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Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO introdução Sobre a microbiologia O que estuda? − A microbiologia estuda os micro-organismos (vírus, fungos, bactérias, protozoários) Qual maior organismo da terra? − Um fungo chamado “Armillaria sp” e possui 8,9Km2, 605 toneladas Aonde estão esses micro-organismos? − Possuem uma diversidade de ambientes − Nosso corpo é repleto de bactérias (mais células bacterianas do que humanas- aproximadamente a mesma quantidade) − Existem locais do corpo que são estéreis e não tem muita colonização de bactérias (bexiga, sangue) − No ar: pode contaminar (alimentos que se contaminam por exemplo) − No solo: decompõe matéria orgânica e ajuda na fixação de nutrientes − Na agricultura: fixação de N2 e está envolvido na criação de animais − Nos alimentos: conservação de alimentos que são relacionados a controle de crescimento microbiano, além dos alimentos fermentados − Doenças − Energia (álcool de carro) − Biotecnologia: insulina (é geneticamente modificado) História da microbiologia − Até 1600 não existia microscópio − Foi criado um primeiro microscópio que com a luz era possível enxergar organismos pequenos − Em 1861 Pasteur fez um experimento para demonstrar que havia algo que ao entrar em contato com o ar acabavam estragando a bebida (pasteurização – para aumentar a vida útil dos produtos) − Muitas mulheres morriam tendo filhos em hospital, pois usavam os mesmos instrumentos que usaram antes, não higienizavam as mãos e então, em 1865, Joseph Lister fez com que as pessoas higienizassem os instrumentos e as mãos e a partir daí houve o início dos costumes de higienização antes de lidar com um paciente. Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO − Robert Koch – queria entender a relação dos micro-organismos com as doenças → Retirava os micro-organismos presentes em pessoas doentes, cultivava-os e inseria em animais − Alexander Fleming – em 1928 descobriu a penicilina (antibiótico) → Estava cultivando bactéria, e então caiu algo que contaminou seu experimento e percebeu que uma parte ficava inibida Papel dos micro-organismos na história − A peste bubônica foi causada por micro-organismos e causa efeitos históricos, econômicos Classificação dos micro-organismos Sistemas de classificação − Existem as células procariotas e as células eucarióticas − Reinos: Monera, Protista, Fungi, Plantae e Animalia E os vírus? − São parasitas intracelulares obrigatórios, ou seja, precisam entrar na célula para se multiplicar − Muitos consideram como seres vivos por sua história evolutiva, mas ainda não tem nada definido − Todos os vírus são altamente infecciosos Agrupando e classificando os micro-organismos − Para classificar é preciso estudar morfologia macroscópica e microscópica e metabólicas − Observando a bactéria na cultura, será avaliado o crescimento da colônia − Os fungos, suas colônias podem ser filamentosos (parecem colônias de bactérias) e leveduras Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO − Anatomia estrutural e funcional da bactéria Características gerais − A bactéria possui: material genético, plasmídeos, citoplasma, ribossomos, membrana plasmática envolta por uma parede celular, fimbrias, flagelos − Diferenças da estrutura da célula bacteriana em relação a nossa: ribossomos diferentes (70s) → Com isso, podem ser criados remédios que agem somente no ribossomo bacteriano * Bactérias não possuem núcleo Diferentes formas e arranjos − A estrutura responsável por essas diferentes formas é a parede celular Cocos − São bactérias ovais ou esféricas − Se quando se multiplicam podem ser diplococos, estreptococos ou estafilococos Estreptococos Diplococos Sarcinas Tétrade Estafilococos Cocos Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Bacilos Espirilos ou espiroquetas − Seu formato espiralado auxilia a bactéria a se alojar no muco, por exemplo a Helicobacter sp que se aloja do muco do estômago Estruturas da bactéria e suas funções Parede celular FUNÇÕES − Dar estrutura para a célula − Protege contra a lise osmótica (se a parede da bactéria lisa, ela vai se romper, entra muita água e a célula irá lisar, então a parede evita que isso aconteça) → Muitos antibióticos destroem a parede e a bactéria morre por lise osmótica − Receptores para proteínas e outras moléculas CLASSIFICAÇÃO DAS BACTÉRIAS * Existem bactérias que não possuem parede celular (micoplasmas e ureaplasmas) − As bactérias que possuem parede celular, são divididas em dois grandes grupos → Parede celular típica (maioria das bactérias de importância médica) Gram +: possuem uma camada bem grossa de peptidioglicano Gram -: camada fina de peptideoglicano, mas tem uma membrana externa → Parede celular atípica (micobacterias, espiralados, clamídias, riquétsias) GRAM https://www.google.com.br/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fblog.jaleko.com.br%2Fesbl-kpc-mbl-ampc-e-oxa-voce-sabe-a-diferenca-entre-os-tipos-de-%25CE%25B2-lactamases%2Fesquema-ilustrando-os-componentes-da-parede-celular-de-bacterias-gram-positivas-e-gram-negativas%2F&psig=AOvVaw3PrQnsNLq_G_fSJdakCxdE&ust=1591827754427000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCOCoydLi9ekCFQAAAAAdAAAAABAD Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO PEPTÍDEOGLICANO − São unidades repetitivas de um dissacarídeo unidos por polipeptídios → Porção glicana: moléculas alternadas de acetilglicosamina (NAG) e ácido N- acetilmurâmico (NAM) → Porção peptídica: cadeia de 4 aminoácidos − Os antibióticos que agem na parede impedem a ligação do peptídeo e o glicano e então a bactéria irá sofrer a lise osmótica GRAM+ − A parede da GRAM positiva possui uma espessa camada de peptíeoglicano e a primeira coisa que tem que ocorrer e essa camada estar ligada na membrana para manter a estrutura celular − Elas possuem: ácidos lipotecóicos tem uma porção ancorada na membrana e outra que atravessa toda parede celular e tem um contato meio externo e ácidos tecóicos que estão ligados na membrana e parede