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Bactérias - O que se estuda em microbiologia? É uma especialidade que estuda os microrganismos, que são organismos que quando visualizados em microscópio, como, por exemplo, os vírus, as bactérias, os fungos e outros, que podem medir cerca de 1 nm a 100 um. - Qual a importância da microbiologia para os profissionais da área da saúde? É o entendimento que alguns microrganismos fazem parte da microbiota de alguns sítios corpóreos, entretanto, menos de 1% são patogênicos. Que afetam principalmente em paciente hospitalizados, aumentando, dessa forma, a morbidade e a mortalidade. E uma vez que se tem o entendimento sobre esses microrganismos, é possível melhor compreender o desenvolvimento de doenças e possíveis medidas para controlar e prevenir essas infecções. - São organismos procariotos, ou seja, não possuem o seu DNA, envolto por uma membrana nuclear. Diferente dos observados pelas células eucarióticas. - Outra característica que diferencia as células eucarióticas das procarióticas, é que as células eucarióticas possuem várias organelas, e muitas delas não estão presentes na célula procariótica. - Unicelulares - Ubíquos (maior massa da terra) - Taxonomia • Reino – Bacteria • Filo – Proteobacteria • Classe - Beta Proteobacteria • Ordem - Burkholderiales • Família - Burkholderiaceae • Gênero - Burkholderia • Espécie - Burkholderia pseudomallei - Nomenclatura • Gênero: 1 letra maiúscula • Espécie: 1 letra maiúscula e 2 minúscula, escritos em itálico ou sublinhados. - Tamanho: Uma célula procariótica é menor que uma célula eucariótica. - Formas (mais comuns) • Cocos: apresentam um formato esférico ou arredondado • Bacilos; apresentam uma forma alongada em forma de bastão • (Espiroqueta/ Espirilo): apresentem um formato em espiral @resumo_student Yngrid Carolina - Arranjo (é quando as formas se agrupam formando um arranjo característico, e isso depende do plano de divisão) • a) Dipococos Esteplococos Possui apenas um plano de divisão, e são ligada aos pares após a divisão Possui apenas um plano de divisão, porém, são ligadas em cadeias b) Tétrades Possui dois planos de divisão, se agrupando em quatro c) Sarcina Três planos de divisão, se dividindo em grupos de oito, ligada uns as outra d) Estafilococos Múltiplos planos de divisão, formando um agrupamento que lembra um “cacho de uvas” • Apresenta uma diversidade menor de arranjos bacterianos, se apresentando por maioria na forma isolada, como é o caso do bacilo único. A nomenclatura lembra a mesma citada pelas características dos cocos. Em alguns casos, os bacilos apresentam um aspecto oval, sendo semelhantes com os cocos, e denominados cocobacilos. - Cromossomo e plasmídeo: regiões que possuem genes bacterianos. - Algumas bactérias possem cápsula - Cromossomo bacteriano • Local no qual o genoma bacteriano está contido • Presente em uma região nucleóide, que não é delimitada por uma membrana • DNA é formado por uma molécula de fita dupla • Cerca de 90% das bactérias possuem cerca de um cromossomo, que é composto por milhares de pares de bases • Plasmídios (circular): possui componente genéticos extracromossômico. Os genes não são essenciais, mas, vão conferir alguma característica importante, como resistência. - Citoplasma • É fluido, formado por um material denso • Rico em proteínas • Contém ribossomos - Ribossomos • São organelas responsáveis pela síntese proteica • Formado por duas subunidades (30s+50s=70s, que representa uma velocidade de sedimentação, que é alcançada por essas duas unidades em uma ultracentrifugação). Difere dos ribossomos dos eucarióticos que é 80s. - Membrana Citoplasmática: • Formada por uma dupla camada de fosfolipídios • Estrutura fluida, denominada mosaico fluido -Permeabilidade seletiva -Contém proteínas transportadoras, que passam moléculas maiores, que não conseguem atravessar a membrana plasmática, que também podem passar por canais denominados “porinas” - Produção de enzimas celulares - Parede Celular: • Localizada externamente a membrana citoplasmática • Confere rigidez estrutural á célula, e é responsável pelo formato • Proporciona uma proteção contra a lise osmótica • É um sítio receptor