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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS JUSSARA FERREIRA MESQUITA TRABALHO DE MICROBIOLOGIA ALFENAS/MG 2019 JUSSARA FERREIRA MESQUITA TRABALHO DE MICROBIOLOGIA FUNGOS E VÍRUS PROFESSOR: THIAGO CORRÊA DE SOUZA ALFENAS/MG 2019 INTRODUÇÃO A microbiologia é o ramo da Biologia que estuda os microrganismos.Os microrganismos são seres vivos de tamanho pequeno, cujas dimensões não permitem que sejam observados a olho nu pelo homem. Assim, eles só podem ser visualizados através do microscópio. A palavra microbiologia, deriva da combinação das palavras gregas mikros, “pequeno”, bios e logos “estudo da vida”. Dessa forma, o estudo da microbiologia abrange a identificação, forma, modo de vida, fisiologia e metabolismo dos microrganismos, além das suas relações com o meio ambiente e outras espécies. De modo geral, os microrganismos contribuem na fertilização do solo, reciclagem de substâncias e participam de ciclos biogeoquímicos. Ainda podem ser usados na fabricação de produtos como iogurte, vinhos, queijos, vinagres e pães. Existem ainda os microrganismos patogênicos que causam doenças em seres humanos, animais e plantas. Os principais grupos de microrganismos são: vírus, bactérias, protozoários, algas e fungos. Abordaremos neste trabalho apenas dois grupos destes, que são os fungos e os vírus. Fungos Os fungos são seres macroscópicos ou microscópicos, unicelulares ou pluricelulares, eucariontes e heterótrofos. Eles fazem parte do Reino Fungi. Os fungos possuem diversos tipos de habitat visto que são encontrados no solo, na água, nos vegetais, nos animais, no homem e nos detritos em geral. Diante do grande número de espécies, cerca de 1,5 milhão, os fungos são utilizados para diferentes fins, como na produção de medicamentos e até mesmo na produção de queijos. O cogumelo é um tipo de fungo que é muito apreciado na culinária, sendo fonte de proteínas. Alguns fungos podem ser patogênicos. Entre as doenças relacionadas com fungos estão: micoses, sapinho, candidíase e histoplasmose. Vírus Os vírus são organismos microscópicos que não possuem células. Por isso, são considerados parasitas intracelulares. Os vírus só conseguem realizar suas atividades vitais dentro de outra célula viva. Alguns vírus são patogênicos e causam doenças ao homem. Alguns exemplos são: gripe, sarampo, febre amarela, meningite, caxumba, hepatite, aids e varíola. FUNGOS A célula fúngica é constituída pelos principais componentes encontrados nos organismos eucarióticos. Os fungos são seres macroscópicos ou microscópicos, unicelulares ou pluricelulares, eucariontes e heterótrofos. Os fungos podem ser encontrados em vegetais, animais, no homem, na água, em detritos e abundância no solo, participando ativamente do ciclos dos alimentos da natureza. A dispersão dos fungos na natureza é feita por várias vias: animais, homens, insetos, água e ar. Os fungos fazem parte do Reino Fungi. Eles são quimio-heterotróficos e adquirem alimentos por absorção. Com exceção das leveduras, os fungos são multicelulares. A maioria se reproduz através de esporos sexuados ou assexuados. A Micologia é o ramo da microbiologia que estuda o grupo dos fungos. Ao longo dos últimos anos, a incidência de infecções importantes causadas por fungos tem aumentado. Essas infecções estão ocorrendo como infecções hospitalares e em indivíduos com o sistema imunológico comprometidos. Além disso milhares de doenças causados por fungos afetam plantas economicamente importantes, custando anualmente, mais de bilhão de dólares. Os fungos também são benéficos, são, importantes na cadeia alimentar porque decompõe vegetais mortos e por isso reciclam elementos vitais. Pelo uso de enzimas extracelulares como as celulases os fungos são os principais decompositores de partes duras das plantas, que não podem ser digeridas pelos animais. Quase todas as plantas de simbiose com fungos, conhecidas como micorrizas, que ajudam as plantas a absorverem minerais e água do solo. Funcionam como raízes secundárias que estendem a área da superfície por meio do qual a planta pode absorver nutrientes. MODO DE VIDA Sapróbio: São fungos que obtém sua alimentação através da decomposição de organismos mortos. Parasita: Os fungos parasitas se instala em outros tecidos vivos e se alimentam de seus nutrientes. Simbionte: Líquen: É o evento que ocorre o mutualismo entre a alga (autrófica) e o fungo (heterotrófico). ALIMENTAÇÃO Algumas formigas cultivam fungos(alimento) levando folhas de plantas, onde elas quebram a celulose e a lignina presentes nas plantas possibilitando sua digestão. Os fungos são utilizados pelos homens como alimentos (cogumelos), na produção de comidas (pão e ácido cítrico) e nas drogas (álcool e penicilina). Das mais de 100 mil espécies conhecidas de fungos, apenas 200 são patogênicas aos humanos e aos animais. Cogumelos: Os cogumelos mais utilizados com fonte de alimentos são o Shitake, Shimeji, Castanho, Portobelho, Porcini, Paris-Champignon. Fermento Biológico: Alguns fungos estão sendo utilizados na fermentação de queijos e bebidas. Os fungos também são utilizados entre outras áreas como por exemplos: • Controle Biológicos de insetos. Agentes de decomposição. • Decompositores de celulose e lignina. • Produção de esteroides. • Tratamento de resíduos. • Entre outras áreas. Obs. Os fungos também podem produzir reguladores de crescimento vegetal como ácido giberélico. CARACTERÍSTICAS DOS FUNGOS Todos os fungos são quimio-heterotróficos, necessitando de componentes orgânicos para energia e carbono. Os fungos são anaeróbicos ou anaeróbicos facultativos, somente alguns fungos anaeróbicos são conhecidos. Os fungos multicelulares são identificados considerando sua aparência física, incluindo características da colônia e dos esporos reprodutivos. ESTRUTURAS VEGETATIVAS As colônias dos fungos são descritas como