celular − A camada mais externa é a que entra em contato com nosso sistema imune (ácidos lipotecóicos e tecóicos) que são os antígenos − Os ácidos tecóicos são importantes para adesão das bactérias (adesina) * Gram é um método de coloração, ou seja, por suas estruturas de paredes diferentes, a coloração é diferente (Gram+: roxa; Gram-: rosa) −Complexo cristal violeta- iodo fica retido na espessa camada de peptideoglicano (gram positiva) −Álcool rompe membrana externa e o complexo cristal violeta- iodo é removido pela fina camada de peptideoglicano. (gram negativa) https://www.google.co.uk/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fmaestrovirtuale.com%2Fpeptidoglicano-funcoes-estrutura-e-sintese%2F&psig=AOvVaw2YeQu_nlMpv15A3CbjgKJH&ust=1591829887962000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCKimjMzq9ekCFQAAAAAdAAAAABAJ Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO GRAM- − Possui uma membrana externa que é feita por lipopolissacarídeos (LPS) e proteínas (porinas – permeabilidade da membrana; lipoproteínas) → Ancorada no peptídeoglicano (realizado por proteínas) − E o espaço periplasmático é um espaço entre a membrana plasmática e a membrana externa e possui altas concentrações de enzimas e proteínas de transporte. − Internamente – camada de fosfolipídios e lipoproteínas ancorados ao peptideoglicano − Externamente – lipopolissacarídeos (LPS) − LPS: funciona como uma endotoxina, quando a bactéria morre, essa toxina é liberada → O LPS é um PAMP, está em contato com o meio externo e estimula nosso sistema imunológico → As bactérias da nossa microbiota apresentam esses PAMPs o que mantem o sistema imunológico sempre ativo → Quando a bactéria morre, o lipídeo A fica exposto, e é a parte tóxica PAREDE CELULAR ATÍPICA − Micobactérias (micobacterium tuberculosis e laprae que são patogênicos para o homem) →Não produzem peptíeoglicano → É grande parte constituída pelo ácido micólico que é extremamente hidrofóbico → A maior parte dos antibióticos não funcionam nesse tipo de bactéria Cápsula − É um glicocálice organizado e bem estruturado FUNÇÕES − É considerado um fator de virulência, ou seja, a capacidade de causar dano, se a bactéria possui cápsula ela é mais patogênica, pois é um mecanismo de escape de evasão do sistema imunológico, dificulta o reconhecimento e a fagocitose dessas bactérias, é um mecanismo de resistência → Exemplo: Streptococcus pneumoniae (só os que possuem cápsula são capazes de causar a pneumonia) − Induz a formação de biofilmes (placa bacteriana nos dentes por exemplo, forma uma camada de proteção para as bactérias) − Proteção contra desidratação − Também pode funcionar como um PAMP COMPOSIÇÃO − É composto por polissacarídeos, polipeptídios ou ambos Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Flagelo FUNÇÕES − Movimento da bactéria − É formada por uma proteína flagelina e é um PAMP (antígeno H) − As bactérias se movem dependendo de estímulos (quimiotaxia) → Receptores captam estímulos químicos – raramente randômico Fimbrias ou pili − São menores, mais curtos e mais numerosos que os flagelos FUNÇÕES − É um PAMP − Sua principal função é de adesão (pili e fimbrias) − Transferência de material genético durante a conjugação (pili F) → Nos plasmídeos tem genes de virulência e de resistência antibiótica e então ficam passando de uma para outra * Bactérias não precisam ser da mesma espécie para fazer essa troca ADESÃO DAS BACTÉRIAS − A bactéria é coberta de fimbrias onde tem uma molécula de adesina em suas extremidades − A adesina se conecta aos mais diferentes receptores presentes em nosso corpo Filamento axial − Apenas presentes nas bactérias espiroquetas FUNÇÕES − Ajuda a essas bactérias a rotação dos filamentos que produz um movimento da bainha externa que propele as espiroquetas em um movimento de saca-rolhas − É um PAMP Membrana plasmática * Não possuem esteróis FUNÇÕES − Permeabilidade seletiva − Reações de obtenção de energia (gera ATP, cadeia de transporte de e-) − Produção de enzimas celulares − Proteínas transportadoras Grânulos de reserva − Grânulos de glicogênio, amido, lipídeos, polifosfato, óxido de ferro, enxofre Estruturas citoplasmáticas − Citoplasma: Local onde ocorrem todas as reações bioquímicas − Material genético disperso onde forma o nucleóide (molécula de DN circular - contém as informações necessárias para sobrevivência da célula → É a região onde concentra-se o cromossomo bacteriano − Genes que conferem vantagens adaptativas encontram-se nos plasmídeos Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Esporulação − Algumas bactérias possuem a capacidade de produzir endósporos que são estruturas de resistência − Resistentes à 30min a 100°C, desidratação, pH extremos, radiação e a compostos químicos − Algumas bactérias Gram + formam esporos clostridium (toxina botulínica) e bacillus → No palmito por exemplo, a bactéria forma os esporos e então adicionam água fervendo, mas não é suficiente, para mata-la e então vai sendo formada a toxina botulínica − Condições adversas – estado vegetativo – estado dormente − Baixa atividade metabólica − Forma de sobrevivência e não de reprodução → Bactéria em condições adversas, → Induz a formação de endósporo → Multiplica o material genético → Induz a formação de uma membrana dupla → Secreta peptíeoglicano, substância que reveste o endósporo → Material genético duplicado degrada → Célula se rompe e o endósporo é liberado Nutrição, crescimento e metabolismo bacteriano Metabolismo microbiano − Reações químicas realizadas pela célula afim de obter energia e sintetizar compostos celulares para que possam crescer e multiplicar − Anabolismo - requer energia → Síntese de moléculas orgânicas complexas a partir de moléculas mais simples → Geram componentes para crescimento celular. − Catabolismo - liberam energia → Quebra de compostos orgânicos complexos em compostos mais simples Energia - ATP − As reações catabólicas e anabólicas estão ligadas − As fontes de energia são utilizadas nas reações de catabolismo que geram energia