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– MORFOLOGIA E ESTRUTURA DA CÉLULA BACTERIANA: ➢ FORMA E TAMANHO: As bactérias pertencem ao reino dos procariotos e se diferem dos animais e vegetais por serem organismos unicelulares ou multicelulares relativamente simples. De modo geral, as bactérias são divididas em três grupos básicos de acordo com a forma: cocos, bacilos e espirilos. Os cocos são esféricos, os bacilos têm forma de bastonete e os espiroquetas são espiralados. A forma das bactérias é uma característica genética e geralmente as bactérias são monomórficas, isto é, mantêm uma única forma. Entretanto, algumas condições ambientais e de cultivo podem fazer com que os organismos apresentem formas ou arranjos diferentes. Alguns poucos microrganismos são pleomórfos. Além da forma, o arranjo das bactérias é importante por exemplo, alguns cocos se arranjam em pares (diplococos), cocos formados por divisões em dois planos são chamados de tétrades alguns em cadeia (estreptococos), e outros em agrupamento semelhante a cachos de uvas (estafilococos). Esse arranjo é determinado pela orientação e grau de ligação das bactérias quanto a divisão celular. Quanto ao tamanho, pode-se considerar que as menores bactérias exibem tamanho aproximadamente equivalente aos maiores vírus e correspondem aos menores organismos capazes de existir fora de um hospedeiro. ➢ ESTRUTURA: A estrutura típica de uma bactéria apresenta parede celular, membrana plasmática, mesossomo e citoplasma. A coloração gram é um método de coloração que divide a maioria das bactérias em dois grupos: gram positivos, que se coram em azul, e as bactérias gram negativas, que se coram em vermelho. Essa coloração torna-se útil pois auxilia na identificação de diversas bactérias e por influenciar na escolha de antibióticos, uma vez que, as gram positivas são mais suscetíveis a penicilina que as gram negativas. – ▪ PAREDE CELULAR: A parede celular é uma estrutura em multicamadas situada externamente a membrana citoplasmática e é composta por uma camada de peptideoglicano que confere sustentação estrutural A manutenção da forma bacteriana e a resistência a pressão osmótica interior da bactéria é devido a essa estrutura. Além disso, a parede desempenha importante papel na divisão celular como primer ou iniciadora da sua própria biossíntese, dando origem ao septo que separa as duas novas células oriundas da divisão celular. - ESTRUTURA QUÍMICA: As paredes de bactérias Gram-negativas e Gram-positivas apresentam diferenças marcantes. Bactérias Gram- negativas possuem uma parede composta de várias camadas que diferem na sua composição química e, consequentemente, é mais complexa que a parede das Gram-positivas que, apesar de mais espessa, apresenta predominantemente um único tipo de macromolécula. Obs: o conhecimento das diferenças entre as paredes da bactéria é de alta relevância para o estudo do mecanismo de ação dos antibióticos, quimioterápicos, patogenicidade e outros assuntos relacionados a composição química. A: Gram positiva B: Gram negativa – 1.Componentes característicos da parede de bactérias gram-positivas: Nas bactérias Gram-positivas, 70 a 75% da parede são compostos de peptideoglicano. Além desta macromolécula, encontramos proteínas e ácidos teicoicos que podem representar até 50% da massa seca da parede. O termo ácido teicoico inclui todos os polímeros formados por resíduos de glicerol ou ribitol unidos por ligações fosfodiéster, sejam eles encontrados na parede, sejam encontrados na membrana plasmática da célula. Todavia, os ácidos teicoicos têm sido divididos em dois tipos: ácidos teicoicos de parede ligados ao peptideoglicano e ácidos lipoteicoicos (LTA) que, apesar de serem encontrados ao longo da parede, encontram- se intimamente ligados à fração lipídica da membrana plasmática. Propriedades do ácido teicoico: a) facilitar a ligação e a regulação da entrada e saída de cátions na célula, graças ao grupo fosfato que confere uma carga negativa à molécula que se encontra voltada para o lado externo da célula; b) regular a atividade das autolisinas durante o processo de divisão celular. c) constituir sítios receptores de bacteriófagos; e) constituir, graças à sua localização na célula, importantes antígenos celulares tornando possível a identificação sorológica de muitas bactérias Gram-positivas. 