Morfologia e estrutura bacteriana

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Morfologia e estrutura bacteriana
Maria Cecília Carvalho da Cova – 006 – Microbiologia – 17/09/2020 – Aula 5
As bactérias podem ter 3 morfologias:
· Cocos: a célula é esférica;
· Bacilos: a célula tem formato de bastão. Ex: tuberculose;
· Espiralada: a célula é retorcida;
Além do formato, outro fato importante é o arranjo bacteriano. Depois que a célula se divide ela pode formar 2 células isoladas ou pode originar 2 células que vão permanecer unidas. Quando elas permanecem unidas podem originar diferentes arranjos de células – importante para a classificação das bactérias na microscopia. 
A maioria das bactérias é monomórfica, ou seja, mantém uma única forma, por exemplo, um coco vai continuar sendo um coco independente do lugar que ele está. No entanto, também existem as bactérias pleomórficas, as quais podem assumir diversas formas dependendo das condições do meio em que ela se encontra. Essa forma é mais comum em bacilos, algumas espécies de bacilos, quando as condições do meio de tornam desfavoráveis, as células que vão ser originadas através da divisão dos bacilos, passam a ter formato de cocos. 
OBS: essa relação de pleomorfismo é muito comum em fungos patogênicos também. Quando estão fora do corpo possuem uma forma filamentosa, no entanto, quando estão no organismo adotar uma forma leveduriforme. 
· Cocos
Quando elas se dividem, essas bactérias podem permanecer em pares – diplococos – ou podem ser agrupadas em cadeia (a cada divisão vão se unindo) – estreptococos. 
Além disso, algumas bactérias vão ter 2 eixos de divisão diferentes, ficando agrupadas, portanto, em 4 – tétrade. Terão, também, bactérias que vão ter 3 eixos, que serão as sarcinas – ficam agrupadas em 8 células bacterianas. Quando as bactérias são divididas em 3 eixos diferentes e permanecem unidas, formando como se fosse um cacho de uva, são as estafilococos. 
Os principais cocos de importância médica são o diplococos, estreptococos e a estafilococos. 
OBS: as células, quando se dividem, permanecem agrupadas, mas isso não significa que vira um organismo pluricelular – cada célula continua agindo de maneira individualizada (unicelular).
· Bacilos
Quando os bacilos se dividem também podem permanecer unidas. Diferente dos cocos, os bacilos somente vão se dividir em 1 plano, portanto, apenas podem permanecer unidos lateralmente.
 Existem os bacilos isolados (ex.: bacilo de Koch); existem bacilos que se dividem e permanecem agrupados em pares – os diplobacilos. Quando formam uma cadeia são os estreptobacilos. Os cocobacilos são bacilos curtos que podem, também, permanecer unidos (são tão pequenos que podem ser confundidos com os cocos). 
· Espiralada 
Existem 3 tipos de bactérias espiraladas: vibriões, espirilo e espiroqueta. 
As bactérias vibriões possuem formato de vírgula, portanto, vão apresentar apenas uma curvatura. Ex.: Vibrio cholerae (causador da cólera).
Os espirilos possuem a célula totalmente recurvada/espiralada. As células dos espirilos vai ser rígido e a locomoção será realizada por flagelos. 
As espiroquetas vão ser bactérias com células flexíveis e que vão se locomover por meio de filamentos axiais (ou endoflagelo – é um flagelo que se enrola em toda a célula da espiroqueta) contidos dentro de uma bainha externa flexível. Isso é o que vai diferenciar dos espirilos, já que são bastante semelhantes. Ex.: Treponema pallidum (causadora da sífilis). 
· Estruturas externas à parede celular
· Flagelos 
Os flagelos são apêndices filamentosos relativamente longos. São formados pela proteína flagelina. Os flagelos das células procariontes vão girar para empurrar a célula, promovendo o movimento da célula. 
Com relação ao flagelo, as bactérias podem ser classificadas de 4 maneiras. 
OBS: bactérias esféricas não possuem flagelo, são comuns em bactérias em formato espiralado (vibriões e espirilos) e de bastonete. 
Os flagelos peritríqueo são aqueles que partem da lateral da célula bacteriana. Quando os flagelos saem dos polos da célula, são chamados de polar, sendo que esse flagelo ainda pode ser classificado de acordo com a quantidade de flagelos – monotríqueo; lofotríqueo (vários flagelos saindo de um polo) ou anfitríqueo (flagelos saindo de ambos os polos da célula). 