e metabólitos que serão excretados pela célula − Os nutrientes absorvidos são utilizados nas reações de anabolismo junto com o ATP que foi produzido − O metabolismo das bactérias varia muito, algumas realizam fotossíntese, outras metabólitos químicos Classificação dos micro-organismos de acordo com o metabolismo − A classificação ocorre de duas formas: → De acordo com a fonte de carbono Autotróficas: diretamente do gás carbônico (bactérias que realizam fotossíntese) Heterotróficas: de moléculas orgânicas que captam do ambiente → De acordo com a fonte de energia Fototróficas: luz como fonte de energia primária Quimiotróficas: reações químicas de oxiredução (compostos orgânicos ou inorgânicos) Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO − Além da respiração, os micro-organismos realizam a fermentação, por exemplo os lactobacillus → Alguns microrganismos não conseguem fazer o ciclo de Krebs e nem a cadeia transportadora de elétrons − Outros micro-organismos realizam ambas reações e outros só a respiração → Se ele tem oxigênio disponível, faz a respiração, se não está disponível, ele fermenta, produzindo etanol e CO2 * No intestino, maior parte ou fazem respiração anaeróbia ou irão fermentar (pois não há oxigênio no instestino) − Além da respiração, os micro-organismos realizam a fermentação, por exemplo os lactobacillus Glicólise − Forma o piruvato (ácido pirúvico) que pode ser encaminhado para fermentação ou para respiração − Possui um saldo de 2 ATPs Fermentação − Processo de reação de ATP onde as moléculas são oxidadas e o aceptor final de elétrons é uma molécula orgânica − Liberação de energia da oxidação de moléculas orgânicas − Não requer O2 − Não utiliza ciclo de Krebs ou cadeia transportadora de elétrons − Usa molécula orgânica como aceptor final de elétrons − Usa o ácido pirúvico para transformar em várias coisas (ácido lático, ácido acético, etanol, ácido butílico) a fim de modificar o ambiente Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Respiração celular − Processo de reação de ATP onde as moléculas são oxidadas e o aceptor final de elétrons é uma molécula inorgânica − Como muitos micro-organismos vivem na ausência de oxigênio, usam outras moléculas inorgânicas para ser o aceptor final de elétrons − Saldo final de 38 ATPs → A cadeia transportadora não ocorre na mitocôndria pois não há e sim na membrana plasmática por isso há uma diferença no saldo final − Para os que não usam oxigênio como receptor final de elétrons, não é possível definir a quantidade de ATPs, mas sabe-se que é mais do que 2 e menos que 38 (é o máximo) Vias anabólicas − Grande parte do ATP gerado no catabolismo é usado para produção de novos componentes celulares − Biossíntese de Polissacarídeos → Produzidos através de intermediários produzidos durante glicólise e o ciclo de Krebs → A molécula de glicose/ frutose pode ser utilizada para síntese de polissacarídeos complexos – glicogênio, peptíeoglicano. − Biossíntese de Lipídeos → Glicerol + ácido graxo − Biossíntese de nucleotídeos − Biossíntese de aminoácidos → aa requeridos para síntese de proteínas → Alguns micro-organismos possuem enzimas para síntese de todos aa, outros captam alguns do meio → São sintetizados do metabolismo de carboidratos – reação de aminação ou transaminação Crescimento microbiano Aumento de número de células Fatores necessários para o crescimento microbiano QUÍMICO Nutrientes * Se uma pessoa ingere mais carboidratos simples por exemplo, aumentará as bactérias que se alimentam desse carboidrato − Nutrição → A bactéria possuiuma parede celular e isso impossibilita que ela realize fagocitose → Então eles produzem enzimas, secretam essa enzima para o ambiente, a enzima quebra o composto e então ele absorve o composto que já foi quebrado (por um transporte através da membrana – elevada especificidade) − Os nutrientes são encontrados no ambiente e participam do anabolismo e catabolismo celular − Macronutrientes são necessários em grandes quantidades − Micronutrientes são necessários em pequenas quantidades − Tem bactérias que são capazes de produzir alguns nutrientes, mas, os fatores necessários para o crescimento são o que a bactéria não é capas de sintetizar Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO FÍSICO Temperatura − Todo micro-organismo tem sua temperatura ideal − A maioria dos patógenos possuem uma temperatura boa de 35 a 37 graus − Possuem uma temperatura: → Mínima (gelificação da membrana, processos de transportes estão lentos) – temperatura onde a espécie é capaz de crescer → Ótima (reações enzimáticas ocorrendo na maior velocidade possível) – temperatura onde a espécie apresenta o melhor crescimento → Máxima (desnaturação proteica: colapso da membrana citoplasmática interna, lise térmica) – temperatura onde ainda é possível o crescimento Ph − A maioria vive perto do ph neutro (entre 6 e 8) − Existem micro-organismos: → Acidófilos – bactérias do estômago, lactobacillus Muitas bactérias não sobrevivem em ph ácido, isso é bom por exemplo no ph vaginal, evita que tenha crescimento bacteriano naquela área (ph vaginal +- 4), porém os fungos possuem o ph 5 como bom então pode aparecer uma candidíase por exemplo caso haja algum aumento no ph vaginal → Alcalifílicos – ph alcalino Pressão osmótica − Maioria dos micro-organismo tem baixa tolerância a altas concentrações de sal e açúcar → Fazer compotas é uma boa forma de preservar os alimentos por eles não tolerarem a pressão osmótica − Halófilos extremos precisam de altas concentrações de sal para crescer − Psicrófilos: gosta de temperaturas baixas (não é patogênico) −Mesófilos (ex: excherichia coli): entre 25° a 50°C- patogênicos e que degradam alimentos − Termófilos e Termofilos extremos: temperature acima de 60°C − Halotolerante: muito presente nas mucosas nasais − Halófilos − Halófilo extremo: extremos precisam de altas concentrações de sal para crescer Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Oxigênio − O oxigênio gera radicais livres que precisam ser combatidos − Existem