2. Componentes característicos da parede de bactérias gram-negativas: A parede das bactérias Gram-negativas é mais complexa. É formada por uma ou poucas camadas de peptideoglicano e por uma membrana externa. O espaço que separa a membrana citoplasmática da membrana externa é chamado espaço periplasmático. O peptidioglicano liga-se à membrana externa por uma lipoproteína e está embebido no gel periplasmático que contém alta concentração de enzimas degradadoras e proteínas de transporte. Devido à menor concentração de peptideoglicano, a parede das bactérias Gram-negativas é mais suscetível a quebras quando comparadas à de bactérias Gram-positivas. Os ácidos teicoicos não estão presentes em bactérias Gram-negativas. 3. Membrana externa: A membrana externa das gram negativas é formada por uma dupla camada lipídica. A camada interna é composta por fosfolipídios e a externa contém lipopolissacarídeos e proteínas. Sendo que a parte interna é hidrofóbica, devido a presença de ácidos graxos, e a parte externa é hidrofílica. ▪ Lipopolissacarídeos: É constituído de um lipídeo complexo (lipídeo A), ao qual está ligado um polissacarídeo chamado antígeno O ou antígeno somático. Os açúcares que formam a cadeia lateral deste polissacarídeo variam de espécie e são responsáveis pelas características antigênicas em bactérias Gram-negativas. O LPS é chamado também endotoxina, pois é tóxico, provocando muitas vezes respostas fisiológicas, como febre em animais, incluindo o homem. ▪ Proteínas: Porinas = proteínas que formam poros que propiciam a passagem passiva de solutos. Proteínas da membrana externa (OMPs)= também estão envolvidas no transporte de alguns solutos, além de funcionarem como receptores da fímbria sexual e de bacteriófagos. Lipoproteínas= proteínas com função estrutural, cuja parte proteica está covalentemente ligada ao peptideoglicano e à parte lipídica imersa na camada interna de fosfolipídeo da membrana externa, fazendo uma ponte entre os dois componentes. A membrana externa constitui uma barreira adicional á entrada de algumas substâncias como antibióticos. Todavia, a membrana externa não constitui uma barreira para todas as substancias do meio visto que nutrientes passam através dela para chega até a membrana onde serão transportada para a célula. Quando uma célula bacteriana se prepara para se dividir, ocorre o crescimento da parede celular e enzimas denominadas autolisinas atuam sobre o peptidioglicano no sentido de romper seus componentes em pontos específicos, permitindo assim a inserção de novas subunidades. Os ácidos teicoicos atuam na regulação da atividade destas autolisinas, impedindo que quebras excessivas ocorram, provocando a lise celular; – 4. Espaço periplasmático: Espaço compreendido entre as membranas externa e plasmática. Além do peptideoglicano, contém uma série de enzimas e proteínas, tais como: a) enzimas hidrolíticas (proteases, nucleases, lipases), responsáveis pela quebra de macromoléculas (impermeáveis a membrana citoplasmática). b) enzimas capazes de inativar drogas, tornando a célula resistente a elas. c) proteínas transportadoras de solutos que participam do transporte de substâncias para o interior das células. 