Microbiologia - Introdução a microbiologia

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Microbiologia 
Introdução a bacteriologia 
Microbiologia 
É inteiramente destinada ao estudo dos microrganismos (bactérias, 
fungos, vírus, protozoários), e do modo como eles funcionam. Além 
disso, trata a diversidade, evolução e ecologia das células microbianas. 
 Consiste no entendimento da natureza e funcionamento 
do mundo microbiano 
 É a aplicação do nosso entendimento acerca da 
microbiologia, para benefício da humanidade e do planeta 
Terra. 
A microbiologia é dividida em: 
 Microrganismos celulares 
 Bactérias 
 Fungos 
 Algas unicelulares 
 Protozoários 
 Microrganismos Acelulares 
 Vírus 
 Viróides 
 Príons 
Microrganismos 
 Eles existiam na Terra há bilhões de anos antes do 
surgimento das plantas e dos animais. Isto é, eles foram 
as primeiras formas de vida na Terra. 
 São as menores formas de vida que estavam presentes 
 Coletivamente eles constituem a maior parte da biomassa 
da Terra e executam muitas reações químicas essenciais 
para os organismos superiores. 
Atividade das Células Microbianas 
 Propriedades de todas as células 
 Metabolismo: Eles possuem metabolismo para 
sobreviver, porque necessitam da produção de 
energia, ou seja, precisam da produção de ATP 
para produzir energia. Além disso, o 
metabolismo é dividido em dois tipos: 
 Anabolismo: Sintetiza alimentos 
 Catabolismo: Degrada alimentos 
 Crescimento: As células bacterianas precisam 
se multiplicar, porque crescendo através da 
utilização de seu metabolismo e nutrientes ali 
presente elas conseguem formar novas células 
filhas. Então, é somente a partir da 
multiplicação bacteriana que essa célula 
sobrevive. Caso contrário, ela poderá formar 
esporos (é uma forma de resistência 
bacteriana para conseguir se manter viva). 
Portanto, o objetivo da célula bacteriana é se 
multiplicar para perpetuar sua espécie. 
 Evolução: As células microbianas em geral tem 
grande capacidade de evolução. Isso significa 
que elas se diferenciaram de uma célula 
ancestral e formaram espécies distintas. 
 Propriedades de algumas células microbianas 
específicas 
 Diferenciação: Algumas células podem formar 
novas estruturas celulares, como os esporos, 
os quais são estruturas de resistência 
bacteriana. Diante disto, essas estruturas 
serão formadas quando a célula estiver sob 
estresse físico ou químico e com falta de algum 
nutriente. 
 Comunicação: Elas podem se interagir uma 
com a outra, e esta interação acontece sobre 
um poro, os quais são chamados de 
metabólicos químicos. Estes metabólicos são 
liberados pelas células microbianas e é através 
deles que elas se comunicam. Portanto, trata-
se de uma comunicação através de espécies 
químicas. 
 Intercâmbio genético: Acontece quando uma 
célula doadora que possui DNA e doa-o para 
uma célula receptora. Exemplo: Transferência 
de material genético, principalmente, nas 
bactérias de resistências. Então, o gene pode 
ser passado de uma bactéria de resistência 
para outra que não seja resistente, e é a 
partir daí que ela irá se tornar resistente. 
 Motilidade: Existe a motilidade por meio do 
flagelo e outra por meio do deslizamento. 
Posto isto, algumas bactérias possuem 
proteínas em sua membrana e elas fazem uma 
espécie de deslizamento sobre a superfície. E 
existem bactérias que possuem caudas para 
auxiliarem na sua locomoção, como os flagelos. 
Estruturas e funções das células 
microbianas 
Estruturas são compartimentos vivos que interagem com o meio 
circundante e com outras células de forma dinâmica. Suas estruturas 
em geral são: 
 Procarioto (Bactérias) 
 São células menores 
 Cromossomos: Possuem um menor número de 
cromossomos, além disso possuem DNA circular 
(plasmídeos). 
 Membrana nuclear: ausente 
 Aparelho mitótico: ausente 
 Mitocôndria: Ausente 
 Cloroplasto: ausente 
 Aparelho de golgi: ausente 
 Retículo endoplasmático: ausente 
 Lisossomos: ausente 
 Ribossomos: são 70S (dividido em sublimidade 50S 
e a outra em 30S) e estão distribuídos no 
citoplasma. 
 Membrana citoplasmática: sem esterol 
 Peptidoglicano 
 Eucariotos 
 São células maiores 
 Cromossomos: Possuem um maior número de 
cromossomos. 
 Membrana nuclear: presente 
 Aparelho mitótico: presente 
 Mitocôndria: presente 
 Cloroplasto: presente 
 Aparelho de golgi: presente 
 Retículo endoplasmático: presente 
 Lisossomos: presente 
 Ribossomos: são 80S, e estão ligados a membrana. 