estruturas vegetativas porque são compostas de células envolvidas no catabolismo e no crescimento. Os fungos podem desenvolver -se em meios de cultivos especias (substrato) formando colônias de dois tipos: leveduriformes e filamentosos ou bolores. ✔ Organismos unicelulares- leveduras. ✔ Organismos pluricelulares- filamentosos e bolores. ✔ Organismos que se agregam, formando estruturas corpulentas cogumelos. ✔ E a maioria é saprófita obtendo nutriente da decomposição da matéria morta. MORFOLOGIA Morfologicamente os fungos podem ser classificados estruturalmente: • Leveduriformes • Filamentosos • Dimórficos LEVEDURAS As leveduras são fungos unicelulares, não filamentosos, esféricas ou ovais. São frequentemente encontradas como um pó branco cobrindo frutas e folhas. As leveduras de brotamento, como a Saccharomyces, dividem-se formando células desiguais. No brotamento, a célula parental forma uma protuberância (broto) se desenvolve, o núcleo da célula parental se divide, e um dos núcleos migra para o broto. O material da parede celular é então sintetizado entre o broto e a célula parental, e o broto acaba se separando da célula parental. Algumas leveduras produzem brotos que não se separam uns dos outros, esses brotos formam uma pequena cadeia de células chamadas de pseudo-hifa. As leveduras de fissão, dividem-se produzindo duas novas células iguais. Durante a fissão binária, as células parentais se alongam, seus núcleos se dividem, e duas células filhas são produzidas. O aumento do número de células de leveduras em meio sólido produz uma colônia similar as colônias de origem bacteriana. As leveduras são capazes de crescimento anaeróbico facultativo. Podem utilizar oxigênio ou um componente orgânico, com aceptor final de elétrons. Esse é atributo valioso, pois permite que esse fungos sobrevivam em vários ambientes. Se houver acesso ao oxigênio, as leveduras respiram aerobicamente para metabolizar, hidratos de carbono formando dióxido de carbono e água, na ausência de oxigênio ela fermentam os hidratos de carbono. Essa fermentação é utilizada na fabricação de cerveja, do vinho e nos processos depanificação. FUNGOS FILAMENTOSOS OU FUNGOS CARNOSOS OU BOLORES Os fungos filamentosos ou fungos carnosos ou bolores são fungos multicelulares, o talo (corpo) de um fungo filamentoso consiste em filamentos longos de células conectadas. Esses filamentos são denominados hifas. As hifas podem crescer até imensas proporções. Na maioria dos fungos filamentosos as hifas contém paredes cruzadas denominadas septos, que se dividem as hifas em distintas unidades celulares uninucleadas (único núcleo). Essas hifas são chamadas d hifas septadas. Em algumas pocas classes de fungos, as hifas não contêm septos e se apresentam com células longas e continuas com muitos núcleos. Elas são chamadas de hifas cenocíticas. Mesmo nos fungos com hifas septadas, geralmente há abertura nos septos que fazem com que o citoplasma de “células” adjacentes seja continuo: Esses fungos também são, na verdade, organismos cenocíticos. A porção de uma hifa que obtém nutrientes é chamada de hifa vegetativa: a porção envolvida com a reprodução é a hifa reprodutiva ou aérea, assim chamada porque se projeta acima da superfície sobre o qual o fungo está crescendo. Quando as condições ambientais são favoráveis, as hifas crescem formando uma massa filamentosa chamada de micélio, que é visível a olho nu. Figura 1: Figura 2: FUNGOS DIMÓRFICOS Alguns fungos, mais notadamente as espécies patogênicas, exibem dimorfismo duas formas de crescimento. Tais fungos podem crescer tanto na forma de fungos filamentosos quanto na forma de levedura. A forma de fungo filamentoso produz hifas aéreas e vegetativas; a forma de levedura se reproduz por brotamento. O dimorfismo nos fungos patogênicos é dependente de temperatura: a 37°C, o fungo apresenta forma de levedura; a 25°C, de fungo filamentoso. Figura 3: CICLO DE VIDA Os fungos filamentosos reproduzem-se assexuadamente pela fragmentação de suas hifas. A reprodução sexuada e assexuada em fungos ocorre pela formação de esporos. Além disso, tanto a reprodução sexuada quanto a reprodução assexuada ocorrem pela formação de esporos. De fato, os fungos são normalmente identificados pelo tipo de esporos. Os endósporos de bactérias permite que as células bacteriana sobrevivam a condições ambientais adversas. Uma única célula bacteriana vegetativa forma um endosporo, que germina para produzir uma única célula bacteriana vegetativa. Esse processo não é reprodução, porque o número total de células não aumenta. Entretanto, após um fungos filamentosos formar um esporo, este se separa da célula parental e germina, originando um novo fungo filamentoso. Os esporos são formados a partir das hifas aéreas de diferentes maneiras, dependendo da espécie. Estes esporos podem ser sexuais ou assexuais. Os esporos assexuais são formados pelas hifas de um organismo. Quando esses esporos germinam, tornam-se organismos geneticamente idênticos ao parental. Os esporos sexuais resultam da fusão de núcleos de tipos linhagens opostas de cruzamento de uma mesma espécie do fungo. Os fungos produzem esporos sexuais com menos frequência que os esporos assexuais. Esporos Assexuais: Os esporos assexuais são produzidos pelos fungos por mitose e subsequente divisão celular. Vários tipos de esporos assexuais são produzidos pelos fungos. Um deles é o conidiósporo ou conídio que é um esporo unicelular ou multicelular que não é armazenado em uma bolsa. Estes são produzidos em cadeias na extremidade do conidióforo. Tais esporos são produzidos por Aspergillus. Um outro tipo de conídios formados pela fragmentação de uma hifa septada em células únicas, levemente espessas, são denominadas artrósporo. Outro tipo de conídiosporo é o blastoconídio que consiste em um broto originado de uma célula parental, sendo produzido pelas leveduras Candida albicans e