5. Protoplasto e esferoplasto: A remoção da parede celular bacteriana pode ser conseguida com a hidrólisepela lisozima que rompe as ligações glicosídicas ou pelo bloqueio da síntese do glicopeptídio com o auxílio de um antibiótico como a Penicilina. Em meios isotônicos, esses tratamentos originam os protoplastos em bactérias Gram-positivas (formas esféricas) e os esferoplastos em bactérias Gram-negativas (formas esféricas que conservam a membrana externa). Os protoplastos e os esferoplastos são interessantes instrumentos para o estudo de função de parede e de engenharia genética em bactérias. ▪ Membrana Citoplasmática: Internamente adjacente à camada de peptideoglicano da parede celular localiza-se a membrana citoplasmática, composta por uma bicamada fosfolipídica similar àquela de células eucarióticas quanto ao aspecto microscópico. A membrana desempenha quatro funções importantes: (1) transporte ativo de moléculas para o interior da célula, (2) geração de energia pela fosforilação oxidativa ou transporte de elétrons, (3) síntese de precursores da parede celular e (4) secreção de enzimas e toxinas. ▪ Mesossomo: A membrana citoplasmática pode apresentar invaginações múltiplas que formam estruturas especializadas denominadas mesossomos. Existe dois tipos de mesossomos: a) septal: que desempenha importante papel na divisão celular em que atua como fuso no processo de divisão celular, separando os dois cromossomos e conduzindo-os para os polos da célula. b) lateral: encontrado em determinadas bactérias e parece ter como função concentrar enzimas envolvidas no transporte eletrônico, conferindo a célula maior atividade respiratória e fotossintética. ▪ CITOPLASMA: O citoplasma exibe duas áreas distintas: (1) Uma matriz amorfa que contém ribossomos, grânulos de nutrientes, metabólitos e plasmídeos; (2) Uma região nucleoide interna composta por DNA. 1. Ribossomos: Os ribossomos bacterianos são o sítio da síntese proteica, como nas células eucarióticas, porém diferem dos ribossomos eucarióticos em relação ao tamanho e à composição química. As diferenças nas proteínas e RNAs ribossomais constituem a base para a ação seletiva de vários antibióticos que inibem a síntese proteica de bactérias, mas não de humanos 2. Grânulos: O citoplasma contém vários tipos diferentes de grânulos que atuam como áreas de armazenamento de nutrientes e coram-se de modo característico com determinados corantes. 3. Nucleoide: O nucleoide corresponde à região do citoplasma onde o DNA está localizado. Uma vez que o nucleoide não apresenta membrana nuclear, nucléolo, fuso mitótico, nem histonas, há pouca semelhança com o núcleo eucariótico. Uma diferença importante entre o DNA bacteriano e o DNA eucariótico é o fato de o DNA bacteriano não apresentar íntrons, ao contrário do DNA eucariótico. 4. Plasmídeo: Os plasmídeos são moléculas de DNA de fita dupla, circulares e extracromossomais, capazes de replicar-se independentemente do cromossomo bacteriano. Embora sejam geralmente extracromossomais, os plasmídeos podem integrar- se ao cromossomo bacteriano. Os plasmídeos estão presentes tanto em bactérias gram-positivas como gram-negativas, podendo haver vários tipos diferentes de plasmídeos em uma célula: (1) Plasmídeos transmissíveis podem ser transferidos de uma célula a outra por conjugação. – (2) Plasmídeos não transmissíveis são pequenos uma vez que não contêm os genes de transferência; Os plasmídeos carreiam os genes envolvidos nas seguintes funções e estruturas de importância médica: (1) Resistência a antibióticos, a qual é mediada por uma variedade de enzimas; (2) Resistência a metais pesados, como mercúrio e prata, (3) Pili (fímbrias), que medeiam a adesão das bactérias às células epiteliais; (4) Exotoxinas, incluindo diversas enterotoxinas. 