 Membrana citoplasmática: com esterol 
 Peptidoglicano: ausente 
Evolução das Células microbianas 
Antigamente, aproximadamente 6 bilhões de anos, não existia 
nenhuma estrutura presente na Terra, só havia a presença de 
compostos químicos. Logo, começou a surgir a vida celular, e a partir 
dela surgiram as primeiras estruturas chamadas de bactérias 
amórficas (sem oxigênio ou anoxigênica). Por conseguinte, estas 
bactérias fototrópicas foram se diferenciando e originaram as 
cianobactérias. Consequentemente, estas cianobactérias fizeram a 
produção de oxigênio através do metabolismo, e a partir daí a Terra 
deixou de ser anóxica e começou a ser oxigenada lentamente. 
 Posto isto, ocorreu a evolução das espécies e surgiram os 
primeiros eucariotos. Diante disso, originou-se uma diversidade de 
algas e através destas o teor de oxigênio da Terra aumentou, e 
assim esta passou-se de lentamente oxigenada para muito 
oxigenada. 
 Mediante a essa diversidade de algas e o aumento da 
presença de oxigênio, os eucariotos foram se diferenciando e 
acarretou nos primeiros invertebrados. Logo depois, surgiram as 
plantas vasculares e adiante vieram os mamíferos e os seres 
humanos. 
 Em suma, tudo isso teve início por meio das bactérias 
Além disso, há uma teoria que diz que o LUCA, foi o primeiro 
ancestral comum que todas as espécies tiveram, e foi ele quem deu 
origem as bactérias amórficas, diferenciando os grupos em: 
 Bactérias 
 Arqueas 
 Eucárias 
Portanto, todas as bactérias fototrópicas foram responsáveis pela 
primeira oxigenação das células. 
Diversidade das Células Microbianas 
Diferentemente das plantas e animais, os quais os ossos, 
fósseis, folhas e similares podem ser utilizados na reconstrução de 
filogenias, estes restos não estavam disponíveis para orientar a 
construção de uma árvore evolutiva microbiana. Isto é, as bactérias 
são diferentes, nos eucariotos a evolução se dá a partir da teoria 
evolucionária, a qual diferenciava as espécies de acordo com a 
evolução, se tinha um membro em comum e etc. 
Já as bactérias não tinham estes ancestrais para serem 
identificadas, porque antigamente a teoria evolucionária era feita a 
partir dos fósseis, deterioritos e análises filogenéticas presentes nos 
materiais e nas bactérias não se encontravam estes materiais, 
porque eles já haviam se perdido, mutado ou diferenciado. 
Então, a partir de 40 anos atrás surgiram as análises 
moleculares chamada de “Era Genômica”. A partir daí foi possível 
crescer a área da bacteriologia de maneira exponencial, porque 
através das tecnologias para identificar estes genes foi possível 
incorporar e diferenciá-los. E estes são diferenciados por meio de 
uma estrutura comum entre todos, e a estrutura utilizada para 
análise filogenética são os ribossomos da unidade 70S. 
No entanto, as descobertas realizadas nos últimos 40 
anos ou mais, tem demonstrado claramente que cada célula contém 
um registro de sua história evolucional incorporada em seus genes. 
A tecnologia para revelar a fotogenia de um 
microrganismo a partir dos seus genes de RNA ribossomal já se 
encontra bem desenvolvido, e a partir de apenas algumas células, 
uma árvore filogenética que mostra a posição de qualquer 
organismo em relação aos seus adjacentes pode ser construída. 
 Então, os genes que codificam RNA ribossomais 
aparecem como excelentes indicadores da diversidade microbiana. Eé a partir desta tecnologia que se sabe se as bactérias é Gram 
positiva ou Gram negativa. 
 Essa tecnologia ocorre através da: 
 Extração de DNA da célula 
 Produção de gene, multiplicando o DNA presente, de 
maneira laboratorial. Mas utiliza-se apenas a parte do 
DNA que codifica o gene do ribossomo 16S. Além disso é 
feito uma estrutura de PCR da amostra. 
 Aumentar o número de cotas de genes 
 A partir do número de cotas faz-se um sequenciamento 
do gene observando a ordem desta sequência. 
 É feito uma análise, através de um banco de dados onde 
estão presente todas as bactérias e estes irão pegar a 
sequência que foi feita, e irão incorporar com todas as 
outras do banco de dados, verificando se ela tem 
homologia ou não. 
 A partir daí será gerado uma árvore que irá identificar 
qual é a proximidade desta bactéria 
 Então será possível diferenciar as bactérias do reino 
arquea e do reino eucária. 