bactérias que conseguem e outras que não conseguem produzir enzimas que combatam os radicais livres → Anaeróbias estritas: oxigênio é toxico Não possuem nenhuma dessas três enzimas Compõe grande parte da microbiota intestinal É difícil o cultivo dessas bactérias pois é necessário um meio sem oxigênio → Anaeróbios facultativos: conseguem usar o oxigênio, mas também fermentam → Aeróbios estritos: precisam do oxigênio Não fermentam e não realizam respiração anaeróbia → Microaerófilo: precisam de baixa concentração de oxigênio para crescer → Aerotolerantes: possuem as enzimas, mas não usam oxigênio para seu crescimento − Enzimas superóxido dismutase, catalase e peroxidase, eliminam radicais tóxicos do oxigênio. Meios de cultura − Conhecendo as condições ótimas de crescimento é possível preparar o laboratório para estudar esses micro- organismos − Meio diferencial: algumas bactérias produzem uma enzima que degrada as hemácias, então é possível ver o halo de degradação ao redor da bactéria → Com isso é possível saber qual tipo é patogênico e qual não é Crescimento microbiano CURVA DE CRESCIMENTO MICROBIANO − A célula realiza uma fissão binária e o número de células duplica-se a cada geração − Tempo de geração é o tempo necessário para uma célula se dividir – população dobra de tamanho − Possui um crescimento exponencial − Ao colocar uma bactéria em um meio novo, ela possui um tempo de adaptação – Fase lag − Fase log: crescimento exponencial (condições ótimas) – maior efeito dos antibióticos − As condições deixam de ser ótimas e então ela chega numa fase estacionária (quantidade de célula morrendo = quantidade de célula produzidas) − Cada vez mais metabolitos, menos nutrientes e então começa a fase de morte ou declínio Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Genética microbiana DNA − O DNA armazena a informação genética − O DNA possui a informação para produção de proteínas → O DNA é expresso e para isso precisa ser transcrito em RNA e depois é traduzido para uma proteína → A bactéria faz a expressão genica produzindo proteínas que irão fazer as reações metabólicas → Quando a célula vai se dividir, o DNA faz uma replicação − Variabilidade genética: bactérias não realizam crossing over então elas têm outros mecanismos para gerar variabilidade genética → Recombinação: as bactérias trocam seu material genético entre elas Genoma − Genoma: é o conjunto de DNA presentes em uma célula de determinada espécie de ser vivo → Informação genética completa de um organismo, incluindo as sequências cromossômicas e o DNA das organelas (eucariotos) → Todo genoma (eucarioto ou procarioto) possui a função de servir como repositório replicativo da informação codificada pelo DNA que o constitui → Genomas procarióticos, contudo, são relativamente mais simples que genomas eucariótico → Cromossomo (“DNA grande”) + plasmídeos (“DNA pequeno”) − O genoma bacteriano circular, constitui um único cromossomo circular − Todos os genes do metabolismo da bactéria estão contidos no cromossomo bacteriano → Informações do gene, enzimas, estruturas bacteriana Plasmídeos − São moléculas de DNA pequenas além do cromossomo − Replicam independente do cromossomo − Podem estar presentes várias cópias em uma única célula − Genes que codificam proteínas que não são essenciais para a bactéria sobreviver e com isso podem ter vantagens adaptativas → Uma bactéria sendo cultivada irá crescendo, se colocar um antibiótico, e somente as bactérias que possuem genes de resistência ao antibiótico irão conseguir crescer → Sem o plasmídeo em condições normais, ela sobrevive − As bactérias trocam plasmídeos entre elas Diferenças na organização da sequência de DNA no genoma dos organismos − Todos os genes são formados por regiões codificadores de proteínas − A bactéria quando o gene é expresso já é direto produzido um RNAm − A transcrição e a tradução ocorrem no citoplasma e são acoplados, podendo acontecer simultaneamente − Outra diferença é a organização do cromossomo CROMOSSOMO BACTERIANO − Operons: agrupamento de genes de uma mesma via metabólica → Ex: uma bactéria num meio de cultura que tem glicose e lactose, ela irá consumir a glicose, quando a glicose começar a acabar, rapidamente ela vai começar a consumir a lactose, então ela liga o seu operon na lactose e as três enzimas necessárias para essa bactéria usar a lactose são produzidas juntas → Genes cromossomais e plasmidiais, região codificadora acoplamento da transcrição e tradução e organização em operons permitem que a bactéria possua respostas muito rápidas a qualquer tipo de alteração ambiental Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Variabilidade genética Mutação − Troca de base no DNA → Exemplo: os raios UV são mutagênicos, podem provocar mutações em nossas células e nos levar ao câncer − Espontânea: ocorrem naturalmente numa população Erros nos processos celulares, sem influência externa − Induzida: resultado da exposição do micro-organismo a um agente mutagênico que é capaz de introduzir danos ou alterações no DNA → Físicos: radiações ionizantes (raios X, radiações alfa, beta e gama) e radiação ultravioleta → Químicos: agentes metilantes, sais de metais radioativos, alcatrão, brometo, benzeno, benzopireno etc. Recombinação genética − Troca de material genético entre duas bactérias diferentes− Incorporação por uma célula receptora de um fragmento de DNA geneticamente diferente derivado de uma célula doadora − Transformação: uma bactéria morreu, célula rompeu e seu DNA fica livre no meio, outra bactéria capta o DNA ali presente − Conjugação: troca de plasmídeo de uma bactéria para a outra → Contato célula-célula → Uma célula com plasmídeo que tem informação para produzir um pili que será formado e funciona como uma agulha que se liga na célula receptora e o DNA é passado de uma célula para outra → Célula doadora deve transportar o plasmídeo que permite troca material genético células portadoras do fator F (F+) transferem o plasmídeo para as células receptoras (F-) – Unilateral: célula doadora para