5. Transposons: Os transposons são segmentos de DNA que se deslocam prontamente de um sítio a outro, tanto no interior, como entre os DNAs de bactérias, plasmídeos e bacteriófagos. Esses elementos podem codificar enzimas de resistência a fármacos, toxinas, ou uma variedade de enzimas metabólicas, bem como podem causar mutações no gene onde estão inseridos, ou alterar a expressão de genes próximos. ▪ Estruturas especializadas externas a parede celular: 1. Cápsula: A cápsula é uma camada gelatinosa que reveste toda a bactéria. É composta por polissacarídeos. A cápsula é importante pois: (1) É um determinante da virulência de diversas bactérias, uma vez que limita a capacidade de fagócitos engolfarem as bactérias. (2) Os polissacarídeos capsulares são utilizados como antígenos em determinadas vacinas, uma vez que são capazes de elicitar anticorpos protetores. (3) A cápsula pode desempenhar um papel na adesão das bactérias aos tecidos humanos, a qual consiste em uma etapa inicial importante da infecção. 2. Flagelos: Os flagelos são apêndices longos, semelhantes a um chicote, que deslocam as bactérias em direção aos nutrientes e outros fatores atrativos, processo denominado quimiotaxia. O longo filamento que atua como um propulsor é composto por várias subunidades de uma única proteína, a flagelina, organizadas em diversas cadeias entrelaçadas. A energia para a movimentação, a força próton motiva, é fornecida pela adenosina trifosfato (ATP), derivada da passagem de íons através da membrana. 3. Pili (fímbrias): Os pili são filamentos semelhantes à pelos, que se estendem a partir da superfície celular. São mais curtos e lineares que os flagelos, sendo compostos por subunidades de uma proteína, a pilina, organizadas em fitas helicoidais. São encontrados principalmente em organismos gram-negativos. Os pili desempenham dois papéis importantes: (1) Medeiam a ligação das bactérias a receptores específicos da superfície de células humanas, etapa necessária à iniciação da infecção por alguns organismos. (2) Um tipo especializado de pilus, o pilus sexual, estabelece a ligação entre as bactérias macho (doadora) e fêmea (receptora) durante a conjugação. 4. Glicocálix (camada limosa): O glicocálix consiste em um revestimento polissacarídico secretado por muitas bactérias. Ele reveste as superfícies como um filme e possibilita a firme aderência das bactérias a estruturas variadas, por exemplo, pele, válvulas cardíacas e cateteres. ▪ Esporos: Estas estruturas altamente resistentes são formadas em resposta às condições adversas por dois gêneros de bacilos gram-positivos de importância médica: o gênero Bacillus e o gênero Clostridium, que inclui os agentes do tétano e botulismo. A formação de esporos (esporulação) ocorre quando os nutrientes, como fontes de carbono e nitrogênio, são depletados. O esporo é formado no interior da célula e contém DNA bacteriano, uma pequena quantidade de citoplasma, membrana celular, peptideoglicano, pouquíssima água e, o mais importante, um revestimento espesso semelhante à queratina, responsável pela acentuada resistência do esporo ao calor, à desidratação, à radiação e a compostos químicos. Uma vez formado, o esporo não exibe qualquer atividade metabólica, podendo permanecer dormente por muitos anos. A importância médica dos esporos reside em sua extraordinária resistência ao calor e a compostos químicos. – NUTRIÇÃO E METABOLISMO BACTERIANO: ➢ FONTES DE ENERGIA: Algas e algumas bactérias são fotossintéticas. Em algas e cianobactérias, o pigmento principal é a clorofila. Em outro grupo, o pigmento utilizado é a bacterioclorofila onde não há produção de oxigênio já que a água não é utilizada como fonte de elétrons. Bactérias que usam compostos orgânicos para esse fim são chamadas de litotróficas; as organotróficas são as que exigem doadores orgânicos de elétrons. A grande maioria das bactérias é quimiotrófica e obtém energia á custa de reaçõesquímicas nos quais os substratos adequados são oxidados. ➢ FONTES DE MATERIAL: - Fontes de Carbono: há duas subclassificações: autotróficas cuja fonte de carbono provém do CO2 ou íon bicarbonato a partir dos quais sintetizam os compostos orgânicos necessários; e os heterotróficos que exigem fontes orgânicas de carbono como aminoácidos, lipídios, álcoois etc. - Fontes de Nitrogênio: quanto a necessidade