Os microrganismos e seus respectivos 
ambientes 
Os microrganismos possuem seu habitat natural: 
1. A maioria dos microrganismos estão no mar. Cerca de 
66% 
2. Outros microrganismos estão em ambiente terrestre. 
Cerca de 28%. 
3. Ainda encontra-se microrganismos presentes no solo. 
Cerca de 4,8% 
4. E o restante está presente em todos os outros habitats 
representando apenas 1% de todos os microrganismos 
existentes. São aqueles que causam patogenia, 
bioformação de biofilme e etc. Como também, eles não 
gostam de viver em comunidades (colônias), ao contrário 
das bactérias não patogênicas. 
Microbiologia: Contexto Histórico 
A descoberta dos microrganismos está associada a invenção do 
microscópio. Só a partir daí que foi possível esmiuçar as estruturas 
 Robert Hooke 
 O matemático e historiador natural inglês Robert 
Hooke (1635-1703), foi o primeiro a relatar a 
descoberta dos microrganismos. 
 Ele relatou no seu livro, “Micrographia” (1665), o 
qual foi o primeiro livro dedicado as observações 
microscópicas. Hooke ilustrou, entre vários outros 
temas, as estruturas de frutificação de Bolores. 
 Segundo relato 
 Este relato também veio por meio da invenção 
do microscópio, porém foi relatado as bactérias 
e suas estruturas de frutificação, que são os 
fungos. 
 Antoni Van Lewwenhek (1632-1723) 
 Foi o primeiro comerciante holandês e 
microscopista armador a visualizar bactérias. Ele 
descobriu as bactérias em 1676 enquanto 
estudava infusões aquosa de pimenta – 
“pequenos animálculos”. Os quais eram 
pequenas estruturas bacterianas presentes. 
 Ferdinand Cohn 
 Logo depois, Cohn fundou o campo da 
bacteriologia e descobriu os endósporos 
bacterianos (estrutura de resistência), os 
fundamentos para um sistema de classificação 
bacteriana. Além disso, desenvolveu muitos 
métodos altamente eficazes para prevenir a 
contaminação de meios de cultura, como a 
utilização de algodão para fechar os frascos e 
tubos. Posto isto, a partir daí ele observou que 
esterilizando os animálculos estes não estariam 
presentes mais. 
 Louis Pasteur 
 Ele criou experimentos engenhosos provando 
que os organismos vivos não surgem 
espontaneamente a partir da matéria 
inanimada. Pasteur desenvolveu muitos conceitos 
e técnicas centrais para a ciência da 
microbiologia, incluindo a esterilização de vacinas 
para seres humanos e outros animais. 
 Teoria: Ele esterilizou o líquido através do 
fogo, e colocou um gargalo. Partindo daí ele 
percebeu que se o gargalo ficasse por um 
longo tempo o líquido permaneceria estéril. 
Mas, se ele deixasse a garrafa deitada e o 
líquido entrasse em contato com o ar por 
um longo período de tempo este líquido 
apodreceria. 
Então ele percebeu que o ar tinha 
presença de algumas estruturas que 
apodreciam os alimentos. 
 Robert Koch 
 Desenvolveu “Postulados de Koch” para 
conectar as causas e efeitos nas doenças 
infecciosas. Foram os primeiros meios e 
reproduzíveis para obtenção e manutenção de 
microrganismos em cultura pura. 
Foi ele quem deu início a ideia de que os 
microrganismos eram capazes de causar algum tipo 
de doença – identificando isso através de animais 
doentes – Posto isto, ele retirou o sangue do animal 
doente e colocou em um meio de cultura, assim foi 
possível verificar que crescia bactérias nesse meio. 
E se ele inoculasse estas bactérias em um animal 
sadio, este adoeceria também. Assim como, se ele 
retirasse o sangue deste animal sadio seria 
encontrado estruturas que estavam presentes no 
sangue do outro animal doente 
Então, ele observou também que se inoculasse o 
sangue do animal doente em um sadio não haveria 
crescimento destas culturas. Diante disso, ele 
relatou que os microrganismos causavam 
patogenias. 
 Martinus Beijerink e Sergei Winogradsky 
 Eles exploraram o solo e a água em busca de 
microrganismos capazes de realizar processos 
naturais importantes como ciclagem de 
nutrientes, biodegradação de substâncias 
específicas de cultura de enriquecimento e os 
conceitos de quimiolitotroficação de fixação de 
nitrogênio. 
 Século XX 
 Da metade até a última parte do século XX 
surgiram várias subdisciplinas básicas e 
aplicadas da microbiologia. Essas abriram 
caminho para a era contemporânea da 
microbiologia molecular, com as ciências 
genômicas atualmente no centro desse palco.