Aula de Bacteriologia para micro imuno parasito

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BACTERIOLOGIA
1. Características gerais
	 São microorganismos pertencentes ao Reino Monera, unicelulares ou raramente multicelulares e conhecidos como seres procariontes. São desprovidos de núcleo e as demais organelas celulares. 
 
	 Podem ser encontrados em todos os ambientes terrestres. Isto deve-se ao fato de poderem suportar grandes pressões, temperaturas elevadas, concentrações osmóticas mortais para outros organismos e valores diferentes de pH.
	 Atualmente muitos autores consideram oportuna a separação das bactérias em Arqueobactérias (bactérias primitivas) e Eubactérias (bactérias gerais e cianobactérias).
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
As bactérias estão em qualquer ambiente
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Temperaturas acima de 80oC
Bactéria visualizada dentro de bolsão de água em geleiras marinhas à -15oC. (a) cristais de gelo e água salgada entre eles; (b) aumento de área selecionada; (c) coloração com DAPI. Junge et al. Annals of Glaciology, vol 33, 2001
Temperaturas abaixo de 0oC
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Yellowstone National Park, Wyoming USA. Condições
de vida neste ambiente semelhantes a da Terra ~ 2
bilhões de anos atrás. Nestas fontes de água quente,
as cores laranja, amarelo e marron são devidas a
pigmentos fotossintéticos de bactéria. Bactérias
não-fotossíntéticas, termófilas e acidófilas também
residem neste ambiente.
Altas concentrações de NaCl (3 – 25%)
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
O que faz a água ficar vermelha? Isto não ocorre devido à substâncias químicas na água, mas sim é causada por bactérias halófitas que produzem um pigmento carotenóide similar ao beta-caroteno.
pH ácido
pH alcalino
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Estômago Fendas hidrotermais pH ~2,8
Outros habitats
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Pressões altas e baixas
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Flora bacteriana normal do corpo humano
	Pele	Boca e trato respiratório superior	Trato intestinal	Vagina	Olho
	Corynebacterium	Estreptococos	Estreptococos	Bacilo de Doderlein	Corynebacterium xerosis
	Propionibacterium	Estafilococos aureus	Lactobacilos	Lactobacilos	Neissérias
	Estafilococos epidermidis	Estafilococos epidermidis	Outros bacilos	Outros bacilos	Bacilo Morax-Axenfeld
	Peptococos	Diplococos Gram-negativos	Cocos Gram-positivos	Cocos
	Estafilococos
	Bacilos Gram-positivos	Lactobacilos	Bacteróides	Clostridios	Estreptococos
	Estreptococos viridans	Espiroquetas anaeróbicos	Clostridios	Estreptococos anaeróbicos
	Estreptococos faecalis	Actinomicetos	Coliformes Gram-negativos	Estreptococos aeróbicos
	Bacilos Gram-negativos	Vibriões	Enterococos	Coliformes
	Acinetobacter	Pneumococos	Pseudomonas	Listeria
	Micrococos	Proteus	Micobactérias
	Neissérias	Estafilococos
	Enterobacter
	Escherichia coli
 Números de organismos por grama de tecido ou fluido ou por cm2 de pele.
Corpo humano: 
1013 células
1014 bactérias
Flora microbiana normal relativamente estável
Número de bactérias colonizando regiões do corpo humano
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Flora normal - riscos e oportunismo 
“Condições clínicas causadas por membros da flora normal humana”
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	Principais enfermidades humanas causadas por bactérias 	Agente bacteriano causador
	Tuberculose	Mycobacterium tuberculosis (bacilo de Koch)
	Hanseníase (lepra)	Mycobacterium leprae (bacilo de Hansen)
	Difteria	Corynebacterium diphytheriae (bacilo diftérico)
	Coqueluche	Bordetella pertussis
	Pneumonia bacteriana	Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae
	Escarlatina	Streptococcus pyogenes
	Tétano	Clostridium tetani
	Leptospirose	Leptospira interrogans
	Tracoma	Chlamydia trachomatis
	Gonorréia	Neisseria gonorrhoeae
	Sífilis	Treponema pallidum
	Meningite meningocócica	Neisseria meningitidis
	Cólera	Vibrio cholerae
	Febre tifóide	Salmonella typhimurium
	Desinteria sangrenta	Shigella dysenteria
	Placa bacteriana / tártaro	Streptococcus mutans
	Septicemia	Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis 
1. Características gerais
	 A eubactéria é a forma mais abundante de vida na terra em biomassa e diversidade:
- Em 1 g de solo fértil: ~109 células bacterianas (104 X superior ao número de células eucarióticas).
- No mar: bactérias constituem ~90% do peso total de todos os organismos.
 
	 Tamanho da célula bacteriana:
	 Célula típica: 1 – 5 μm de comprimento; 0,5 – 2 μm de diâmetro.
	 Nanobactéria: 20 – 500 nm de diâmetro.
	 Megabactéria: até 750 μm de diâmetro.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Como enxergamos as bactérias?
 Microscopia óptica
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
 Microscopia eletrônica
1. Características gerais
	 O fóssil mais antigo de procariontes de que se tem conhecimento neste momento data de 3,5 bilhões de anos (estromatólitos); em contraste, o registro mais antigo de eucariontes têm aproximadamente 1,5 bilhões de anos.
