillus anthracis e regulação de genes de 
virulência” p. 143-164 
 
 
 
 
 
 
Fotomicrografia de Bacillus anthracis de uma cultura de ágar demonstrando 
esporos; Mancha de esporos de azul de fucsina-metileno.