Cryptococcus. Um clamidósporo é um esporo de paredes espessas, formado pelo arredondamento e alargamento no interior de um segmento de hifa. Estes são produzidos pela levedura C. Albicans. Um terceiro tipo de esporo assexual é o esporangiósporo, formado no interior de um esporângio, ou bolsa, na extremidade de uma hifa aérea denominada esporangióforo. Figura 4: Esporos Assexuais Figura 5: Esporos Sexuais: Um esporo sexual de fungo resulta da reprodução sexuada, que consiste de três etapas •Plasmogamia: onde o núcleo haplóide de uma célula doadora penetra no citoplasma da célula receptora. •Cariogamia: onde os núcleos se fundem para formar um núcleo zigoto diplóide. •Meiose: onde o núcleo diplóide origina um núcleo haplóide (esporos sexuais) dos quais alguns podem ser recombinantes genéticos. Os esporos sexuais produzidos pelos fungos caracterizam os filos. Em laboratórios os fungos apresentam esporos assexuais e a identificação clínica é baseada no exame microscópico dos esporos assexuais. Figura 6: Ciclo de vida sexuada e assexuada. ADAPTAÇÕES NUTRICIONAIS Os fungos são geralmente adaptados para viverem em ambientes que poderiam ser agressivo às bactérias, ou seja, onde teriam uma certa dificuldade de permanência por falta dos “nutrientes” adequados e adaptação. Os fungos são quimio-heterotróficos, por serem quimio-heterotróficos eles não ingerem nutrientes, os fungos tem como característica absorver os nutrientes, diferente dos animais. Segue abaixo as características nutricionais e ambientais que favorecem aos fungos: •Crescem melhor em ambientes com o pH próximo a 5, devido ao grau do pH, este ambiente é muito ácido, impedindo o crescimento de microrganismos comuns. •Quase todos os fungos são aeróbicos. A maioria das leveduras são anaeróbica facultativa. •Boa parte dos fungos são resistentes a pressão osmótica, podem crescer em concentrações altas de açúcar e sal. •Pode crescer em substâncias que tenham baixo grau de umidade. •Necessitam de menos nitrogênio para o crescimento. •São capazes de metabolizar carboidratos complexos. Essas características é que permite aos fungos desenvolver-se em lugares diverso, tal qual como; parede de banheiro, jornais velhos, couro de sapato, etc… FILOS DE FUNGOS DE IMPORTÂNCIA MÉDICA Zigomiceto Os zigomicetos, ou fungos de conjugação, são fungos filamentosos saprofíticos que apresentam hifas cenocíticas. Um exemplo é o Rhizopus nigricans, o conhecido mofo preto do pão. Os esporos assexuais do Rhizopus são esporangiósporos. Os esporangiósporos pretos dentro do esporângio conferem ao Rhizopus seu nome comum. Quando o esporângio se abre, os esporangiósporos se dispersam. Se eles caírem em um meio adequado, irão germinar originando um novo fungo. Os esporos sexuais são zigósporos. Um zigósporo é um esporo grande no interior de uma parede espessa. Esse tipo de esporo resulta da fusão de núcleos de duas células que são morfologicamente similares. Ascomiceto Os ascomicetos, ou “fungos de saco”, incluem fungos com hifas septadas e algumas leveduras. Seus esporos assexuais normalmente são conídios produzidos em longas cadeias a partir do conidióforo. O termo conídio significa pó, e esses esporos são facilmente liberados da cadeia formada no conidióforo ao menor contato e flutuam no ar como poeira. Um ascósporo se origina da fusão do núcleo de duas células que podem ser morfologicamente similares ou diferentes. Esses esporos são produzidos em uma estrutura em forma de saco conhecida como asco. Os membros deste filo são chamados de “fungos de saco” por causa dos ascos. Basidiomiceto Os basidiomicetos também possuem hifas septadas. Esse filo inclui fungos que produzem cogumelos. Os basidiósporos são formados externamente em um pedestal conhecido como basídio. (O nome comum do fungo é derivado da forma de clava do basídio.) Existem normalmente quatro basidiósporos por basídio. Alguns dos basidiomicetos produzem conidiósporos assexuais. Os fungos que apresentamos até agora são teleomorfos, isto é, eles produzem esporos sexuais e assexuais. Alguns ascomicetos perderam a capacidade de se reproduzir sexuadamente. Esses fungos assexuais são chamadosde anamorfos. Penicillium é um exemplo de um anamorfo que surgiu da mutação em um teleomorfo.Historicamente, os fungos cujo ciclo sexual ainda não havia sido observado eram colocados em uma “categoria de espera” denominada Deuteromiceto. Atualmente, os micologistas estão usando o sequenciamento de rRNA para classificar esses organismos. Muitos dos que foram previamente classificados como deuteromicetos são fases anamórficas dos ascomicetos, e alguns são basidiomicetos. DOENÇAS CAUSADAS POR FUNGOS Qualquer infecção de origem fúngica é chamada de micose. As micoses geralmente são infecções crônicas (de longa duração) porque os fungos crescem lentamente. As micoses são classificadas em cinco grupos de acordo com o grau de envolvimento no tecido e o modo de entrada no hospedeiro: sistêmica, subcutânea, cutânea, superficial ou oportunista. Consequentemente, as drogas que afetam as células fúngicas também podem afetar as células animais. Esse fato torna difícil o tratamento das infecções fúngicas em humanos e em outros animais. Micoses sistêmicas são infecções fúngicas profundas no interior do corpo. Não são restritas a nenhuma região particular, mas podem afetar vários tecidos e órgãos. As micoses sistêmicas normalmente são causadas por fungos que vivem no solo. A inalação dos esporos é a rota da transmissão; essas infecções em geral se iniciam nos pulmões e se difundem para outros tecidos do corpo. Elas não são contagiosas entre animais e humanos ou entre indivíduos. Exemplo: histoplasmose e coccidioidomicose. Micoses subcutâneas são infecções fúngicas localizadas abaixo da pele causadas por fungos saprofíticos que vivem no solo e na vegetação. A esporotricose é uma infecção subcutânea adquirida por jardineiros e