 
	 Os procariontes vivem em conjunto com os eucariontes de muitas formas: por exemplo, as mitocôndrias e os cloroplastos são considerados derivados de procariontes (teoria endosimbiótica); as plantas fazem simbiose com bactérias nos seus nódulos radiculares e seres animais contêm uma variedade de bactérias e arqueobactérias no seu sistema digestivo.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Esquema da teoria endosimbiótica
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
1. Características gerais
	 Embora várias espécies sejam patogênicas, muitas são essenciais à vida no planeta. Se este reino desaparecesse, todos os restantes lhe seguiriam, pois alguns ciclos químicos cruciais para a vida (como por exemplo o ciclo do nitrogênio) seriam interrompidos.
	 Utilizamos muitas espécies de bactérias e algumas arqueobactérias em aplicações tão diversas como a produção de queijo, picles, molho de soja, vinagre, vinho e iogurte, o tratamento de esgotos e com técnicas de Biotecnologia já foram “criadas” bactérias capazes de produzir antibióticos, hormônios, vitaminas, solventes orgânicos e para a biodegradação de lixos tóxicos, incluindo derrames de hidrocarbonetos.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Esquema simplificado do cíclo do nitrogênio
2. História da Bacteriologia
	 Descobertas por Anton Van Leeuvenhoek em 1683, as bactérias foram incialmente classificadas como pertencentes ao reino vegetal, sendo agrupadas com os fungos; em 1894, Ernst Haeckel incluiu-as no reino Protista e atualmente as bactérias compõem um reino próprio. 
	 A palavra bacterium foi introduzida pelo microbiologista alemão Fhrenberg, em 1828. 
	 Louis Pasteur (1822-1895) e Robert Koch (1843-1910) foram os primeiros cientistas a descrever o papel das bactérias como vetores de várias doenças.
	 Em 1977, Carl Woese dividiu os procariotas em dois grupos, com base nas seqüências “16S/18S” do r-RNA, que chamou os reinos Eubacteria e Arqueobacteria, atualmente denominados Bacteria e Archaea. 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Proc Natl Acad Sci USA, 87 (12): 4576–9. 
Classificação baseada no ssrRNA
3. Morfologia bacteriana
Coco – de forma arredondada 
Bacilo – Alongada, em forma de bastonete 
Vibrião – em forma de virgula 
Espirilo/Espiroqueta – de forma espiralada/ondulada/helicoidal 
Quadrada
	 As formas não são constantes, podendo variar de acordo com o meio e com o tipo de associação. Geralmente, uma mudança de forma decorre da perda da parede celular. Tal mudança pode ser classificada em:
Involução: mudança de forma devido a condições desfavoráveis, como mudança de pH, ausência ou presença de oxigênio, contato com produtos tóxicos etc...
Pleomorfismo: mesmo em condições favoráveis à sua sobrevivência, a bactéria não apresenta morfologia única.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Escherichia coli Vibrio cholerae Leptospira interrogans 
 Heliobacter pilori Estreptococos pyogenes Estafilococos epidermidis
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Componentes estruturais de uma bactéria4. Citologia bacteriana
4. Citologia bacteriana
	 Citoplasma:
	 Líquido com consistência de gel, com sais, açúcares, vitaminas, ácidos nucleicos e seus precursores, proteínas e seus precursores, ácidos graxos, etc...
	 Pode apresentar grânulos de reserva de açúcares.
	 Ribossomos 70S (subunidades 30S e 50S)
	 Eventos no citoplasma incluem vias metabólicas diversas, síntese de proteínas, replicação do cromossomo e dos plasmidios, etc...
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
 
 
 
	 Material genético: 
 
	 Replicon: molécula de DNA que se replica com auxílio de enzimas. Possui uma orígem de replicação. Ex: DNA cromossomal e plasmídios.
	 (Nucleóide): Consiste em uma única grande molécula de DNA (ou em raras exceções, mais de uma molécula de DNA), circular (em raras exceções linear) e de fita dupla, com proteínas associadas. 
	 O seu tamanho varia de espécie para espécie.
Escherichia coli e maioria das bactérias: genoma é uma única molécula circular (3 x 109 bp)
Vibrio cholerae: duas moléculas circulares
Borrelia burgdorferi: molécula linear única
Agrobacterium tumefaciens: uma molécula circular e uma linear
Nucleóides observados em células de Escherichia coli.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Comparação DNA – tamanho celular
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
 Plasmídios:
	 Moléculas pequenas circulares/lineares de DNA extracromossomal;
	 Visíveis somente ao microscópio eletrônico; 
	 Capazes de autoduplicação independente da duplicação da bactéria;
	 São comumente trocados na "reprodução sexual" bacteriana;
	 Os plasmidios possuem vários genes, incluindo aqueles que conferem resistência à antibióticos.
	 Quanto maior, menos cópias na célula (tamanho médio dos plasmídios: 103 - 104 bp) 
Plasmídio F´
	 Fator sexual;
	 Possui região TRA (forma a fímbria sexual).
Plasmídios R ou RTF
- Possuem genes de resistência à antibióticos.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
DNAs bacterianos
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Estrutura geral do DNA Pareamento de nucleotídeos nas fitas de DNA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
4. Citologia bacteriana
	 Orígem da resistência as drogas:
	 Orígem não-genética (estrutura da superfície);
	 Orígem genética (resistência cromossômica: mutações e extracromosômica: plasmídios).
OBS: resistência cruzada
O genótipo de uma bactéria pode ser modificado por mutações que são alterações hereditárias no material genético. 