· Movimento flagelar
As bactérias podem ser divididas em dois grandes grupos – as bactérias gran positivas e as gran negativas. De acordo com o tipo de bactéria, terão diferenças na estrutura dos flagelos. No entanto, algumas coisas não mudam; o flagelo bacteriano sempre vai ter o filamento, um gancho que vai unir o filamento ao bastão – corpo basal que fica ancorado na parede celular. O gancho vai ser curvado justamente para reproduzir o movimento do flagelo bacteriano. 
O corpo basal é formado por uma série de anéis proteicos, que vão variar de acordo com o tipo de bactéria. As bactérias gran negativas possuem 4 anéis – L (mais externo) que fica em contato com a membrana externa das bactérias; P que fica ancorado na parede celular da bactéria (parede celular de peptideoglicano); NS e C que ficam ancorados na membrana plasmática (membrana interna). As bactérias gran positivas possuem apenas o anel NS e C. Os anéis proteicos servem para ancorar o corpo basal. 
Além dos anéis proteicos, tem um bastão que vai atravessar esses anéis e, na parte de baixo, vai ter uma espécie de rotor, composto pelas proteínas Mot e Fli. Essas proteínas precisam girar para que o bastão possa girar e, com isso, o gancho gira. A proteína Mot é uma proteína que vai servir como um canal de prótons H+ que, quando passam pela proteína Mot, faz com que as proteínas Fli girem e, consequentemente o bastão gira. Isso acontece pelo fato dos prótons que vão fluir por dentro da Mot exercer uma força nas cargas que estão nos anéis NS e C e que também estão nas proteínas Fli – quando encontra uma carga positiva, repele, quando entrar em contato com uma negativa, atrai e com isso vai produzindo o movimento giratório. 
· Filamentos axiais
As células espirais que se movem por meio de um filamento axial (endoflagelo) são chamadas de ESPIROQUETAS.
Os filamentos axiais são similares aos flagelos, exceto que eles se enovelam em torno da célula.
· FÍMBRIAS E Pili – formados pela proteína pilina
As fimbrias ajudam as células a aderirem as superfícies – são apêndices mais curtos, delgados e estão presentes em maior quantidade ao longo de toda a célula. Essas fímbrias são formadas por uma proteína chamada pilina. 
Os pili estão envolvidos na motilidade por translocação (deslizamento) e na transferência de DNA – transferência horizontal de genes. O pili tem a mesma estrutura que uma fimbria, mas ele é muito longo. Uma bactéria que tem o gene para produzir o pili consegue transferir DNA para uma célula receptora. As bactérias podem se aderir a superfícies e utilizar o pili para poder se movimentar (diferente do flagelo que é por propulsão). 
· Parede celular
A parede celular das bactérias é uma das mais resistentes que existem e quem vai dar essa característica é o peptideoglicano (componente chave da parede celular bacteriana). Essa parede pode ter algumas diferenças e, com base nessas diferenças, é possível distinguir algumas bactérias em 2 principais grupos: gran positivas e gran negativas. Além dessas, existem as microbactérias que também vão possuir peptideoglicano na parede celular, porém também terão ácido glicólico (parede celular álcool-ácido). A parede celular circunda a membrana plasmática e possui a função de proteger a célula da lise osmótica e mantém a forma celular. O formato da célula bactéria vai depender da parede celular.
OBS: os tipos mais comuns de antibióticos são aqueles que atuam a nível de parede celular. Esses antibióticos não necessariamente vão destruir a parede, mas impedem que sintetizem uma nova parede celular – fica sem parede e, com isso, fica extremamente frágil à lise celular. 
A membrana plasmática das células bacterianas não possuem esteróis, já que a função deles nas células é aumentar a rigidez (tornar a membrana mais estática, já que se for muito fluida ela fica
muito frágil). Nas células bacterianas, no entanto, essa rigidez extra não é necessária já que o peptideoglicano irá conceder toda rigidez necessária para proteção da célula. 
OBS: nem todas as bactérias possuem parede celular, como as bactérias do gênero Mycoplasma, portanto, elas seriam muito frágeis se não tivessem colesterol em sua membrana, ou seja, vão precisar da presença dos esteróis na membrana plasmática.
· Peptídeoglicano
- Polissacarídeo composto por: N-acetilglicosamina (NAG) e ácido N-acetilmurâmico (NAM). 
- Além dos polissacarídeos, tem-se os aminoácidos que vão ser responsáveis por formar a parte dos peptídeos. 
Os aminoácidos vão se ligar aos polissacarídeos, formando um esqueleto de aminoácidos, chamado de ligações peptídicas cruzadas. Serão essas que irão conferir a resistência dessa parede celular.