para proteínas e outras moléculas • Constituída de peptidioglicano, que é um dissacarídeo. • Não é comum a todas as bactérias, pois possuem variação. Sem Parece celular Com parede celular Típica/ Atípica - Apresentado uma quantidade variável de peptidoglicano, por isso, vão apresentar uma resposta diferente a coloração de Gram(violeta), e isso acontece poque a Gram-positiva apresenta uma intensa camada de peptidoglicano, que forma 90% da parede, assim, retém mais a coloração, se apresentando na cor roxa. E no Gram-negativa forma de 5 a 10% da camada de peptidoglicano, não retando muito o corante, se observando em uma cor rosada. - Gram positiva: apresenta uma espessa camada de peptidoglicano, com proteínas associadas a sua parede, importante para a adesão da bactéria, por exemplo, na mucosa do hospedeiro. - Gram negativa: entre a membrana citoplasmática e a membrana externa, há a presença de um PERIPLÁSMA/ ESPAÇO PERIPLÁSMICO, que contém enzimas que são importantes para as funções celulares. E a presença de uma camada delgada de peptidioglicano e, externamente, a presença de uma membrana externa que apresenta uma dupla camada de fosfolipídio, que em algum momento pode ser trocada por polilipossacarídeos. Formado por lipídio-A, que possui uma ação tóxigênica para o hospedeiro, e também polissacarídeos. Dessa forma, se observa que é mais complexa. -Cápsula (elemento externo á parede celular) • Constituída por polissacarídeos ou polipeptídios • É importante para a sobrevivência no hospedeiro • Permite a evasão no sistema imune, por meio da fagocitose • Proteção contra o dessecamento, ou ação de raios ultravioletas ou agentes químicos ou físicos. Flagelos (elemento externo á parede celular) • Confere movimento á célula • Formado pela proteína flagelina • Mais comum em bacilos quem em cocos • Localização e quantidade variáveis Atríquia Não possui flagelo, assim não possui motilidade Monotríquia Possui apenas um flagelo Lofotríquia Possui um tufo de flagelos Peritríquia Possui flagelos distribuídos em toda a superfície bacteriana Anfitríquia Possui flagelo em dois polos da célula bacteriana - Fímbrias e pili (elemento externo á parede celular) • São estruturas menores, mais curtas e mais numerosos que os flagelos. • Essa estrutura é importante para a aderência ás células do hospedeiro e outras superfícies. • Pilus sexual: é importante para a conjugação bacteriana, e assim a doação de material genético de uma bactéria para outra. - Endósporo (esporos) • Em situações de estresse nutricional, físico ou químico, as bactérias sofre um processo de esporulação, que é a transformação da célula vegetativa em esporos. • Esporo é uma estrutura de resistência, e apresenta uma atividade metabólica mínima, para permitir sua sobrevivência nessa condição por longos períodos. - Bactérias que tem capacidade de virar esporos, são do gênero: • Clostridioides • Clostridium • Bacillus 1. Inicialmente a bactéria duplica o seu material genético. 2. Formação de um septo, que inicia o isolamento desse material que foi recentemente sintetizado 3. Formação de um citoplasma e uma membrana que envolve o material que foi formado 4. Formação de uma camada de peptioglicanos e uma camada de uma capa nesse esporo, que é uma capa proteica que protege o esporo, e é considerada a principal responsável pela resistência aos agentes químicos - Esporo pode ser formando tanto na regiãoterminal, como na região mais central. - Os esporos são bastante resistentes, e quando encontra um ambiente adequado sem estresse, isso permite que eles germinem, e consequentemente ter a conclusão do ciclo, voltando a sua forma vegetativa - O crescimento é o aumento do número de células, e não no tamanho. - As bactérias vão ser dividir por um processo de divisão binária. - Para que esse processo ocorra é necessário a disponibilidade de nutrientes, para que ocorra a síntese de material genético e de proteínas. - O crescimento bacteriano é exponencial, pois uma bactéria vai dobrar a sua população. - Tempo de geração: • Intervalo de tempo para cada divisão, ou seja, para a população duplicar. E para que isso ocorra é necessário um (meio, temperatura, umidade) ideal. • Varia de acordo com