	 Lesões no DNA- qualquer alteração na estrutura do DNA; pode incidir sobre o grupamento fosfato, desoxirribose ou base nitrogenada. Não são hereditárias (não se perpetuam entre as células filhas); podem ser corrigidas por mecanismos de reparo específico ou acabam por levar a célula à morte ou a dar origem a mutações.
	 Mutações- alterações no conteúdo informacional do DNA (bases nitrogenadas); modificações na sequência ou número de bases. São hereditárias .
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Detecção de mutantes pode ser feita pelo uso de meio seletivo ou diferencial.
	 Meio seletivo-específico permite o crescimento de certas cepas mas não de outras. 
Ex: meio contendo antibióticos
	 Meio diferencial- permite o crescimento de várias cepas, mas crescem de modo diferente. 
Ex: Meio McConkey–lactose - células Lac+ e Lac- crescem, mas formam colônias de cores diferentes.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
 
Orígem das mutações
Mutações podem ocorrer: 
	- Espontaneamente
	- Induzidas por tratamento com material químico, físico ou biológico
Organismos escolhidos como cepas referências são chamados selvagens, seus derivados com mutações, são os mutantes.
	genótipo- abreviações em letras minúsculas, 
	selvagem: itálico/(+), ex: lacZ + mutante: lacZ
	fenótipo- símbolos com iniciais em letras maiúsculas 
	selvagem: Lac+ 
	mutante: Lac-
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Mutação espontânea: pareamento anormal de bases
 Mutação resultante de um pareamento errôneo de bases
Forma “enol” do T
Depurinação e Depirimidinação
	Perda de uma base do DNA
Purinas (adenina e guanina) mais que pirimidinas (citosina e timina)
Quebra da ligação entre base nitrogenada e desoxirribose (N-glicosídica)
Cria sítios AP (apurínicos ou apirimidínicos)
Perda de informação genética 
Taxa aumentada em baixo pH
	Cada célula tem uma perda de ~ 100s de purinas/dia…
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Depurinação
	A ligação N-glicosil entre a base e a pentose pode ser hidrolisada. 
	A taxa de hidrólise é maior para purinas que para pirimidinas.
Hidrólise
*
Alkylation can enhance leaving group ability of the base and promote hydrolysis 
	As bases dos nucleotídeos podem perder os grupos amino (-NH2). 
	Deaminação da citosina no DNA gera uracil- ocorrência 
	~ 1 em 107 resíduos de citidinas/24h.
	Deaminação de A and G ocorre a taxa menor. 
 Desaminação de bases
*
WC hydrogen face changed
Pareamento de bases desaminadas
	Citosina é convertida em uracil, que pareia com adenina
 (GCAT)
	Adenina é convertida em hipoxantina que pareia com a citosina
	(AT GC)
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Mutação gerada por desaminação de bases 
Mutação gerada por depurinação de bases
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Adição e deleção de bases no DNA – erros na replicação
Fontes de mutações induzidas
Produtos químicos
	Naturais: toxinas (aflatoxina de fungos), fumo, produtos gerados pela queima de proteínas, etc…
	Artificiais: conservantes, corantes, agrotóxicos, etc…
Agentes físicos
	Radiações ionizantes: raios cósmicos, gama, X, partículas beta, etc…
	U.V. 
Elementos biológicos
	Elementos de transposição (transposons)
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Efeito mutagênico do análogo 5-Bromouracil (5BU)
Agentes alquilantes
	Adicionam grupo alquil (CH3) ou (CH3-CH2) ao DNA.
	Agentes alquilantes: gases tóxicos (gás mostarda), EES, EMS, etc
	Normalmente reagem com grupo ceto (C=O) de bases nitrogenadas
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Pareamento de bases alquiladas
A base nitrogenada alquilada forma pareamento incorreto no DNA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Agentes intercalantes
	Estruturas com anéis aromáticos conjugados 
	Causam insersões/deleções durante a replicação do DNA 
Presente no amendoim
Presente no cigarro
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Benzopireno
Aflatoxina
Dímeros de timina induzidos por luz UV.
	Radiações ionizantes (raios-X e gama) quebram ligações na molécula do DNA
- UV (254-260 nm) causa formação de dímeros de purinas e pirimidinas e alterações na estrutura do DNA.
T-T não pareia com outras bases e provoca parada da replicação do DNA.
*
resistência a penicilina
Transposons (elementos genéticos móveis)
São elementos que não existem independentemente, mas apenas integrados no DNA cromossomal ou plasmidial.
- transposase e resolvase: enzimas necessárias para a transposição 
	sequências invertidas e repetidas nas extremidades 
Transposons podem gerar mutações por:
	 Inserção dentro de um gene
	 Deleções e inversões de DNA
	 Recombinações que podem resultar em duplicação da sequência do transposon.
Inserção dentro de um gene
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
transposon mutagenesis:
	 Mesossomo:
	 Invaginação de membrana, onde o DNA cromossomal está geralmente associado e onde ocorre a duplicação do DNA cromossomal.
	 Na divisão celular são formados mesossomos septais.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	 O citoesqueleto celular:
	 Formado por proteínas com função similar às proteínas do citoesqueleto de eucariontes.
	 As proteínas do citoesqueleto de procariontes apresentam alta homologia com as de eucariontes.
Homólogos de actina
Segregação de material genético
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	 Inclusões citoplasmáticas:
	 Distintas ao microscópio.
	 Funções: reserva de energia, blocos moleculares para produção de moléculas.