célula receptora − Transdução: transferência de material genético mediada por bacteriófago → O fago injeta seu DNA dentro da bactéria e irá colocar a bactéria para produzir novos fagos → A bactéria acaba morrendo nesse processo → As partículas virais na hora da montagem levam pedaços de DNA da bactéria junto e colocam dentro do capsídeo → Quando esse fago vai infectar outra célula ele leva o DNA do fago e da bactéria junto → O vírus funciona como um veículo de transmissão do DNA de uma bactéria para outra *EXPERIMENTO DE GRIFFITH* Transformação genética − Ele pegou um Streptococcus pneumoniae capsulado e colocou em um camundongo e o camundongo morreu e ele conseguiu recuperar a mesma bactéria, ao colocar um Streptococcus pneumoniae sem capsula no camundongo, o animal ficou bem e ele conseguiu recuperar algumas bactérias do bichinho − Pegou o Streptococcus que produzia capsula e aqueceu, matou as bactérias e colocou no camundongo, ele ficou vivo, mas não foi recuperada nenhuma bactéria − Pegou o Streptococcus fervido + Streptococcus que não produzia capsula e colocou no camundongo e ele morreu e recuperou somente Streptococcus com capsula − De alguma forma essa bactéria tinha pego a característica de produzir capsula de outra bactéria apenas com o contato com a bactéria morta * Bactérias mortas liberam seu DNA no meio e as bactérias vivas o captam e incorporam aos plasmídeos ou cromossomos Antimicrobiano O que são? − São um grupo de compostos sintéticos ou naturais que são capazes de inibir o crescimento ou destruir os agentes infecciosos → Antibacterianos, antifúngicos, antiprotozoários, anti-helmínticos e antivirais Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Antibacterianos − Antibióticos: produzidos por alguns micro-organismos − Químicos: produtos naturais, sintéticos ou semi-sintéticos Espectro de ação − Células procarióticas x eucarióticas → Diferenças substanciais: parede celular, estrutura de ribossomos metabolismo → Essas diferenças são importantes para toxicidade seletiva, ou seja, a droga precisa agir dentro do hospedeiro sem o causar danos − Espectro de ação: em que grupo de micro-organismos essa droga vai funcionar? → Pequeno espectro de ação: atuam em algum tipo ou um grupo limitado de micro-organismos → Amplo espectro: afetam ampla variedade de espécies microbianas. Eficazes contra gram-positivo e gram- negativo Ex: a tetraciclina O perigo de usar amplo espectro, é que podem acabar atingindo não só o patógeno como também a microbiota do hospedeiro. Mecanismo de ação − Bactericidas: matam os micróbios diretamente − Bacteriostáticos: impedem o crescimento dos micróbios o que dá chances de ativarmos nossas próprias defesas (fagocitose, anticorpos) que irão destruir o micro-organismo − 5 modos de ação: → Inibição da síntese de parede celular → Inibição da síntese de proteína → Dano a membrana plasmática → Inibição da replicação do DNA → Inibição da síntese de metabólitos essenciais Mecanismo de resistência − As bactérias conseguem criar mecanismos de resistência à − Ao tomar o antibiótico a bactéria é mudada − O antibiótico causa uma pressão seletiva → Em contato com micro-organismos exercerão sua atividade, levando à morte as cepas sensíveis sobrevivendo então as resistentes. → Uso frequente de antibióticos acaba tendo um predomínio das cepas mais resistentes → Diferenças genéticas(mutações): bactérias trocam informações e então a outra pode adquirir a resistência − Se uma pessoa está doente, toma o antibiótico, mas para antes do tempo necessário, as cepas mais resistentes podem sobreviver e se multiplicar, formando assim uma cepa predominantemente resistentes − Resistência: é uma adaptação natural da bactéria, onde ela possui uma capacidade de se multiplicar na presença de altas doses de antibióticos → As bactérias criam essa resistência pela capacidade de adaptação ao meio, mutações genéticas que ocorrem com frequência, troca de material genético entre as bactérias 1- A parede celular é formada de peptideoglicano, e esses antibacterianos impedem a sua síntese e então a célula, ao se dividir, não conseguira manter a parede que é importante para evitar a lise osmótica e então as células irão morrer. 2-O ribossomo bacteriano é diferente do humano, então é um alvo específico. Os antibacterianos se ligam no ribossomo e impedem a tradução do RNAm e impede a produção de proteínas que fará com que a célula não consiga mais se multiplicar. 3-Inibe a síntese de DNA da bactéria 4-As drogas alteram a permeabilidade dessa membrana e a célula perde seu conteúdo o que causará a morte celular 5-São drogas que se ligam em uma enzima da via, inibindo a síntese de metabólitos essenciais (ácido fólico por ex) e então a bactéria não consegue sobreviver. Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO → Uma bactéria resistente é capaz de crescer in vitro em presença de concentração média que a droga atinge no sangue do hospedeiro durante o tratamento → Uma bactéria sensível não é capaz de crescer nessas condições − 2 tipos de resistência: → Natural: se ela está fora do espectro de ação, ela é naturalmente resistente Exemplo: uma bactéria que não possui peptideoglicano não sofrerá ações de um antibiótico que afeta a biossíntese de peptideoglicano → Adquirida: por mecanismos genéticos diversos, surgem numa população bacteriana, amostras que já não sofrem ações da droga, mas que é eficaz contra o resto da população Há linhagens resistentes e linhagens sensíveis na mesma espécie Pode ter sido causada por mutações genéticas, recombinação genética MECANISMOS BÁSICOS DE RESISTÊNCIA A ANTIMICROBIANOS Resistência aos antibióticos X Velocidade de desenvolvimento de novos fármacos − Pouco tempo depois da criação de medicamentos, já observavam casos de resistência, hoje em dia, logo que saem, já são detectados casos de resistência Bactérias que hoje em dia não há nenhum antibiótico disponível para tratar o paciente * Estudos dizem que os casos de resistência a antibiótico serão tão sérios que poderão ser mais preocupantes que o