fazendeiros. A infecção ocorre por implantação direta dos esporos ou de fragmentos de micélio em uma perfuração na pele. Os fungos que infectam apenas a epiderme, o cabelo e as unhas são chamados de dermatófitos, e suas infecções são chamadas de dermatomicoses ou micoses cutâneas.Os dermatófitos secretam queratinase, uma enzima que degrada a queratina, uma proteína encontrada no cabelo, na pele e nas unhas. A infecção é transmitida entre humanos ou entre animal. Em humanos por contato direto ou contato com fios e células epidérmicas infectadas (como tesoura de cabeleireiro ou pisos de banheiros). Micoses Superficiais: são fungos que estão localizados ao longo dos fios de cabelos e em células epidérmicas superficiais. Essas infecções são prevalentes em climas tropicais. Um patógeno oportunista geralmente é inofensivo em seu habitat normal, mas pode se tornar patogênico em um hospedeiro que se encontra debilitado ou traumatizado como em indivíduos sob tratamento com antibióticos de amplo espectro, indivíduos cujo sistema imune esteja suprimido por drogas ou por distúrbios, ou aqueles que tenham alguma doença pulmonar. As infecções por leveduras, ou candidíase, são frequentemente causada pela Candida albicans e pode ocorrer como candidíase vulvovaginal ou thrush, uma candidíase mucocutânea. A candidíase ocorre frequentemente em recém-nascidos, pacientes com AIDS e indivíduos em tratamento com antibióticos de amplo espectro. Alguns fungos podem causar doenças por meio de produção de toxinas. VÍRUS A questão de os vírus serem organismos vivos ou não tem uma resposta ambígua resposta . A vida pode ser definida como um conjunto complexo de processos resultantes da ação de proteínas codificadas por ácidos nucleicos. Os ácidos nucleicos das células vivas estão em atividade o tempo todo. Como são inertes fora das células vivas, os vírus não são considerados organismos vivos. No entanto, quando um vírus penetra uma célula hospedeira, o ácido nucleico viral torna-se ativo, ocorrendo a multiplicação viral. Sob esse ponto de vista, os vírus estão vivos quando se multiplicam dentro da célula hospedeira. Do ponto d e vista clínico, os vírus podem ser considerados vivos por serem capazes de causar infecção e doença, assim como bactérias, fungos e protozoários patogênicos. Dependendo do ponto de vista, um vírus pode ser considerado um agregado excepcionalmente complexo de elementos químicos ou um microrganismo muito simples. Como então definimos um vírus? Originalmente, os vírus foram diferenciados de outros agentes infecciosos por serem muito pequenos (filtráveis) e por serem parasitas intracelulares obrigatórios – ou seja, requerem células hospedeiras vivas para se multiplicarem. Entretanto, essas duas propriedades são compartilhadas por determinadas bactérias pequenas como algumas riquétsias. Sabe-se agora que as características que realmente distinguem os vírus estão relacionadas a sua organização estrutural simples e aos mecanismos de multiplicação. Dessa forma, os vírus são entidades que: • Contêm um único tipo de ácido nucleico, DNA ou RNA. • Contêm um invólucro proteico (às vezes recoberto por um envelope de lipídeos, proteínas e carboidratos) que envolve o ácido nucleico. • Multiplicam-se no interior de células vivas utilizando a maquinaria de síntese celular. • Induzem a síntese de estruturas especializadas na transferência do ácido nucleico viral para outras células. Os vírus possuem poucas ou mesmo nenhuma enzima própria para seu metabolismo. Por exemplo, não possuem enzimas para a síntese proteica e a geração de ATP. Os vírus devem se apossar da maquinaria metabólica da célula hospedeira para sua multiplicação. ESPECTRO DE HOSPEDEIROS Existem vírus que infectam invertebrados, vertebrados, plantas, protistas, fungos e bactérias. Contudo, a maioria dos vírus infecta tipos específicos de células de uma única espécie de hospedeiro. O vírus que infecta bactérias são chamados de bacteriófagos ou fagos. Para alguns bacteriófagos, o recpetor faz parte da parede celular do hospedeiro: em outros casos, fase parte das fímbrias ou dos flagelos. No caso dos vírus animais, os receptores estão na membrana plasmática da célula hospedeira. A possibilidade de se usar vírus no tratamento de doenças é intrigante, devido a seu espectro restrito de hospedeiros e sua capacidadede matar as células hospedeiras. TAMANHO DOS VÍRUS O tamanho viralé determinado com o auxílio do microscópio eletrônico. Diferentes vírus variam consideravelmente em tamanhos. Apesar da maioria ser menos que as bactérias, alguns dos maiores vírus (como o vírus da vacina) são praticamente do mesmo tamanho de algumas bactérias muito pequenas ( como o micoplasmas, as riquétsias e as clamídias). O comprimento dos vírus varia de 20 a 1.000 nm. Na figura 7 são mostrados, comparativamente, os tamanhos de alguns vírus e bactérias. Um vírion é uma particula viral completa, totalmente formada e infecciosa, composta por um ácido núcleico envolto por uma cobertura protéica que o protege do meio ambiente e serve como veículo na transmissão de uma célula hospedeira para outra. Os vírus são classificados de acordo cm as diferenças na estrutura desse envoltórios. ÁCIDO NUCLÉICO Ao contrário das células procarióticas e eucarióticas, nas quais o DNA é se sempre o material genético principal (o RNA possui um papel auxiliar), os vírus podem possuir tanto DNA como RNA, mas nunca ambos. O ácido nucleico dos vírus pode ser de fita simples ou dupla. Assim, existem vírus com DNA de fita dupla, DNA de fita simples, RNA de fita dupla e RNA de fita simples. CAPSÍDEO E ENVELOPE O ácido nucleico dos vírus é protegido por um envoltório proteico chamado de capsídeo. A estrutura do capsídeo é determinada basicamente pelo genoma viral e constitui a maior parte da massa viral, especialmente em partículas pequenas. Cada capsídeo é composto por subunidades proteicas