	 Contém açúcares, polifosfato, ferro (magnetotaxia), enxofre, PHA (polihidroxialcanoato), este último sendo produzido por Ralstonia eutropha, Alcaligenes latus, Azotobacter vinelandii e diversas espécies de Pseudomonas.
Glóbulos de enxofre
PHA
Polifosfato
	 Membrana plasmática:
 
	 ~30% lipídios (fosfolipídios), ~70% proteínas.
	 Funções: permeabilidade seletiva, transporte de substâncias pela célula, bioenergética, biossíntese, reconhecimento celular, excreção de enzimas etc...
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Membrana plasmática de procariontes
Membrana plasmática de eucariontes
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Permeabilidade seletiva
Reconhecimento celular
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Transporte através da membrana plasmática
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Transporte através da membrana plasmática
	 Parede Celular: 
	 Rígida, inelástica, porém deformável.
	 Funções: 
-Dá forma à célula;
-Promove resistência a choques mecânicos e osmóticos (impede que a célula arrebente em meios hipotônicos mas não a protege de meios hipertônicos);
-Serve de sítio de adsorção de vírus;
-Determinante da especificidade antigênica;
- Responsável pela classificação das bactérias em Gram + e Gram -
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	 Gram positiva:
- Peptidoglicano (ácido murâmico, N-acetil glicosamina e tetrapeptídeo); até 40 camadas de peptidoglicano.
- Ácido teicóico (polímero de ribitol ou glicerol unidos por ligações fosfodiester); contém alanina e monosacarídeos ligados; antígeno de superfície. 
- Ácido teicurônico (polímeros semelhantes aos ácidos teicóicos, mas com açúcares ácidos ao invés de açúcares fosfóricos).
Obs: ácido lipoteicóico (se estende da membrana até a parede celular)
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Estrutura do peptidoglicano
Peptidoglicano de S. aureus (diferente de E. coli)
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	Gram negativa:
- Lipoproteína: (57 aminoácidos e componente lipídico na membrana externa); ancora membrana externa ao peptidoglicano
- Membrana externa: semelhante a membrana plasmática, mas contendo LPS na camada voltada para o exterior e fosfolipídios na camada voltada para o espaço periplasmático; possui porinas.
- Lipopolissacarídeos: formados pelo lipídio A (ácidos graxos de cadeia longa + glicosamina fosforilada), porção central e antígeno O (ambos açúcares). São conhecidos como endotoxinas bacterianas.
- Espaço periplásmico: possui pouco peptidoglicano, enzimas hidrolíticas e alguns oligossacarídeos.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Hans Cristian Joachim Gram (1853-1938)
 Gram-positiva Gram-negativa
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
São exemplos de bactérias Gram-positivas várias espécies de:
- Estreptococos
	 Estafilococos
	 Enterococos
São exemplos de bactérias Gram-negativas:
- Vibrião Colérico
	 Escherichia coli
	 Salmonelas
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	 Cápsula:
	 Envoltório viscoso, externo à parede celular; 
	 Função: resistência, patogenicidade, proteção contra fagocitose e vírus que podem adsorver à célula;
	 O poder adesivo da cápsula à superfícies sólidas é um grande fator de iniciação de um processo patogênico. 
	 Composição: geralmente polissacarídica (glicocálix).
Obs: “camada de muco”: mais afastada que a cápsula.
Neisseria meningitidis
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Placa bacteriana
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Composição química da cápsula de algumas bactérias
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	 Flagelos:
	 Classificação: monotríqueo (em apenas um lado), anfitríqueo (em ambos os lados), lofotríqueo (tufos de flagelos nas extremidades), peritríqueo (em toda a extensão) e interno; 
	 Composição: Proteína flagelina;
	 Função: mobilidade;
	 Importância: identificação de patogênos. Ex: vibrião colérico, Salmonela. 
OBS: As bactérias móveis deslocam-se também por alterações da sua flutuabilidade. As bactérias podem mover-se por reação a certos estímulos, um comportamento chamado “taxia” (também presentes nas plantas), como por exemplo fototaxia, magnetotaxia, etc...
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Vibrio metchnikovii, uma bactéria com flagelo monotriquio
Spirillum serpens, uma bactéria com flagelo lofotriquio
Proteus vulgaris, uma bactéria com flagelo peritriquio
Flagelos bacterianos
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	 Fímbrias:
	 Composição: Proteína pilina; 
	 Finas, curtas, retas e numerosas; 
	 Funções: aderência (Pili I), conjugação (Pili Sexual), patogênese, absorção e ancoramento. 
Neisseria gonorrhoeae
Apendices de superfície da bactéria. Micrografia eletrônica de Escherichia coli mostrando 3 tipos de apêndices: pili I (cerdas curtas e retas), um pili sexual (mais longo, flexível) e vários flagelos (os mais espessos).
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	 Esporos:
	 Formas de resistência dos gêneros Bacillus (aeróbica) e Clostridium (anaeróbica);
	 A transformação da forma natural para a de esporo dura aproximadamente 6 horas;
	 Ocorre geralmente em condições adversas; 
	 Funções: resistência ao calor, ressecamento, radiação, congelamento e substâncias tóxicas.
	 Estrutura do endosporo:
Cerne:
Citoplasma desidratado contendo DNA, ribossomos, enzimas, T-RNAs, proteínas de baixo peso molecular, glicerol 3-fosfato, etc...