· Paredes celular gran positivas
No peptídeoglicano gan positivo tem uma maior de aminoácidos, constituindo uma ponte interpeptídica. Essa ponte (formada principalmente por glicina) permite que o peptideoglicano da parede celular de bactérias gran positivas possa fazer mais ligações peptídicas cruzadas do que o peptídeoglicano gran negativo, já que ela não possui essa ponte interpeptídica. Dessa forma, quanto mais ligações cruzadas, maior a resistência. 
Devido a possibilidade de um maior número de ligações cruzadas, a parede celular gran positiva é formada por mais camadas de peptídeoglicano, portanto, é mais espessa, por isso é mais resistente. 
OBS: a gran positiva é mais resistente contra estresse mecânico, porém mais sensível aos antibióticos e a enzimas bactericidas que o corpo produz (ex: lisozima). A lisozima vai atuar no peptideoglicano, rompendo as ligações glicosídicas entre NAG e NAM e, com isso, ele acaba abrindo.
OBS: na célula bacteriana gran negativa terá a presença de uma membrana externa, diferente da gran positiva. Essa membrana externa seria como se fosse uma extensão da parede celular (componente da parede celular). A membrana externa vai funcionar como uma barreira física, diminuindo a ação da lisozima. 
Ligado ao peptideoglicano, a parede celular das bactérias gran positivas também apresentará ácidos teicoicos (exclusivos da gran positivas). Esse ácido pode estar estruturado na parede celular de duas formas: formando o próprio ácido teicoico – quando está inserido ao peptideoglicano – ou ácido lipoteicoico – quando ele está ligado a própria bicamada lipídica da membrana. Esse ácido aumenta ainda mais a resistência do peptideoglicano. Esse ácido também vai ter função antigênica, será ele a fornecer boa parte da especificidade antigênica das bactérias gran positivas (vão induzir uma resposta inflamatória).
· Parede celular gram-negativa 
Não vão possuir o ácido teicoico e também terão poucas camadas de peptideoglicanos e, por isso, terá uma camada fina. No entanto, como característica diferencial, terão uma membrana externa. 
Na membrana externa tem 2 componentes que não estão na parede celular da gram-positiva: lipídio A e o polissacarídeo O. juntos, esses dois componentes vão formar o componente lipopolissacarídeo (LPS). O polissacarídeo O vai funcionar como antígeno e o lipídeo A é uma endotoxina.
OBS: as bactérias podem produzir 2 tipos de toxinas, a exotoxina (mais comum e mais patogênicas) e a endotoxina (menos comuns e menos patogênicas). As endotoxinas são um produto exclusivo de bactérias gram-negativas, porque só ela possui membrana externa e, com isso, o LPS. A bactéria gram-negativa só vai liberar a endotoxina quando ela é lisada pelas células de defesa ou por um agente químico. 
OBS: o espaço periplasmático é o espaço entre o peptídeoglicano e a membrana externa. 
(Só uma representação, tem que olhar no slide. Wagner falou que é um quadro importante!!!)
OBS: as bactérias gram-positivas ficam coradas de roxo e as gram-negativas ficam coradas em rosa-avermelhado na coloração de gram. Isso ocorre justamente pela espessura do peptideoglicano. 
· Paredes celulares atípicas
Nem todas as bactérias possuem parede celular – Mycoplasma, por isso precisam dos esteróis. 
Outra parede celular atípica é a parede celular álcool-ácido resistentes que é a parede das microbactérias (ex: Mycrobacterium tuberculosis e Mycrobacterium leprae). Nessas paredes celulares existe uma camada de ácido micólico externa (confere resistência) associada a fina camada de peptideoglicano. Esse ácido micólico é muito resistente, já que ele protege essas bactérias da digestão por lisossômica (macrófago não consegue digerir muito bem). As microbactérias serão as mais resistentes à ação de agentes químicos (agentes desinfetantes).
· Cápsula e camada viscosa 
· Cápsula
A cápsula é um fator contribuinte para a virulência, dessa forma, bactérias com cápsula são mais virulentas. É o componente mais externo que envolve as células bacterianas, podendo ser polissacarídica (ex: Strptococcus pneumoniae) ou polipeptídica (ex: Bacillus anthracis). 
Por ser uma camada mais externa, a cápsula vai esconder os antígenos de superfície das células bacterianas. Isso faz com que a bactéria não seja identificada pelo sistema imunológico e, com isso, não aparece para as células fagocitárias. No entanto, o sistema imune tem a capacidade de produzir um anticorpo anti-capsular (só assim que cria anticorpo para a bactéria capsular) que consegue detectar a cápsula e, assim, os anticorpos conseguem dirigir uma resposta contra essas bactérias mesmo com a presença da cápsula. 