chamadas de capsômeros. Em alguns vírus, as proteínas que compõem os capsômeros são de um único tipo; em outros, vários tipos de proteínas podem estar presentes. Os capsômetro em geral são visíveis nas microfotografias eletrônicas.A organização dos capsômeros é característica para cada tipo de vírus. Em alguns vírus, o capsídeo é coberto por um envelope, que normalmente consiste em uma combinação de lipídeos, proteínas e carboidratos. Alguns vírus animais são liberados da célula hospedeira por um processo de extrusão, no qual a partícula é envolvida por uma camada de membrana plasmática celular que passa a constituir o envelope viral. Em muitos casos, o envelope contém proteínas codificadas pelo genoma viral com materiais derivados de componentes normais d a célula hospedeira. Dependendo do vírus, os envelopes podem ou não apresentar espículas, constituídas por complexos carboidratos-proteína que se projetam da superfície do envelope. Os vírus cujos capsídeos não esta o coberto por um envelope são sonhe sidos como vírus não envelopados. Nesse caso, o capsídeo protege o ácido nucleico viral do ataque das nucleases presentes nos fluidos biológicos e promove a ligação da partícula às células suscetíveis. MORFOLOGIA GERAL Os vírus podem ser classificados em vários tipos morfológicos diferentes, com base na arquitetura do capsídeo. A estrutura do capsídeo tem sido elucidada por microscopia eletrônica e uma técnica conhecida como cristalografia de raios-X. Vírus Helicoidais Os vírus helicoidais lembram bastões longos, que podem ser rígidos ou flexvíeis. O genoma viral está no interior de um capsídeo cilíndrico e oco com estrutura helicoidal. Os vírus que causam raiva e febre hemorrágica são helicoidais. Vírus Poliédricos Muitos vírus animais, vegetais e bacterianos são poliédricos. O capsídeo da maioria dos vírus poliédricos tem a forma de um icosaedro, um poliedro regular com 20 faces triangulares e 12 vértices. Os capsômeros de cada face formam um triângulo equilátero.O adenovírus é um exemplo de um vírus poliédrico com a forma de um icosaedro.O poliovírus também é icosaédrico. Vírus Envelopados Como mencionado anteriormente, o capsídeo de alguns vírus é coberto por um envelope. Os vírus envelopados são relativamente esféricos. Os vírus helicoidais e os poliédricos envoltos por um envelope são denominados vírus helicoidais envelopados ou vírus poliédricos envelopados. Um exemplo de vírus helicoidal envelopado é o vírus influenza. O vírus do herpes (gênero Simplexvirus) é um exemplo de vírus poliédrico (icosaédrico) envelopado. Vírus Complexos Alguns vírus, particularmente os vírus bacterianos, possuem estruturas complicadas e são denominados vírus complexos. Um bacteriófago é um exemplo de um vírus complexo.Alguns bacteriófagos possuem capsídeos com estruturas adicionais aderidas. Os poxvírus são outro exemplo de vírus complexos que não possuem capsídeos claramente definidos, mas apresentam várias coberturas ao redor do genoma viral . TAXONOMIA DOS VÍRUS A taxonomia dos vírus é bastante complexa devido às particularidades das partículas virais e a difícil identifi cação de características de similaridade. Existe desde 1966 um comitê internacional de taxonomia de vírus (CITV) que periodicamente trabalha na inclusão e agrupamento dos vírus. Quando novas técnicas de caracterização de vírus são desenvolvidas e estabelecidas na comunidade cientifi ca, novos grupamentos podem surgir. A classifi cação mais antiga dos vírus é baseada na sintomatologia. Esse sistema não é aceitável cientifi camente, porque o mesmo vírus pode causar mais do que uma doença. Além disso, esse sistema agrupa artifi cialmente vírus que não infectam seres humanos. Os virologistas atualmente têm agrupado os vírus em famílias baseado: (1) no tipo de ácido nucléico, (2) no modo de replicação e (3) na morfologia. O sufi xo-vírus é usado para os gêneros enquanto as famílias recebem o sufi xo-viridae; a nomenclatura das ordens termina em --ales. No uso formal, os nomes das famílias e dos gêneros são utilizados da seguinte maneira: Família Herpesviridae, gênero Simplexvirus, vírus do herpes humano tipo 2. Uma espécie viral compreende um grupo de vírus que compartilham a mesma informação genética e o mesmo nicho ecológico (espectro de hospedeiros). Epítopos específi cos não são usados. Dessa forma, as espécies virais são designadas por nomes descritivos vulgares, por exemplo,vírus da imunodefiencia humana (HIV) e, as subespécies (se existerem), são designadas com numeros (HIV-1). ISOLAMENTO, CULTIVO E IDENTIFICAÇÃO DE VÍRUS O fato de os vírus não poderem se multiplicar fora de uma célula viva complica a sua detecção, a contagem e a identificação. Os vírus não se desenvolvem em meios de cultivo com composição química simples, necessitam da presença de células vivas. CULTIVO DE VÍRUS BACTERIÓFAGOS EM LABORATÓRIO Os bacteriófagos podem replicar tanto em culturas bacterianas em meio líquido em suspensão ou, em meio semi-sólido. O meio semi-sólido torna possível o uso do método da placa de lise para a detecção e contagem das partículas virais. Mistura-se uma amostra de bacteriófagos com as bactérias em agar fundido. A mistura é, então, colocada em uma placa de Petri contendo uma camada de meio de cultivo com agar solidifi cado. A mistura vírus-bactéria se solidifi ca, formando uma camada com a espessura aproximada de uma célula bacteriana. Todos os vírus infectam uma bactéria, multiplica-se e libera várias centenas de novos vírus que infectarão as bactérias vizinhas que, por sua vez, produzirão novos vírus. Depois de vários ciclos de replicação viral, são destruídas todas as bactérias nas proximidades do vírus original. Isso produz um determinado número de zonas claras ou placas de lise, visíveis contra uma camada de bactérias que se desenvolvem na superfície do agar. Enquanto as placas de lise se formam, as bactérias 8 