Metabolicamente inativo
Cortex:
Peptidoglicano com o maior número de ligações entre as cadeias.
Presença de ácido dipicolínico quelado com Ca++.
Camada externa:
Camadas de proteínas
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Formação de esporo
Esporo de bacilo
Células esporuladas de Bacillus cereus
Preparação de Bacillus subtilis, mostrando endosporos verdes e células vegetativas em vermelho
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Diferenças entre células vegetativas (normais) e endosporos
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
	Propriedades	Vegetativas	Endosporos
	Água citoplasmática	Alta	Muito baixa
	Atividade enzimática	Presente	Ausente
	Síntese de macromoléculas	Presente	Ausente
	Resistência ao calor	Baixa	Alta
	Resistência a ácidos	Baixa	Alta
	Resistência a agentes químicos	Baixa	Alta
	Resistência a radiação	Baixa	Alta
	Sensibilidade a lisozima	Alta	Baixa
 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
5. Fisiologia bacteriana
	 Temperatura:
Psicrófilas: abaixo de 20oC 
Mesófilas: 20-50oC
Termófilas: 50-60oC
Hipertermófilas: acima de 60oC 
	Microorganismo	Temperatura (oC)
	mínimo	ótimo	máximo
	Pseudomonas fluorescens	4	25-30	40
	Staphylococus aureus 	6	30-37	46
	Termoactinomyces vulgaris	27	60	70
	Neisseria gonorreae	30	35-36	38,5
	Thermophylus aquaticus	40	70-72	79
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
5. Fisiologia bacteriana
	 Atmosfera:
	 Aeróbias: dependem de oxigênio para sobreviver; proliferação na superfície do líquido (por exemplo em tubo de ensaio) ou solo. Nos animais, situa-se, normalmente, na pele ou sistema respiratório.. Ex: Micobacterium tuberculosis.
	 Anaeróbias: dependem da quantidade baixa ou ausência de oxigênio para sobreviver; proliferação no fundo do tubo de ensaio ou em outros ambientes com pouco ou ausência de oxigênio, ou seja, nos animais costuma se situar nas camadas profundas dos tecidos ou nas feridas. Ex: clostridium tetane e clostridium botulinum. 
	 Anaeróbias facultativas: podem crescer tanto na presença como na ausência de oxigénio; proliferação por todo o líquido ou solo. Ex: Enterobactérias. 
Ocorre em Lactobacilos
Ocorre em bactérias do gênero Acetobacter
Ocorre em bactérias como Zymomonas mobilis
Toxicidade mediada por oxigênio
Inativação dos radicais tóxicos de oxigênio
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
5. Fisiologia bacteriana
	 Pressão osmótica:
	 Halófitas: proliferação em meios com alta concentração de sal. 
	 Sacarófilas: proliferação em meios com alta concentração de açúcar. 
OBS: de conhecimento essencial para manutenção de alimentos.
Não halófitos: não necessitam de sal e não toleram a presença no meio de cultura.
Halotolerantes: não necessitam de sal mas toleram a presença no meio.
Halófitos: necessitam de sal em concentração moderada.
Halófitos extremos: necessitam de sal em altas concentrações.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
5. Fisiologia bacterianapH:
5,5 - 8,5: faixa ótima 
4,0 - 10,0: faixa de tolerância.
	 Bactérias acidófilas e alcalinófilas: vivem em ambientes ácidos e alcalinos respectivamente 
	Microorganismo	pH
	mínimo	ótimo	máximo
	Staphylococus aureus	4,2	7 - 7,5	9,3
	Acetobacter aceti	4	5,4 - 6,3	8
	Vibrião cholerae	7,5	8 – 9	9,5
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
5. Fisiologia bacteriana
	 Exigências nutritivas:
	 São pouco exigentes (muita síntese para manutenção própria) ou muito exigentes (pouca síntese para manutenção própria);
	 As bactérias podem ser autotróficas (necessitam apenas de dióxido de carbono como fonte de carbono) ou heterotróficas (são dependentes de uma fonte orgânica de carbono (açúcares) e podem ser parasitas ou saprofíticas);
Outros requisitos nutricionais das bactérias incluem nitrogênio (aminoácidos), enxofre, fósforo, vitaminas e outros elementos (Na, K, Ca, Fe, Zn, Mg, Mn, Co, Cu e Ni). Algumas espécies necessitam ainda de pequenas quantidades adicionais de elementos como Se, Tg, Va ou Bo.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
5. Fisiologia bacteriana
	 Resistência a agentes físicos e químicos:
	 Calor;
	 Radiação;
	 Alcóois;
	 Fenol;
	 Metais pesados;
	 Agentes oxidantes;
	 Agentes alquilantes;
	 Detergentes;
	 Drogas antibacterianas.