câncer Patogenicidade Definição − Patógeno: micro-organismo capaz de causar uma doença * Quando qualquer micro-organismo se instala no hospedeiro, a pessoa está infectada e a partir daí, pode ou não causar a doença (Infecção ≠ doença) − Doença: quando a bactéria ou micro-organismo expressa seu efeito patogênico e então surgem as manifestações clínicas 1- Bloqueio da entrada do antibiótico na célula 2- Inativação por enzimas- a enzima quebra o antibiótico 3-Alteração da molécula alvo- o antibiótico precisa encaixar na molécula alvo, se há alteração nela, o antibiótico perde sua função 4-Bomba de fluxo: quando o antibiótico entra, ele é bombeado para fora Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO − Patogenicidade: capacidade de produzir doença no organismo hospedeiro → A bactéria será capaz de causar a doença dependendo das condições do hospedeiro (pacientes hospitalizados ou com sistema imune debilitado) Quando a infecção se torna doença? Virulência − Caracterização dos atributos qualitativos e quantitativos necessários paracausar dano ao hospedeiro → É como se fosse uma “Extensão” dos danos do patógeno → Quanto mais danos causa, mais virulenta é a bactéria − Quais são os fatores de virulência? → Aderência, invasividade, agressividade, toxicidade, replicação e transmissibilidade (quanto mais transmissível for), variação antigênica (capacidade de escapar do sistema imune – variações na expressão de proteínas de superfícies, mutabilidade de agentes virais) Como infectam o hospedeiro? − Cada patógeno possui uma porta de entrada preferencial − Membranas mucosas: Trato respiratório – sarampo, varíola, pneumonia, resfriado e gripe Gastrointestinal – ocorre por alimentos, águas e mão contaminadas e precisam sobreviver ao ph estomacal (poliomielite, hepatite A, febre tifoide, shigelose, cólera) Urogenital – HIVM HPV, herpes, síflis, gonorreia N° de micro-organismos invasores − A dose de micro-organismos que entramos em contato mudam o grau de severidade da doença − DI (dose infecciosa) e DL (dose letal) Fatores moleculares da patogenicidade − A partir do momento que há dano tecidual, iniciam-se os sintomas − “Cabo de guerra” entre sistema imune e microbiota tentando eliminar o patógeno e seus fatores de virulência levando a causar a doença. Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO − Aderência → A adesão aos tecidos do hospedeiro é a primeira coisa necessária a acontecer → Adesinas se ligam a receptores da célula → Quase todos os patógenos apresentam algum mecanismo de adesão → Há uma especificidade da adesina com o receptor celular, por isso há um tropismo tecidual − Produção e entrega de fatores → Depois, ele precisa produzir e entregar alguns fatores para conseguir modular o ambiente − Replicação e evasão do sistema imunológico → Produção de: Capsula: impede e dificulta a fagocitose Enzimas: as enzimas modificam o ambiente para que as bactérias consigam escapar do sistema imunológico ► Coagulases: coagulam o fibrinogênio no sangue, ela fica protegida no coágulo ► Quinases: degradam a fibrina e elas conseguem sair do coágulo Componentes da parede celular: por exemplo Streptococcus pyogenes possui uma proteína M que a aderência auxilia na resistência a fagocitose ou a Nisseria gonorrhoeae que é um patógeno intracelular e possui uma proteína OPA que estimula a fagocitose e a Micobacterium tuberculosis que possui o ácido micólico que aumenta a virulência, pois ela cria uma resistência a digestão por fagócitos. Variação antigênica Invasão celular: dentro da célula ela fica escondida do sistema imune (estimula a fagocitose para invadir a célula) − Dano ao tecido do hospedeiro → Utilizam nutrientes Ferro é essencial para o crescimento microbiano, eles secretam uma proteína que remove o ferro das proteínas transportadoras e quelam ao ferro → Dano direto Usa a célula aderida para obter nutrientes e liberar metabólitos Patógenos intracelulares se replicam na célula até causar um rompimento na mesma Ação de enzimas para entrar na célula causa um dano → Produção de toxinas É um fator primário que contribui a patogenicidade Substâncias de origem microbiana capaz de causar danos ao hospedeiro Exotoxinas: Quando a bactéria sofre lise ela libera as endotoxinas (exclusiva das bactérias gram-) Endotoxinas: A bactéria produz a toxina e a secreta para o meio Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO microbiota O que é? − São microrganismos que colonizam o corpo humano, mas não causam doença, habitam a pele e mucosas de pessoas sadias Papel na saúde humana Mutualismo − Ambos organismos são beneficiados (bactérias produzem vitamina K, algumas vitaminas do complesxo B) − Nosso intestino proporciona um bom ambiente para sobrevivência delas Comensalismo − Um organismo se beneficia e o outro não é afetado Maturação do sistema imunológico − As bactérias liberam componentes (LPS, flagelina) que são os PAMPs e os produtos do metabolismo − Há um estímulo do sistema imune pelas bactérias comensais → Pelo contato direto com os PAMPs, o sistema imune é reforçado Proteção contra patógenos − Nossa microbiota nos protege contra patógenos − Antagonismo microbiano: → Uma bactéria que vive no intestino, está acostumada a viver naquele local, então ocorre uma competição de nutrientes entre os micróbios → Produzem substâncias antagonistas que prejudicam invasores → Competem pelo sítio de adesão − Microbiota vaginal: → Formada por lactobacilos (mantem um ph 4) → Maioria dos patógenos não crescem nesse ph → Quando ocorre uma alteração no ph, pode ocorrer o crescimento da cândida albicans (candidíase) − A microbiota mantém a população de Clostridium difficicle controlada (compete por nutrientes e produz bacteriocinas) → Se temos algo que perturbe nossa microbiota, como uso de antibióticos de amplo espectro, ele consegue se desenvolver → Causa diarreia Aumento da capacidade metabólica − As bactérias auxiliam na digestão de alguns componentes do alimento − Síntese de vitaminas − Produção de AG de cadeia curta − Degradam toxinas Fatores