não-infectadas, em outras regiões da cultura, continuam proliferando e produzem um fundo túrbido. Cada placa de lise corresponde, teoricamente, a uma única partícula viral da suspensão original. Logo, a concentração das suspensões virais, medida pelo número de placas de lise formadas, é, geralmente, dada em unidades formadoras de placas (UFP). O CULTIVO DE VÍRUS ANIMAIS EM LABORATÓRIO O cultivo de um determinado vírus animal é limitado pela necessidade de um tecido vivo em que as células possuam receptores apropriados, e que sejam suscetíveis à replicação dos vírus após a penetração no citoplasma. Inicialmente dispunha-se apenas de animais de experimentação em que se conseguia obter a multiplicação dos vírus. Em laboratório três métodos são, comumente, usados para o cultivo de vírus animais. Esses métodos envolvem o uso de animais, ovos embrionados ou culturas celulares. Em Animais Alguns vírus só podem ser cultivados em nimais vivos com camundongos, coelhos e cobaias. A maioria dos experimentos para estudar a respostas imunológica contra infecções virais também é realizada em animais infectados com vírus. A inoculação de animais pode ser usada como procedimento diafnóstico na identificação e no isolamento do vírus a partir de amostras clínicas. Depois de ser inoculado com a amostra, o animal é observado quanto ao aparecimento de sinais da doença ou é sacrificado e seus tecidos são analisados à procura de partículas virais. Alguns vírus humanos não se multiplicam em animais ou se multiplicam, mas não causam doença. Em Ovos Embrionários O ovo embrionado constitui uma forma de hospedeiro conveniente e não-dispendiosa para o cultivo de muitos vírus animais. A casca do ovo é perfurada, em suspensão viral ou tecido suspeito de conter vírus é injetado. O vírus é injetado próximo a menbrana mais adequada para seu densevolvimento. O densevolvimento viral se manisfesta-se pela morte do embrião, poe danos nas células embrionárias, ou pela formação de pústulas típicas ou lesões nas menbranas. Esse método, que já foi mais amplamente utilizado para o isolamento e cultivo de vírus, ainda é usado na produção de vírus para algumas vacinas. Em Cultura deCélulas As culturas de células têm substituído os ovos embrionados como meio de cultivo preferido por muitos vírus.As culturas de células consistem de células que se dividem em meio de cultivo no laboratório. A obtenção de uma linhagem celular inicia-se pelo tratamento enzimático de fragmentos de tecidos de animal para separar as células. As células separadas são suspensas em uma solução com pressão osmótica,nutrientes e fatores de crescimento adequados para seu desenvolvimento. As células normais tendem a aderir ao vidro ou ao plástico do recipiente se reproduzem formando uma monocamada. A infeção viral dessa monocamada causa, às vezes , a sua destruição à medida que o vírus se multiplica. Essa destruiçãoé chamada de efeito citopático (EC). O EC pode ser detectado e contado da mesm forma que as placas de lise formadas pela infecção de uma camada de bactérias, por bacteriófagos. IDENTIFICAÇÃO VIRAL A identifi cação de um isolado viral não é uma tarefa fácil. Para começar, os vírus só podem ser visualizados por meio do uso do microscópio eletrônico. Os métodos sorológicos, como o ELISA e o Western blotting, são os métodos de identifi cação mais comumente usados. Nesses testes o vírus é detectado e identifi cado por sua reação com anticorpos. A observação dos efeitos citopáticos dos vírus nas células hospedeiras, também é útil na identifi cação dos vírus. Os virologistas usam os métodos moleculares modernos como as análises do polimorfi smo de tamanho de fragmentos de restrição (RFLPs) e a reação em cadeia da polimerase (PCR) na identifi- cação e na caracterização dos vírus. A RT-PCR é utilizada para a identifi cação de vírus RNA. MULTIPLICAÇÃO VIRAL O ácido nucléico do vírus possui poucos genes necessários para a síntese de novos vírus. Entre esses, estão os genes que codifi cam componentes estruturais, como as proteínas do capsídeo e genes que codifi cam algumas das enzimas usadas no ciclo de replicação viral. Essas enzimas são sintetizadas e funcionam somente quando o vírus está dentro da célula hospedeira. As enzimas virais estão quase que exclusivamente envolvidas na replicação e no processamento do ácido nucléico viral. As enzimas necessárias para a síntese protéica, os ribossomos, o tRNA e a energía são fornecidos pela célula hospedeira e são usados na síntese de proteínas e enzimas virais Assim, para que um vírus se multiplique, de precisa invadir a célula hospedeira e tomar conta da sua maquinaria metabólica. Um único vírion pode originar, em uma única célula hospedeira, desde alguns até milhares de partículas virais seme¬lhantes. Esse processo pode alterar drasticamente a célula hospedeira, podendo até mesmo causar sua disfunção e morte. Multiplicação De Bacteriófagos Embora possa variar a maneira pela qual um vírus penetra e se replica dentro da célula hospedeira, o mecanismo básico é muito semelhante para todos os vírus. O ciclo melhor conhecido é o dos bacteriófagos. Os fagos podem se replicarem por dois mecanismos alternativos: o ciclo lítico ou o ciclo lisogênico. O ciclo lítico termina com a lise e a morte da célula hospedeira enquanto que no ciclo lisogênico a célula permanece viva. Ciclo Lítico oS vírions dos bacteriófagos T- pares são grandes, complexos e não-envelopados, com uma estrutura característica de cabeça e cauda, possuem a capacidade de infectar a bactéria E. coli. O tamanho de seu DNA é somente cerca de 6% do da E. coli, apesar de ser sufi ciente para codifi car mais de 100 genes. O ciclo de replicação desses e dos demais vírus ocorre em cinco estágios distintos: ancoragem ou aderência, penetração, biossíntese, maturação e liberação. Adsorção: Após uma colisão ao acaso entre as partículas fágicas e as bactérias, ocorre