	Principais antibacterianos	Mecanismo de ação	Origem do quimioterápico
	Cloranfenicol	Inibe a síntese de proteínas	Fungo Streptomyces venezuelae ou sintética
	Estreptomicina	Inibe a síntese de proteínas	Fungo Streptomyces griseus
	Amikacina	Inibe a síntese de proteínas	Sintética
	Tetraciclina	Inibe a síntese de proteínas	Sintética
	Gentamicina	Inibe a síntese de proteínas	Sintética
	Lincomicina	Inibe a síntese de proteínas	Fungo Streptomyces lincolnensis
	Neomicina	Inibe a síntese de proteínas	Sintética
	Kanamicina	Inibe a síntese de proteínas	Sintética
	Eritromicina	Inibe a síntese de proteínas	Fungo Streptomyces erythreus
	Cefalosporina	Inibe a síntese da parede celular	Fungo Cephalosporium acremonium
	Espectinomicina	Inibe a síntese da parede celular	Sintética
	Ampicilina	Inibe a síntese da parede celular	Sintética
	Amoxicilina	Inibe a síntese da parede celular	Sintética
	Penicilina	Inibe a síntese da parede celular	Fungo Penicillum notatum
	Vancomicina	Inibe a síntese da parede celular	Fungo Streptomyces orientalis
	Bacitracina 	Inibe a síntese da parede celular	Bactéria Bacillus subtillis
	Sulfonamida	Inibe a síntese de ácidos nucleicos	Sintética
	Trimetoprim	Inibe a síntese de ácidos nucleicos	Sintético
	Novobiocina	Inibe a síntese de DNA e de ácido teicóico	Fungo Streptomyces niveus
	Polimixina	Inibe a função permeabilizadora da membrana	Sintética
	Bactéria	Drogas de primeira escolha	Outras drogas
	Cocos Gram-negativos
	Gonococos	Penicilina, ampicilina	Tetraciclina, espectinomicina
	Meningococos	Penicilina	Cloranfenicol, sulfonamida
	Cocos Gram-positivos
	Pneumococos	Penicilina	Eritromicina + Cefalosporina
	Estreptococos	Penicilina, ampicilina	Eritromicina, cefalosporina, vancomicina
	Estafilococos	Penicilina	Cefalosporina, vancomicina
	Bastonetes Gram-negativos
	Escherichia coli	Kanamicina, sulfonamida, gentamicina	Cefalosporina, ampicilina, cefalexina
	Haemophylus influenzae	Penicilina, cloranfenicol	Ampicilina
	Pseudomonas aeruginosa	Gentamicina, polimixina	Carbenicilina, amikacina
	Salmonella Tiphymurium	Cloranfenicol, ampicilina	Co-trimoxazole
	Bastonetes Gram-negativos
	Bacillus antraz	Penicilina	Eritromicina
	Clostridium tetane	Penicilina	Eritromicina, tetraciclina
	Bastonetes ácido-resistentes
	Mycobacterium tuberculosis	INH + Rifampina, etambutol	Outras drogas antituberculose
	Mycobacterium laprae	Dapsone, sulfozone	Sulfonamida, amitiozone
	Espiroquetas e vibriões
	Leptospira interrogans	Penicilina	Tetraciclina
	Treponema	Penicilina	Eritromicina, tetraciclina
	Vibrio cholerae	Tetraciclina	Co-trimoxazole
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
6. Reprodução bacteriana
	 Em média entre 15 e 40 minutos dependendo das condições acima; poucas bectérias levam horas para a duplicação.
 
	 Pode ser do tipo sexuada ou assexuada.
	 Assexuada (bipartição):
	 Nesse processo a célula bacteriana duplica seu cromossomo e se divide ao meio, originando duas novas bactérias idênticas à original.
	 Fases de crescimento:
A: Fase lag: adaptação ao ambiente. 
B: Fase log: crescimento celular exponencial. 
C: Fase estacionária: crescimento impedido. 
D: Fase de declínio e morte.
OBS: Fase de esporo (durante a fase lag ou entre a estacionária e a de declínio).
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
6. Reprodução bacteriana
	 Sexuada ou transmissão genética:
Conjugação  
	 Consiste na passagem (ou troca) de material genético entre duas bactérias através de uma ponte citoplasmática formada pelas fímbrias;
	 Ocorre entre bactérias Gram -.
Transformação 
	 A bactéria absorve moléculas de DNA disperso no meio. Esse DNA pode ser proveniente, por exemplo, de bactérias mortas.  
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
6. Reprodução bacteriana
	 Sexuada ou transmissão genética:
Transdução 
	 As moléculas de DNA são transferidas de uma bactéria a outra usando vírus (bacteriófagos) como vetores;
	 Esses vírus podem ser de DNA ou RNA; O mais conhecido é o bacteriófago λ; 
	 2 ciclos: 
- Lisogênico: vírus adsorve à célula e libera seu material genético dentro dela. Materiais genéticos de ambas se misturam e ocorre divisão celular.
	 Lítico: vírus adsorve à célula e libera seu material genético dentro dela. Este replica-se e gera novos vírus que arrebentam a célula e saem ou durante cíclo lisogênico ocorre indução para cíclo lítico. 
	 A transdução realmente ocorre quando o vírus sai da bactéria e infecta outra, liberando o DNA bacteriano nesta nova bactéria. 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Conjugação bacteriana
Conjugação
Transferência de DNA de uma doadora (macho) para uma célula receptora (fêmea) por meio de contato direto entre elas. 
 
Direção de transferência do DNA unidirecional: 
macho fêmea
Entre bactérias Gram– 
 doadora- célula que possue fator F 
(fertilidade, 1-3 cópias)- um plasmídeo 
circular que se replica independentemente
 
	F carrega genes tra para a síntese 
	do pilus F (ponte citoplasmática) 
	e transferência.