que influenciam na composição e distribuição da microbiota − Nutrientes: → Ex: se fornecemos apenas carboidratos complexos para a microbiota, favorecemos o crescimento de bactérias que metabolizam carboidratos complexos − Fatores físicos: → pH, O2, CO2, salinidade − Defesa do organismo hospedeiro − Fatores mecânicos: → Mastigação, movimentos peristálticos, fluxo salivar e mucos * Cada microrganismo possui condições ótimas para seu crescimento, então, as condições do nosso corpo irão definir se essas bactérias conseguem ou não viver ali Microbiota e a camada mucosa intestinal − O muco é formado por glicoproteínas, que servem como sítios de adesão e fonte de carbono para bactéria − O muco varia de pessoa para a pessoa (fatores genéticos influenciam na composição da nossa microbiota − Nosso intestino é um microambiente onde há as maiores densidades do planeta Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Como tudo começa? − A via em que nascemos já começam a definir nossa colonização (parto vaginal – lactobacillus; cesárea – bactérias do ambiente) − Com o passar do tempo há um aumento da diversidade bacteriana, que é influenciado pela dieta (amamentação ou fórmula), ambiente que se expos, uso ou não de antibiótico − Perto dos 3 anos temos a microbiota mais consolidada Leite materno − O colostro é rico em microrganismos − Oligossacarídeos que nosso corpo não metaboliza → São muito bem metabolizados por bactérias da nossa microbiota (alimento para bactérias – bifidobacterium) − É um excelente prebiótico − Quando há a introdução alimentar, os microrganismos vão sendo introduzidos Onde nosso corpo é colonizado? − Pele, trato gastrointestinal, boca, trato urogenital inferior, trato respiratório superior, ouvido externo * Algumas regiões são estéreis: sangue, urina, líquor, maioria dos órgãos, bexiga (se há presença, há algum processo infeccioso) − 70% da microbiota é encontrada em nosso intestino → Essa quantidade é aumentada desde o estomago até o cólon → Prevalência: Firmicutes, Bacteriodetes e actinobactérias Manutenção da homeostase da microbiota − Fatores que influenciam: → Alimentação, metabolismo, nutrientes → Variação genética individual → Tipos de bactérias que temos * Quanto mais diversidade de bactérias, mais saudável é nossa microbiota − Desbiose: corpo tende a doença Fungos Características gerais − São eucariotos (núcleo, organelas) − Heterotróficos (não faz fotossíntese – secretam enzimas e absorve os nutrientes) → Parede celular constituída de quitinas e glicana que impede os fungos de realizar fagocitose − Multicelular ou unicelular ou dimórficos − Possuem um ambiente que é bom para seu crescimento − Mais diferentes relações com os outrosseres vivos Relação: homem/fungo − A diversidade dos fungos, reflete nas diferentes interações dos fungos com o ser humano − Maior parte delas são benéficas (metabolitos, biomassa, fermentação) − Há também as relações negativas (micoses, alergias, fitopatógenos) Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Importância − Decomposição de matéria orgânica (ciclagem de nutrientes) − Relação de simbiose com plantas (micorrizas), algas (liquens) e animais − Indicadores de qualidade ambiental − Controle biológico de algumas pragas − Fermentação → Biológica: pão, cervejas, vinho → Produção de queijos: roquefort, camembert, gorgonzola → Cogumelos comestíveis − Produção de substâncias → Síntese de vitaminas (cândida utilis – tiamina, biotina, riboflavina) → Micotoxinas que podem nos levar ao câncer (perigo em amendoins) → Alucinógenos → Produção de antibióticos: penicilium – penicilina − Industria → Biotecnologia e melhoramento genético → Agentes de biodeterioração em monumentos históricos: madeiras, rochas, tecidos → Deterioração de alimentos − Fitopatógenos → Grande impacto econômico (lavouras são perdidas quando há a contaminação com eles) − Patógenos humanos → Micoses sistêmicas e cutâneas → Micoses oportunistas Classificação quanto à morfologia Unicelulares − Conhecidos como leveduras − Células arredondadas ou ovaladas − Crescem por brotamento − Algumas leveduras conseguem formar pseudo-hifas Multicelulares − Fungos filamentosos ou que formam micélios − Cresce na forma de hifa − Estruturas tubulares e rígidas que vão se ramificando − Aseptadas − Septadas (possui como se fosse uma parede separando as células) − O fungo produz esporos e a partir dele, vão se ramificando as hifas − Conjuntos de hifas: micélios (que crescem constantemente) − A “cabecinha” dos fungos (cogumelos) são a estrutura reprodutora CRESCIMENTO DAS HIFAS − Ocorre sempre pela ponta das hifas − A parede celular é um pouco mais fina → Onde o fungo cresce e há o local de absorção de nutrientes − Nessas extremidades, há um acúmulo de vesículas derivadas do reticulo endoplasmático no ápice das hifas → Enzimas envolvidas na degradação e síntese de uma nova parede para crescimento Dimórficos − Geralmente patogênicos − Quando está a 25° cresce em forma de hifa − Quando está a 37° passa a crescer na forma de levedura − Ex: Paracoccidioides brasiliensis que causa uma micose muito comum no Brasil → Vive no solo e quando inalamos seus esporos, eles se alojam no pulmão → Quando muda a temperatura, ele começa a crescer na forma de levedura Estrutura celular Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Parede celular − Cada espécie de fungo possui uma composição de parede − Tem glucana, quitina, melanina Crescimento − Temperatura, pH, luz, atmosfera, umidade − Oxigênio: aerobiose (aeróbios estritos ou aeróbios facultativos) − Carboidratos – c orgânico − Crescimento e esporulação dos fungos: influenciados por diversos fatores físico-químicos como temperatura, pH (prevalência por pH mais baixo), umidade, calor, teor de oxigênio pressão, luz, radiações − Nutrição: absorção e endosmose (difusão orgânica – exterior para interior) → Produzem as mais diferentes enzimas, secretam no ambiente para absorver os nutrientes − Heterotróficos – matéria orgânica − Obtenção de energia: respiração e fermentação (leveduras) Taxonomia − Taxonomia natural: características fisiológicas, bioquímicas − Taxonomia molecular: sequencias de DNA, análise filogenética − O reino dos fungos é dividido em 4 filos: Chytridiomycota, Neocallimastigomycota, Zygomycota, Ascomycota e Basidiomycota. Reprodução − Assexuada (mitose): ocorre com grande frequência → Produção de conídios (esporos ou brotos) – relacionados com a dispersão dos fungos → Esporos são levados pelo ar, germinam e começa a produção de uma hifa → Muito utilizada como critério taxonômico − Sexuada (meiose): células fúngicas que se fundem, ocorre o crossing over e então a meiose → Ocorre para aumentar a variabilidade genética → Zygomycota sofre a reprodução assexuada, produz os esporos e em um momento ocorre a reprodução sexuada ► Há diferentes mating types que se fundem, ocorrendo a plasmogamia (fusão das células) ► Fusão dos núcleos (Karyogamia) e então a meiose ► São produzidos esporos que se dispersam no ambiente → Ascomycota os esporos sexuados se formam dentro de pequenos sacos (aspos) após a plasmogamia → Basidiomycotas ao realizar a reprodução sexuada, precisa formar um corpo de frutificação ► Após a plasmogamia se formam o basidiocarpo (estrutura reprodutiva) ► Depois ocorre a karyogamia e então meiose * Reprodução assexuada ocorre para aumentar a quantidade de fungos e a sexuada gerar variabilidade genética vírus Características gerais O que são? − São microrganismos de grande simplicidade − Parasitas intracelulares obrigatórios Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO − É acelular, não possui um metabolismo, ele invade uma célula e usa a maquinaria dela para produzir novos vírus → Não crescem, não metabolizam e não sofrem divisão − Possui apenas um tipo de material genético (ou DNA ou RNA) Estrutura básica Genoma − Produz dois tipos de proteínas − Estruturais: proteínas que formam o vírus em si → Proteção do genoma → Reconhecimento da célula → Atividade biológica − Não estruturais: responsáveis por dominar e comandar o metabolismo das células → Atividade enzimática Replicação de ácido nucleico Proteólise Modificações → Regulação gênica Capsídeo − Proteínas codificadas pelo genoma viral − Envolve o ácido nucleico (proteção do genoma) − Função estrutural e proteção − Protege e da rigidez − Da o formato do vírus Ácidos nucleicos − Genoma viral − DNA ou RNA → Fita simples, fita dupla, segmentado ou circular − Influência na taxa de mutação do vírus → Pois nossas células possuem um sistema de reparo eficiente para DNA → Os que mutam facilmente, geralmente são os que usam RNA * O vírus da gripe é de RNA com DNA segmentado (maiores taxas de mutação) − Todos os vírus possuem a produção de um RNAm (primeira coisa que fazem ao entrar em nossas células) Envelope viral − Quando o vírus vai sair, ele leva um pedaço da membrana do hospedeiro − Ele recobre esse envelope por glicoproteínas que vão auxiliar na penetração da célula do hospedeiro → São importantes para o reconhecimento da célula do hospedeiro * Vírus que tem capsídeo são menos resistentes, pois as glicoproteínas são mais facilmente degradadas do que proteínas * Apenas alguns vírus possuem o envelope Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Replicação na célula hospedeira − Ocorre a interação da superfície externa do vírus com a membrana da célula do hospedeiro − O vírus penetra na célula e faz ela sintetizar seus componentes (proteínas e ácidos nucleicos) com base no seu código genético transcrito pela polimerase viral e com o uso de parte do maquinário celular. − Os componentes virais se agrupam no citoplasma ou núcleo formando novas partículas ou vírions − Depois a célula monta a partícula viral e então os vírus são liberados da célula hospedeira e vão infectar novas células, perpetuando a espécie ADSORÇÃO − É uma das etapas mais importantes e está relacionada com a transmissão e infecção de um vírus − Ele só penetra na célula se a célula tiver o receptor adequado (modelo chave e fechadura) − Proteínas que interagem com a célula hospedeira: → Vírus envelopados: glicoproteínas → Vírus não envelopados: projeções do capsídeo * É a fase que determina se aquela célula é suscetível ou não a infecção, determina o tropismo e a patogenia PENETRAÇÃO / DESENCAPAMENTO − Muda dependendo de o vírus ser ou não envelopado→ Envelopado: duas membranas têm a tendência a se fundir e quando isso acontecer, o capsídeo é liberado dentro da célula hospedeira → Não envelopado: precisa induzir a célula à formação de uma vesícula (endocitose) DESNUDAMENTO − O capsídeo sofre alterações após a entrada na célula, ele se rompe e libera seu genoma dentro do citoplasma − Se for RNA fica no citoplasma e se for DNA vai para o núcleo da célula SÍNTESE − Síntese dos componentes virais usando a maquinaria da célula hospedeira. − Cópias do material genético, enzimas, proteínas estruturais, glicoproteínas do envelope − Transcrição de genes precoces (não estruturais) e genes tardios (estruturais) MONTAGEM − Passo crucial na replicação viral → macromoléculas quimicamente distintas vão ser transportadas para um ponto da célula onde são reunidas e montadas, gerando novas partículas virais − Os vírus se utilizam dos mecanismos intracelulares de endereçamento para enviar seus componentes para o local correto de montagem dos vírus LIBERAÇÃO − Vírus não envelopados sofrem lise − Os vírus envelopados se aproximam da membrana até que se soltem e carreguem pedaços da membrana com eles − Adsorção - ligação do vírus a célula hospedeira. − Penetração e desnudamento - entrada e liberação do genoma viral na célula hospedeira. − Síntese - produção dos componentes virais usando a maquinaria da célula hospedeira. − Montagem/maturação - o capsídeo se combina com o material genético e as partículas virais se tornam completas. − Liberação das Novas Partículas - saída dos vírus recém- produzidos da célula hospedeira Ana Beatriz Freitas | CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO Coloração de gram A A − A
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