a adsorção. Durante este processo, um sítio de aderência no vírus se ancora ao sítio receptor complementar na bactéria. Os bacteriófagos possuem fi bras na extremidade da cauda que servem como sítios de aderência. Os sítios receptores complementares estão na parede bacteriana. Penetração: Após a aderência, os bacteriófagos injetam seu DNA (ácido nucléico) dentro da bactéria. Para isso, a cauda do bacteriófago libera uma enzima, a lisozima, que destrói uma parte da parede bacteriana. Durante o processo de penetração, a bainha da cauda se contrai, e o centro da cauda atravessa a parede celular. Quando a ponta da cauda alcança a membrana plasmática, o DNA da cabeça do fago passa para a bactéria, através do lúmen da cauda e da membrana plasmática. O capsídeo permanece do lado de fora. Biossíntese: Assim que o DNA do bacteriófago alcança o citoplasma da célula hospedeira, inicia-se a biossíntese do ácido nucléico e das proteínas virais. A síntese protéica do hospedeiro é interrompida pela degradação do seu RNA induzida pelo vírus, pela ação de proteínas virais que interferemcom a transcrição, ou pela inibição da tradução. O fago usa, inicialmente, nucleotídeos e várias enzimas do hospedeiro para sintetizar muitas cópias do seu DNA. Logo a seguir se inicia a biossíntese das proteínas virais. Todo oRNA transcrito é mRNA do bacteriófago que sintetiza enzimas virais e proteínas do capsídeo viral. Os ribossomos, as enzimas e os aminoácidos do hospedeiro são usados na tradução.Controles genéticos regulam a transcrição de diferentes regiões do DNA do fago durante o ciclo de multiplicação. Por exemplo, mensagens precocessão traduzidas em proteínas virais precoces, que são as enzimas usadas na síntese do DNA viral. Da mesma forma, mensagens tardias são traduzidas em proteínas tardias usadas na síntese das proteínas do capsídeo. Durante vários minutos após a infecção, não são encontrados na célula hospedeira fagos completos. Somente podem ser detectados componentes isolados - DNA e proteína virais. Durante a multiplicação viral, chama-se período de eclipse, aquele em que ainda não estão formados os vírions completos e infectivos. Maturação: Nesse processo, vírus completos são formados a partir do DNA e dos capsídeos. Outros componentes virais se organizam espontaneamente formando as partículas virais, eliminando a necessidade de muitos genes não-estruturais e de outros produtos gênicos. As cabeças e as caudas são montadas separadamente a partir de subunidades protéicas: a cabeça é preenchida com DNA viral e se une à cauda. Liberação: O estágio fi nal da replicação viral consiste na liberação dos vírions da célula hospedeira. O termo lise é geralmente usado para esse estágio da replicação dos fagos porque, nesse caso, a membrana plasmática se rompe (lisa). A lisozima, que é codifi cada pelo genoma do fago, é sintetizada dentro da célula e destrói a parede celular, liberando os bacteriófagos recémproduzidos. Os fagos liberados infectam novas células nas proximidades, e o ciclo de multiplicação se repete. Ciclo Lisogênico Alguns vírus, ao contrário dos bacteriófagos, não causam lise nem morte da célula hospedeira após a infecção. Esses fagos lisogênicos (também chamados de fagos temperados) podem realizar um ciclo lítico, mas eles também são capazes de incorporar seu DNA ao da célula hospedeira para iniciar um ciclo lisogênico. Na lisogenia, o fago permanece latente inativo. As células bacterianas hospedeiras, nesse caso, são conhecidas como células lisogênicas. O DNA do fago, originalmente linear, forma um círculo. Esse círculo pode multiplicar-se e ser transcrito, levando à produção de novos fagos e à lise celular (ciclo lítico). Mas alternativamente, o círculo pode sofrer recombinação e se tornar parte do DNA do cromossomo da bactéria (ciclo lisogênico). O DNA do fago inserido chama-se agora profago. A maioria dos genes do profago é reprimida por duas proteínas repressoras codifi - cadas pelo genoma do fago. Esses repressores ligam-se aos operadores, interrompendo, dessa forma, a transcrição de todos os outros genes do fago. Assim são desligados os genes do fago que conduziriam à síntese e à liberação denovos vírus, da mesma forma que são desligados os genes de E. coli. A lisogenia apresenta três conseqüências importantes. Em primeiro lugar, as células lisogênicas são imunes à reinfecção pelo mesmo fago (no entanto, não são imunes à infecção por outros tipos de fagos). A segunda conseqüência é afago conversão, isto é, as células hospedeiras podem vir a apresentar novas propriedades. Por exemplo, a bactéria Corynebacterium diphtheriae, que causa a difteria, é um patógeno cujas propriedades causadoras da doença estão relacionadas com a síntese de uma toxina. Essa bactéria só produz a toxina quando possuir um fago temperado, pois o gene que codifi ca para a toxina está no profago. Em um outro exemplo, somente os estreptococos que carregam um fago temperado são capazes de produzir a toxina relacionada com a escarlatina. A toxina produzida pelo Clostridium botulinum, que causa o botulismo, é codifi cada por um gene de um profago, assim como a toxina da cólera, que é produzida por linhagens patogênicas de Vibrio cholerae. A terceira conseqüência da lisogenia é que ela torna possível a transdução especializada. Qualquer gene bacteriano pode ser transferido por esse processo porque o cromossomo do hospedeiro está fragmentado em pequenos pedaços que podem ser empacotados em um capsídeo de fago. Na transdução especializada. No entanto, somente podem ser transferidos determinados genes bacterianos. Determinados vírus animais podem sofrer processos muito semelhantes à lisogenia. Os vírus animais que permanecem latentes por longos períodos nas células hospedeiras, sem se multiplicarem e sem causarem doenças, podendo estar inseridos no cromossomo do hospedeiro ou permanecer separados, mas em um