Além disso, a cápsula é um importante fator de aderência, na qual vai estar associada a adesão das bactérias a superfícies (ex: mucosa). Essas bactérias podem formar um biofilme que é, na verdade, um agregado de bactérias que vão se aderindo umas às outras graças a presença da cápsula. O biofilme é muito resistente, dessa forma, quando essas bactérias fazem o biofilme, elas vão ser bem resistente a agentes químicos, por exemplo (as bactérias que estão mais no centro do biofilme não são afetadas). O biofilme vai fazer, também, a proteção da bactéria da perda de água e vai fornecer nutrientes para a bactéria. 
· Camada viscosa ou limosa
Também é uma camada externa e é formada, principalmente, por polissacarídeos. A diferença dela para a cápsula é que a camada viscosa não está aderida à parede celular, portanto é mais frágil, já que está solta, ou seja, ela é facilmente deformável. 
A camada viscosa também vai esconder os antígenos de superfície, mas não tem capacidade de formar biofilme já que é maleável. 
· Estruturas internas à parede celular
· Citoplasma
O citoplasma é o componente liquido dentro da membrana plasmática.
O citoplasma é principalmente agua, com moléculas inorgânicas e orgânicas, DNA, plasmídeos, ribossomos e mesossomos.
· Mesossomos
Os mesossomos são dobras irregulares da membrana plasmática presentes em algumas bactérias. Acreditava-se que o mesossomo atua aumentando a capacidade das bactérias em produzirem ATP (a cadeia transportadoras de elétrons ocorre na membrana, portanto, se tem dobras na membrana, tem um aumento da superfície metabólica). Hoje, sabe-se que os mesossomos não passam de um artefato de técnica, não tem função na célula bacterianas. O mesossomo seria uma estrutura que surge quando as células bacterianas são aos métodos de preparo para a microscopia eletrônica. 
· Nucleoide
Dentro dessas células bacterianas será encontrado o DNA cromossômico delas (DNA que carrega os genes responsáveis pelo crescimento, pela superfície da bactéria), esse DNA é chamado de nucleoide. Esse DNA é diferente das células eucarionte, já que o DNA da célula bacteriana é único (possuem apenas 1 cromossomo) que se organiza em fita dupla, mas está arranjado na forma circular. 
· Plasmídeos
Além do nucleoide, as bactérias também podem possuir os plasmídeos que são fragmentos de DNA (também circular). Os plasmídeos são um tipo de DNA extracromossômico, já que são independentes do DNA cromossômico. Os plasmídeos se replicam de forma independente do cromossomos da célula. 
Eles não possuem genes que são essenciais para
o crescimento bacteriano em condições normais, dessa forma, esses genes podem ser adquiridos ou perdidos pela bactéria sem interferir no crescimento dela em condições normais. O plasmídeo contêm genes associados a essa bactéria quando ela está em condições adversas (ex: ambiente hospitalar com tratamento de antibiótico – gene de resistência aos antibióticos). Também estarão no plasmídeo os genes de virulência que farão com que essa bactéria, por exemplo, produza uma toxina. 
Os plasmídeos podem transportar genes para atividades como resistência aos antibióticos, tolerância a metais tóxicos, produção de toxinas e síntese de enzimas (nenhuma dessas precisa ser produzida em condições normais).
Esses plasmídeos podem ser transmitidos de uma célula para a outra durante a transmissão horizontal de genes – conjugação. Isso é um grande problema, já que as bactérias podem transferir os genes de resistência pra outras bactérias. 
Os plasmídeos são os componentes das bactérias que são utilizados na biotecnologia, devido a facilidade da manipulação dos genes contidos nos plasmídeos, ou seja, podem ser alterados geneticamente para que sejam introduzidos genes humanos nesse plasmídeo (ex: insulina – bactéria passa a produzir insulina). 
· Endósporos 
Os endósporos são estruturas de resistência que algumas bactérias podem produzir em seu interior, são estruturas de repouso e vão ajudar na sobrevivência durante condições ambientais adversas (ex: Bacillus e Clostridium).
O processo de formação desse endósporo é denominado de esporulação. A bactéria em si vai morrer, mas o endósporo viável permanece no ambiente (muito resistente que agentes químicos cotidianos não destroem, somente técnicas de esterilização vão ser capazes de eliminar os endósporos). O endósporo pode ficar no ambiente por anos, mas ele precisa germinar para dar origem a uma bactéria em seu estágio vegetativo, esse processo será o de germinação. Isso só vai acontecer se as condições do meio voltarem a ser adequadas ou por determinados estímulos (ex: temperatura e umidade). 
O endósporo contém somente DNA, pequenas quantidades de RNA, ribossomos, enzimas e algumas moléculas pequenas importantes. 
Durante a germinação, as enzimas do endósporo rompem as camadas extras que o circundam, a água entra, e o metabolismo recomeça.