a espécie 1) Primeiramente a célula se alonga, logo após o DNA vai ser replicado 2) A parede celular e a membrana plasmática iniciam um processo de constrição, e as paredes intermediárias iram se formar para individualizar cada célula que foi replicada 3) E posteriormente se tem a separação e a formação de duas células-filhas idênticas - Curva do crescimento bacteriano • Fase Lag (fase de adaptação): o número de célula quase não sofre variação, devido estarem reconhecendo o local e também não estarem se reproduzindo. • Fase exponencial (fase Log): Nesta fase, as bactérias iniciam o processo de duplicação, e isso provoca um aumento da curva no gráfico. • Fase estacionária: A velocidade de reprodução diminui e o número de células mortas equivale ao número de células que foram geradas, ocorrendo uma estabilização. • Fase de morte (fase de declínio): O número de células mortas excede o número de células que estavam se reproduzindo, ocorrendo o declínio da curva. - Fase de crescimento, ocorre em um local fechado, ou seja, em um meio de cultura. Neste local tem nutrientes e uma adaptação das bactérias, que começam a consumir os nutrientes e se duplicar. E quando as condições nutritivas cessam, ocorre a fase de declínio. Temperatura: - Todo microrganismo tem sua face de temperatura ideal para o seu crescimento. No qual as reações enzimáticas ocorreram na maior velocidade possível, se há um aumento dessa temperatura, ocorre uma desnaturação proteica, e se tem-se uma redução da temperatura ocorre uma redução da reação enzimática, que pode ser tão baixa que não permite o crescimento daquele microrganismo. - A maioria das bactérias de interesse médico são classificadas como mesófilo -pH • Existem bactérias que se desenvolvem em determinado pH. - Osmolaridade (concentração de NaCl) • Halófilo extremo: bactérias que suportam uma maior concentração de sal. • Halófito: toleram uma salinidade, mas não tão alta • Halotolerante: toleram uma pequena concentração de sal • Não halófilo: não toleram o NaCl -Oxigênio • As bactérias tem diferentes comportamentos na presença do oxigênio. • O tubo apresenta um meio de cultura, na parte inferior não há presença de oxigênio, e a parte superior tinha a presença de oxigênio. I) Bactérias aeróbicas, que necessitam de oxigênio para sobreviver. II) Bactérias anaeróbias estritas, só crescem na ausência de oxigênio. III) Bactérias Anaeróbicas facultativas, podem se desenvolver tanto na presença como na ausência de oxigênio IV) Bactérias microaerófilas, que crescem na presença de oxigênio mas não tolera altas concentrações de oxigênio. - Água é um elemento essencial para a sobrevivência da bactéria, pois oferece um meio líquido para a sua sobrevivência. - Carbono que pode ser produzido pela própria bactéria ou então obtido pela decomposição de matéria orgânica. - Presença de nitrogênio, vitaminas e íons inorgânicos - Biofilmes • Podem está na forma planquitônica, que é quando está isolada em determinado ambiente. Só que algumas vezes as bactérias vão se arranjar em uma comunidade de micro-organismo altamente organizada, envolvida por uma matriz extracelular polimérica, formando o biofilme. - Etapas: 1) A bactéria isolada se adeque em determinada superfície, que inicialmente é uma adesão reversível e posteriormente se tornam irreversível. 2) Os microrganismos formam suas colônias, e esse biofilme passa pela fase de desenvolvimento e maturação. 3) Fase de dispersão: O biofilme é rompido, e as bactérias vão colonizar outros locais. - Os biofilmes são responsáveis por 90% das infeções • Infecções de próteses, órteses, cateteres • Placa dentária • Endocardite (válvulas cardíacas) • Pneumonias crônicas (fibrose cística) • Otite crônica (ouvido médio) • Osteomielite • Meningite • Ceratite - Consequências • Redução da sensibilidade á antimicrobianos • Escapes da resposta imune • Cronicidade de infecções - A informação genética da bactéria ocorre a partir de uma sequencia de bases nitrogenadas, formando a molécula de DNA. - Todos os genes bacterianos, compõem um único cromossomo, para 90% das bactérias, formando uma única molécula de DNA, com conformação circular - Genes haploides, já que possuem um único cromossomo - Menos de 10% das bactérias possuem dois cromossomos circulares - Genes housekeeping: a informação genética é essencial para vida da bactéria, pois nos cromossomos são encontrados os genes essenciais para o crescimento bacteriano e para a vida da bactéria - Nem todo gene encontrado na bactéria é essencial para a sua sobrevivência, mas todo os genes que as bactérias necessitam para sobreviver estão contidas nos cromossomos -Plasmídeos: • É um dos elementos genéticos móveis das bactérias • Formada por sequência de DNA mais curta do que a do cromossomo • São sequencias génicas extra cromossômicas, porque não estão contida no cromossomo, e sim solta no citoplasma • Esses genes confere uma maior capacidade de adaptação. • Esses genes não são essenciais a vida basal da bactéria. Assim, estão associados a funções especiais que não são vitais para a bactéria. • A transferência de plasmídios, aquisição ou rearranjo de DNA, permitem que as bactérias ganhem genes que confere funções que sejam vantajosas para ela, como a resistência a antimicrobianos, fatores de virulências e outros. Dessa forma, as bactérias vivem sem esse gene, porém tem mais chance de sobreviver com ele. - DNA • Molécula de fita dupla • Fitas complementares, antiparalelas • Composta por milhares de pares de bases - Transposons • Elementos genéticos móveis extra cromossômicas • Possui vários genes, e são menores que um plasmídeo e um cromossomo • Migram de um locus do DNA para o outro • Codificam enzimas que permitem a transposição, mas não a replicação. E essa transposição de DNA resultam em mutações de inserção, que confere uma certa variedade genética. • É intraespecífico, mas pode ser interespecífico - Funções: resistência antimicrobiana, virulência No momento que ocorre a transposição, e o DNA se aloca em um local diferente através de enzimas, a leitura do DNA muda -Os plasmídios e os transposons favorecem o crescimento bacteriano, mas não são genes essências as bactérias - Replicação do DNA • É o crescimento bacteriano, que ocorre quando tem disponibilidade de nutrientes • Quando ocorre a síntese de RNA e de proteínas, e assim a célula bacteriana sofre um aumento de tamanho, que faz com que haja o estímulo para que ocorra a replicação de DNA • Cromossomo é ancorado a membrana celular, ocorrendo, assim o processo de replicação • Ocorre em um processo bidirecional em segmento contínuo e descontínuo. • É semiconservativa, porque cada molécula filha tem um filamento da molécula mãe • Possui um sítio de origem, quando ocorre a quebra de ligação entre as bases nitrogenadas para que ocorra a replicação bidirecional. • Possuium sitio término, quando ocorre a replicação total, e ocorre a separação das células filhas - Cada célula bacteriana filha, é uma cópia idêntica da célula mãe. Devido a replicação gerar cópias idênticas - Se tem variedade genética entre as bactérias de ambas e diferentes espécies, através de seguintes processos: • Mutações pontuais que podem não gerar variedade genética suficiente, e assim podem não ter um resultado biológico, não mudando o código genético. E se a variabilidade genética dependesse só desse processo, não existiria uma grande variação genética suficiente, assim, não teria capacidade de se mutar e formar novas estratégias de sobrevivência, porque não seriam suficientemente produtivas. - Para gerar uma variabilidade efetiva, que favoreça a sobrevivência das bactérias e adaptação a diferentes meios, existem alternativas: Transformação: - As bactérias tem a capacidade de captar material genético livre no meio e incorporar esse material ao seu próprio genoma, favorecendo a criação de genes que vão ter respostas que podem trazer benefícios biológicos para a bactéria - Para que isso ocorra, a bactéria tem que ser competente: • Possuindo sítios ligantes de DNA na parede celular, para captar o DNA presente no meio • Precisa ter capaz de internalizar aquela sequência captada, com a capacidade de incorporar ao genoma cromossômico - Esse processo ocorre principalmente com bactérias da mesma espécie, sendo essas específicas. Captando fragmentos de DNA oriundos de bactérias que morreram da mesma espécie - Pode ocorrer naturalmente em