estado reprimido (como alguns fagos lisogênicos). Vírus que causam câncer podem também estar latentes. Multiplicação de Vírus Animais Os vírus animais diferem dos bacteriofágos no seu mecanismo de entrada na célula hospedeira. Além disso, uma vez dentro da célula, a síntese e o arranjo dos novos componentes virais são ligeiramente diferentes, em parte devido às diferenças entre as células procarióticas e eucarióticas. Os vírus possuem determinadas enzimas não encontradas nos fagos. Finalmente, exitem diferenças entre os vírus animais e os fagos quanto os mecanismos de maturação e liberaçãoe quanto aos efeitos sobre célula hospdeiras. BIOSSÍNTESE DE VÍRUS DNA E RNA A replicação dos vírus animais segue um padrão básico da replicação dos bacteriófagos, mas apresenta algumas diferenças importantes como: Os sítios de ancoragem são proteínas da membrana plasmática e envoltório viral; O capsídeo entra por endocitose ou por fusão; A decapsidação ocorre por remoção enzimática das proteínas do capsídeo; A biossintese ocorre no núcleo ou no citoplasma; Pode ocorrer latência, infecções lentas ou câncer; A liberação ocorre por brotamento em vírus envelopados ou por lise da membrana plasmática nos vírus não-envelopados. Nos bacteriófagos seu mecanismo de entrada na célula hospedeira é diferente. Além disso, uma vez dentro da célula, a síntese e o arranjo dos novos componentes virais são ligeiramente diferentes, em parte devido às diferenças entre as células procarióticas e eucarióticas. Os vírus animais possuem determinadas enzimas não encontradas nos fagos. Finalmente,existem diferenças entre os vírus animais e os fagos quanto aos mecanismos de maturação e liberação e quanto aos efeitos sobre a célula hospedeira. Os processos comuns aos vírus animais contendo DNA e RNA são aderência, penetração, decapsidação e liberação. Examinaremos, também, as diferenças entre os dois tipos de vírus, com relação aos processos de biossíntese. Os vírus de RNA multiplicam-se essencialmente da mesma forma que os de DNA, exceto que os diferentes grupos utilizam vários mecanismos para a síntese de mRNA. Embora os detalhes desses mecanismos estejam fora do objetivo deste texto, devemos entender que os vírus de RNA se multiplicam no citoplasma da célula hospedeira e as principais diferençasentre os processos de multiplicação desses vírus residem na forma como omRNA e o RNA genomico viral são produzidos. Após a síntese do RNA e das proteínas virais, o processo de maturação é similar a todos os outros vírus animais. INFECÇÕES VIRAIS LATENTES Um vírus pode permacer em equilíbrio com o hospedeiro por um longo período, geralmente anos, sem causar doença. Os vírus oncogênicos são exemplos de tais infecções latentes. Todos os herpesvírus humanos podem permanecer nas células hospedeiras por toda a vida do indivíduo. Quando os herpesvírus são reativados por imunossupressão (p. ex., a Aids), a infecção resultante pode ser fatal. Um exemplo clássico de infecção latente é a infecção de pele causada pelo herpes labial. Esse vírus habita as células nervosas do hospedeiro, mas só causa danos quando for ativado por um estímulo como febre ou queimaduras de sol – daí o termo em inglês fever blister (úlcera febril). Em alguns indivíduos, os vírus são produzidos, mas os sintomas nunca aparecem. Embora uma grande proporção da população humana possua o vírus que causa o herpes labial, somente 10 a 15% dessa população apresentam a doença. Os vírus causadores de algumas infecções latentes existem em estado lisogênico dentro das células hospedeiras. O vírus da catapora (do gênero Varicellovirus) também pode existir em estado latente. A catapora (varicela) é uma doença de pele, geralmente contraída na infância. Os vírus chegam à pele através do sangue. A partir do sangue, podem atingir os nervos onde permanecem latentes. Mudanças na resposta imune (células T) podem, mais tarde, ativar os vírus latentes, levando ao desenvolvimento do herpes zoster. Os exantemas causados pelo herpes zoster aparecem na pele ao longo do nervo em que o vírus estava latente. O herpes zoster ocorre em 10 a 20% das pessoas que tiveram varicela. INFECÇÕES VIRAIS PERSISTENTES Uma infecção viral persistente ou crônica ocorre gradualmente em um longo período. Tipicamente, as infecções virais persistentes são fatais. Demonstrou-se, na verdade, que algumas infecções virais persistentes são causadas por vírus convencionais. Por exemplo, o vírus do sarampo é responsável por uma forma rara de panencefalite subaguda esclerosante (SSPE, de subalute sclerosing panencephalitis), vários anos após causar o sarampo. Uma infecção viral persistente é aparentemente distinta de uma infecção viral latente, porque, na maior parte dos casos, os vírus infecciosos são detectados gradualmente por um longo período, em vez de aparecerem repentinamente. PRÍONS Um número pequeno de doenças infecciosas é causado por príons. Em 1982, o neurobiologista norte -americano Stanley Prusiner sugeriu que proteína as infecciosas teriam sido a causa de uma doença neurológica em ovelhas, denominada scrapie. A infectividade do tecido cerebral contaminado por scrapie é reduzida após o tratamento com proteases, mas não por tratamento com radiação, sugerindo que o agente infeccioso seja puramente uma proteína siner cunhou o nome príon da expressão proteinaceous infectious particle (proteína proteica infecciosa). Atualmente existem nove doenças animais incluídas nessa categoria, entre elas a doença da “vaca louca”, que surgiu nos rebanhos da Grã-Bretanha em 1987. Todas são doenças neurológicas denominadas encefalopatias espongiformes devido ao desenvolvimento de grandes vacúolos no cérebro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia. 8ª ed. São Paulo: Artmed, 2005. LUIS RACHID TRABULSI, FLAVIO ALTERTHUM. Microbiologia. 4ª ed 2004. Atheneu, SP.
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