	Receptora- F-, possui receptor 
	para F 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Mecanismo de conjugação
	1. Um sítio no plasmídeo F, oriT (origem de transferência) é quebrado por uma endonucelase específica (um dos produtos do genes tra )
	2. Um poro se forma entre as duas células e uma das fitas do DNA é transferida para a outra célula (5´3´)
	3. A fita simples do DNA é replicada dando origem a uma fita dupla. 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Transformação bacteriana
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Transdução bacteriana
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
7. Identificação laboratorial
1. Recolha de amostras a partir dos tecidos ou secreções infectadas do doente. Assim, numa enterite usam-se amostras fecais, numa pneumonia, expectoração, em órgãos internos, biópsia, etc... 
2. As amostras são cultivadas em placas de Petri (placas de vidro) com os nutrientes e fatores necessários ao seu crescimento. 
3. São retiradas colônias bacterianas e espalhadas numa lâmina, onde são fixadas e coloridas (por exemplo com a técnica de Gram ou de Ziehl-Neelsen). O tipo de colônia pode sugerir o organismo em questão: de uma forma geral, os bacilos gram negativos apresentam colônias brilhantes, úmidas ou cremosas; os estafilococos apresentam colônias médias opacas e os estreptococos colônias pequenas e opacas. 
4. São observadas ao microscópio óptico, e identificadas por morfologia e coloração. 
5. Se persistem dúvidas são usados testes bioquímicos e de crescimento na presença de antibióticos. 
Bacillus brevis, uma Gram-positiva Aeromonas hidrophyla, uma Gram-negativa 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
Crescimento em meio sólido em placa de Petri
Coloração pela técnica de Gram
Crescimento em meio líquido
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8. Meios de contágio por bactérias
	 Ar contaminado;
	 Ingestão de água e alimentos contaminados;
	 Mão contaminada;
	 Através da pele, por feridas;
	 Relação sexual;
	 Transfusão de sangue contaminado;
	 Pela placenta (de mãe para filho);
	 Vetor animal.
	a. Surperfície da pele
	b. Mucosas em contato com o meio exterior, através de:
		i. ingestão
		ii. inalação
		iii. sexo
	c. Inoculação direta: trauma, picada, injeção, cirurgia, etc
Entrada: contato inicial
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
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9. Mecanismos de patogenicidade
	 A mera presença de bactérias em um tecido (infecção) não implica o desenvolvimento da doença. Esta dependerá da inter-relação dos seguintes fatores: número de células bacterianas; virulência; duração da agressão; e resistência do hospedeiro.
	 Na indução de um processo infeccioso, bactérias utilizam uma série de fatores, que as permite prosseguir com as etapas desse processo. Referidos como fatores de virulência, tais fatores podem ser componentes estruturais ou moléculas produzidas e liberadas para o meio externo. Dentre estes podemos incluir LPS, cápsula, peptidoglicano, fímbrias, ácido teicóico, enzimas extracelulares, toxinas e os produtos do metabolismo celular.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Dinâmica do processo de infecção
Para que bactérias possam induzir o desenvolvimento de uma alteração patológica, uma série de etapas devem ser cumpridas. Seqüencialmente, as etapas incluem: aderência, colonização, invasão, sobrevivência e dano tecidual. Este último é o responsável pela ocorrência dos sinais e sintomas de uma doença.
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9. Mecanismos de patogenicidade
	 Dinâmica do processo de infecção
Aderência:
Na grande maioria das vezes, para a bactéria poder invadir um tecido e assim causar um processo infeccioso, ela primeiramente deve aderir a uma superfície. Esta pode ser a mucosa, a pele, o esmalte dentário, etc... Esta aderência pode ocorrer de várias formas:
• Inespecífica: por aprisionamento em uma cavidade, por interações eletrostáticas, por interações hidrofóbicas e por meio de polissacarídeos extracelulares.
• Específica: por adesinas, mormalente as fímbrias, que reconhecem uma determinada molécula de superfície no tecido ao qual a bactéria pode aderir.
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9. Mecanismos de patogenicidade
	 Dinâmica do processo de infecção
Colonização:
Uma vez aderidas a uma superfície, as bactérias se multiplicam e a colonizam. O número de células bacterianas sobre a superfície torna-se, então, aumentado.
Invasão:
Colonizada a superfície, as bactérias passam a liberar enzimas extracelulares, como a colagenase, a hialuronidase e a condroitinase, que degradam a substância extracelular do tecido conjuntivo, permitindo o processo de invasão. O deslocamento bacteriano para o interior do tecido dá-se por motilidade (mediada por flagelos) ou por divisão celular, onde as células vão se multiplicando e avançando. Este último deslocamento, no caso das infecções endodônticas, é o mais comum, uma vez que a maior parte das bactérias presentes na cavidade oral não é dotada de motilidade.
Células M da mucosa intestinal são fagocíticas e podem ser vir de porta de entrada para bactérias
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Dinâmica do processo de infecção
Sobrevivência:
Para a instalação de um processo infeccioso, é necessário que, uma vez localizadas no interior dos tecidos, as bactérias consigam sobreviver. Para isso, devem adquirir nutrientes adequados ao seu metabolismo, e que podem provir do próprio tecido (células degeneradas, glicoproteinas, produtos da degradação do colágeno etc.) ou de outras espécies bacterianas presentes em uma infecção mista. Além disso, a bactéria também deve evadir as defesas do hospedeiro, representadas pelas respostas inflamatória e imunológica. 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Dinâmica do processo de infecção
Dano tecidual:
Na indução do dano tecidual, gerando uma lesão, existem fatores que agem diretamente sobre os tecidos, como enzimas e produtos do metabolismo, e aqueles que agem de forma indireta (LPS, o peptidoglicano e o ácido teicóico), estimulando a liberação de mediadores químicos por parte de células de defesa do hospedeiro.