algumas espécies ou pode ser induzida em outras espécies por choque térmico e ou um choque osmótico (cloreto de cálcio). No qual há formação de poros na membrana e assim o DNA penetra a célula, sendo incorporado a célula bacteriana - Transdução: - Se difere da transformação por causa de alguns fatores, dentro desses fatores é que a transdução é mediada por transferência de DNA feita através de bacteriófagos, que carreiam fragmentos de DNA bacteriano de uma célula para outra Bacteriófagos são vírus que parasitam células bacterianas, carreando DNA bacteriano de uma célula para outra, atuando como vetor. • Ciclo lítico (transdução generalizada): ciclo mais agressivo, no qual a célula está toda tomada por vírus, destruindo a célula rapidamente. • Ciclo lisogênico (transdução especializada): ciclo mais latente, no qual o vírus injeta o DNA na célula bacteriana. A célula fica se replicando normalmente, como se não estivesse infectada, passando para os seus descendentes o material genético oriundo do vírus. - Transdução generalizada: para que ocorra a transferência genética de forma adequada e produtiva é necessário: • Homologia doador x receptor: sendo de uma mesma espécie ou de um mesmo gênero • Célula receptora sobreviverá, bacteriófago não infectado. E a célula receptora morre, devido ser um ciclo lítico • A transdução generalizada é mais eficaz do que a transformação, pois o DNA está protegido pelo fago. E na transformação o DNA está solto no meio, sendo sujeito a degradação - Fago entra em contato com a bactéria e injeta o material genético, que é incorporado aos cromossomos, e a bactéria começa a produzir proteínas e o material genético do vírus. E no processo de encapsulação e formação de novas partículas virais que foi sequestrada, ocorre a montagem de uma partícula viral que ao invés de conter o DNA viral, contém DNA bacteriano, somente ou primordialmente. E esse vírus ao infectar uma nova célula, que seria a célula receptora, ao invés de injetar um fragmento de DNA viral, injeta na verdade, um fragmento de DNA bacteriano, de uma célula bacteriana diferente que parasitou, mas de uma mesma espécie. Proporcionando uma variedade genética que pode ser produzida ou não. - Transdução especializada • Relacionada ao ciclo lisogênico, no qual a célula doadora não morre, e fica se replicando continuamente, transferindo para os seus descendentes o DNA viral, e o seu próprio DNA. • Homologia doador x receptor • A célula receptora também pode ser infectada • Mais eficaz que a transformação pois o DNA está protegido pelo fago • Processo: A bactéria possui o DNA viral, e o DNA bacteriano, ela se replica, mas algum estímulo se forma no novo vírus. Esse vírus vai conter uma sequência do seu material genético, mas também tem uma sequência bacteriana. Essa sequência bacteriana é inoculada em uma nova bactéria, que ganha um DNA viral, que não traz resultado biológico, e uma pequena sequência genética oriunda da bactéria doadora, que é biologicamente responsiva. -Conjugação • É o mecanismo mais importante, e que traz maior produtividade para a variedade genética da bactéria • “Reprodução sexuada”, porque ocorre uma transferência direta de DNA bacteriano por meio do contato célula-célula • Permuta extremamente eficiente de informação genética, pois ao invés de trocar pequenos fragmentos de DNA, que pode ter poucos pares de bases, esse processo permite uma troca de um grande fragmento, e principalmente plasmídeos • Ocorre entre bactérias de diferentes espécies e gêneros, e muitas vezes de diferentes famílias. • Principal mecanismo de disseminação de resistência antimicrobiana porque ocorre de forma disseminada. - Pré-requisitos: • Célula receptora (F-) • Célula doadora (F+) • Pilus sexual: estrutura de adesão, que promove uma adesão intima que causa a fusão da parede celular • Plasmídio conjugativo que é especializado, que é capaz de codificar o próprio pilus sexual e tem a capacidade de coordena a sua própria replicação, terminando de se replicar na célula doadora. - Existem outros plasmídeos: • Plasmídio R (resistência)- atuam como o plasmídio F, ou seja, também sendo capaz de codificar o pilus sexual, como também de induzir sua autorreplicação • Plasmídeo que não coordenam a conjugação, que desencadeia o processo de conjugação, porém no momento de promover a sua alta replicação, mobilizando outros plasmídios contidos no citoplasma da célula bacteriana - Importância clínica: • É principalmente devido aos processos de conjugação que a resistência antimicrobiana é alta, se adaptando a diferentes estresses, principalmente aos estresses químicos causados por drogas antimicrobianas. • Fatores de virulência que são codificados por plasmídios, e transferidos por processos conjugativos. - Era pós-antibiótica “Darwinismo antibiótico” (sobrevivência do mais adaptado) • Está associado a pressão seletiva causado pelo uso indiscriminado de drogas antibacterianas, que estimulam que as bactérias produzam estratégias de sobrevivência. Assim, as bactérias que não são capazes de produzir mecanismos de resistência vão morrer. Mas, aquelas que são capazes de burla o efeito do antimicrobiano, se tornam cada vez mais resistentes. • É mais comum em ambientes hospitalares -Emergência de resistência • Ocorre quando as bactérias são expostas a um tempo suficiente de exposição a uma classe de drogas • A resistência é progressiva, ou seja, inicialmente se vê uma redução da sensibilidade. Ou seja, uma maior quantidade de drogas é necessária para matar a bactéria • Resistência individual: se tem resistência a somente uma droga • Resistência cruzada: se tem resistência a várias drogas • Difícil de controlar, e raramente regride • Disseminação de genes de resistência no ambiente, que é muito comum em confinamentos hospitalares. - Fatores que influência a resistência microbiana: • Uso disseminado e indiscriminado de antibacterianos de amplo espectro-doenças virais • Uso de antibacterianos na produção de animais • Uso de antibacterianos em produtos de higiene (sabões) fora de ambientes ambulatoriais/hospitalares • Aumento da população imunocomprometida sob terapia antimicrobiana prolongada •Aumento da sobrevida de pacientes debilitados • Globalização- facilitação da disseminação de bactérias resistentes • Pobreza- uso inadequado de antibacterianos para reduzir os custos Inibição enzimática-mecanismo mais comum • A bactéria produz uma enzima que se liga a droga e a destrói, fazendo com que a droga perca sua atividade e não se ligue ao sítio de ação • As enzimas mais comuns é a Beta- lactamase • Gram-positivo (presente no meio externo) • Gram-negativa (fica no espaço periplasmático) Redução da permeabilidade da membrana - A droga precisa entrar na bactéria, e ultrapassar a membrana externa, para no interior da bactéria atingir o seu sítio de ação - A Gram – possui em sua membrana externa com canais proteicos que são canais dos quais as drogas podem passar (porinas). O núcleo da bactéria com os mecanismos de resistência para de produzir as porinas, se tornando menos permeável a droga antimicrobiana. Então se a droga não entra em quantidade suficiente, a bactéria sobrevive a ação antimicrobiana - Promoção do efluxo de droga • Proteína transmembrana denominada bomba de efluxo, que dessa vez a droga entra em quantidade satisfatória, o impasse é que existe outra proteína transmembrana que pega essa droga, e joga para o meio externo. Resultando em uma baixa concentração intracelular de droga, pois a bactéria eliminou a droga - Alteração de alvos proteicos bacterianos • No qual vai se ligar a algum sítio de proteína da célula bacteriana, e para que aja essa ligação é necessária uma afinidade química. Mas, a bactéria sofre mutações no gene ou adquire novos genes, assim o sítio de ligação da droga muda de conformação e de posição, impedindo a ligação da droga ao sítio alvo. • Sítios ribossomais: impede a inibição da síntese proteica induzida pela droga • Alterações de precursores de síntese de parede • Alteração de enzimas críticas - Resumindo: Somente o mecanismo de alteração de permeabilidade não é modificado pelo plasmídio - Controle da resistência bacteriana: • Prorrogar a instituição da antibioticoterapia • Utilização agentes de aspectro mais estreito • Utilizar provas microbiológicas para direcionar terapia • Promover a medicina preventiva
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