A destruição tecidual acarreta a geração de sinais e sintomas que caracterizam a instalação de uma doença infecciosa. 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Enzimas extracelulares
Colagenases: Envolvidas na obtenção de nutrientes, na invasão e no dano tecidual. Compõem um grupo de enzimas envolvidas na degradação do colágeno. Bactérias que produzem este tipo de enzima, têm a capacidade de invadir os tecidos e provocar a disseminação do processo infeccioso. Um exemplo claro ocorre em casos de abscessos com formação de celulite. Outrossim, a degradação do colágeno gera a formação de nutrientes na forma de peptídeos, que serão metabolizados por muitas bactérias. São produzidos por clostridios. 
Hialuronidase: Envolvida na invasão e no dano tecidual. É uma enzima que promove a hidrólise e conseqüente despolimerização do ácido hialurônico. Isso permite a progressão da infecção no tecido. São produzidos por muitas bactérias como estafilococos, estreptococos, clostridios, pneumococos, etc...
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Enzimas extracelulares
Condroitinase: Também envolvida na invasão e no dano tecidual. É outra enzima envolvida no avanço da infecção no tecido conjuntivo por agir em outro componente da matriz extracelular, o sulfato de condroitina.
Fibrinolisina: Participa na invasão tecidual. Geralmente, no decorrer de um processo inflamatório, a área acometida é delimitada do restante do organismo pela formação de uma rede de fibrina. A fibrinolisina promove a lise desta rede, criando um potencial para a disseminação do processo infeccioso. Geralmente produzida por estreptococos. 
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Enzimas extracelulares
Hemolisina: Tem participação no dano tecidual e na obtenção de nutrientes. É uma enzima com ação na lise de eritrócitos, resultando na liberação da hemoglobina, fonte de ferro, o qual é essencial às bactérias envolvidas em processos infecciosos. São produzidos por estafilococos, estreptococos e bastonetes Gram-negativos.
Fosfatase ácida: Envolvida no dano tecidual. Esta enzima pode exercer, junto a outros mediadores, um papel no processo de reabsorção óssea e na degradação da matriz do tecido conjuntivo.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Enzimas extracelulares
Coagulase: Com ação na evasão das defesas do hospedeiro. Esta enzima age de forma contrária à fibrinolisina, isto é, ela promove a coagulação do plasma, criando uma rede de fibrina ao redor da colônia bacteriana que a produziu. Esse coágulo, atuando como um "escudo protetor", pode dificultar e, mesmo, impedir o processo de fagocitose, permitindo a manutenção da infecção. Geralmente produzidos por estafilococos.
Proteases: Estão envolvidas na obtenção de nutrientes e na evasão das defesas do hospedeiro. São enzimas proteoliticas que clivam moléculas de anticorpos e de componentes do sistema complemento, inativando-as. Como essas moléculas estão envolvidas na resposta imune humoral, as defesas do hospedeiro ficam prejudicadas. Outrossim, nutrientes na forma de peptídeos são gerados por essa clivagem.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Produtos metabólicos
Vários produtos resultantes do metabolismo bacteriano e liberados para o meio externo são tóxicos para células eucarióticas e podem causar a degradação de constituintes da matriz extracelular, induzindo, assim, o dano tecidual. Muitos deles (principalmente compostos sulfurados) também são os responsáveis pelo odor fétido, característico de infecções anaeróbicas. Os principais produtos metabólicossão listados a seguir:
Ácidos graxos de cadeia curta: estes incluem, principalmente, ácidos propiônico, butírico, isobutírico, acético, isovalérico e fenilacético. A maioria deles resulta de processos fermentativos.
Amônia: resultante do catabolismo de aminoácidos.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
9. Mecanismos de patogenicidade
	 Produtos metabólicos
Compostos sulfurados: sulfeto de hidrogênio (oriundo da dessulfuração do aminoácido cisteína) e metil mercaptaria. (por dessulfuração do aminoácido metionina).
Indol: oriundo da desaminação de aminoácidos.
Poliaminas: oriundas da descarboxilação de aminoácidos. Podem inibir a quimiotaxia para neutrófilos polímorfonucleares. Ex.: cadaverina, putrescina, espermina, espermidina.
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
10. Mecanismos de resistência inespecífica do hospedeiro
	 Barreiras fisiológicas na porta de entrada:
Pele: secreções sudoríparas e sebáceas; lisozima...
Mucosas: lisozima, pH ácido...
	 Resposta inflamatória e fagocitose:
Leucócitos do sangue, macrófagos, fagócitos do fígado, baço, medula-óssea, pulmão etc...
	 Constituintes bioquímicos dos tecidos:
Polipeptídeos antibacterianos, beta-lisinas, corticosteróides, etc...
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
11. Mecanismos de resistência específica do hospedeiro
	 Imunidade natural:
	 Imunidade espécie-específico e raça-específico;
	 Resistência individual;
	 Diferenças devido a idade;
	 Influências hormonais e metabólicas.
	 Imunidade adquirida:
	 Imunidade passiva;
	 Imunidade ativa.
 - Imunidade humoral: anticorpos
 - Imunidade celular: células T e B, leucócitos do sangue, macrófagos... 
Correlação contaminação-proteção
INTRODUÇÃO À BACTERIOLOGIA
transposon mutagenesis
transposon mutagenesis
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