de nitrogênio há três categorias: • Bactérias de “fixação” → retiram o N2 da atmosfera e o converte a nitrogênio orgânico. Ex: Azobacter e Rhizobium. • Decompositoras → garantem o processo de amonização. • Nitrificantes → realizam a nitrosação, Nitrosomonas e Nitrosococus, e a nitração, Nitrobacter. - Íons inorgânicos essenciais: Há duas subclassificações, os macronutrientes que são necessários em quantidades apreciáveis e os micronutrientes que bastam apenas traços. Exemplos de macronutrientes: fosforo (metabolismo energético e síntese proteica), enxofre (síntese de vitaminas e composição de aminoácidos), potássio (ativador de enzimas e regulador de pressão osmótica) e outros. Exemplos de micronutrientes: cobalto, zinco, manganês, sódios e outros. ➢ ÁGUA: É o solvente universal e tem função primordial na regulação da pressão osmótica e, pelo seu alto calor específico, na regulação térmica. A maior parte das bactérias, sobretudo as que não esporulam, morre rapidamente pela dessecação. ➢ OXIGÊNIO ATMOSFÉRICO: As bactérias têm comportamentos diferentes na presença de O2 livre e podem ser: 1. Aeróbias: exigem a presença de oxigênio livre; algumas, contudo, exigem pequenas quantidades e não toleram a pressão atmosférica como é o caso das microaerófilas. 2. Anaeróbias estritas: não toleram a presença de oxigênio livre morrendo nessa condição. 3. Anaeróbias não estritas: não utilizam o oxigênio atmosférico, mas este não é tóxico. 4. Facultativas: tanto podem crescer na presença como na ausência de oxigênio livre. ➢ MEIOS SELETIVOS E DIFERENCIAIS: Meios seletivos: Aqueles cuja caracteristica impede o crescimento de certos microrganismos permitindo apenas o crescimento de outros. Muitas vezes, para manter esse meio é preciso a utilizar inibidores que impeçam a adição de indesejáveis. Meios diferenciais: conferem características especiais a colônias que, em condições normais, seriam idênticas. OUTROS FATORES ENVOLVIDOS NA NUTRIÇÃO: Temperatura: cada bactéria tem seu estado ótimo de temperatura para absorção de nutrientes e desenvolvimento das culturas. Fatores de Crescimento: compostos orgânicos indispensáveis a um determinado microrganismo, mas que ele não consegue sintetizar. Muitos desses fatores são vitaminas, em especial do complexo B e variam de acordo com a necessidade de cada microrganismo. Assim, o crescimento deste ser será determinada pela quantidade desse fator no meio. – Ph: geralmente em torno de 7 são mais adequados para a absorção, embora existam bactérias adaptadas a viver em ambiente ácido ou alcalino. Enzimas: auxiliam na quebra de macronutrientes para posterior absorção. CRESCIMENTO BACTERIANO: As bactérias reproduzem-se por fissão binária, processo em que uma célula parental se divide, originando duas células- filhas. Pelo fato de uma célula originar duas células-filhas, é referido que as bactérias realizam crescimento exponencial (crescimento logarítmico). O ciclo de crescimento de bactérias apresenta quatro fases principais. (a) A primeira corresponde à fase lag, durante a qual ocorre intensa atividade metabólica; contudo, as células não se dividem. Essa fase pode durar de alguns minutos a muitas horas. (b) A fase log (logarítmica) é aquela em que se observa rápida divisão celular. (c) A fase estacionária ocorre quando a depleção de nutrientes ou os produtos tóxicos provocam uma diminuição no crescimento até que o número de células novas produzidas se equilibra com o número de células que morrem, resultando em um steady state (estado de equilíbrio). (d) A fase final corresponde à fase de morte, caracterizada por um declínio no número de bactérias viáveis. Algumas observações: - A fase de lag pode ou não existir, dependendo de certos fatores. Em condições favoráveis, a fase de lag tende a ser menor. - A fase de lag é considerada um período de adaptação no qual a atividade enzimática múltipla da célula, com os seus produtos, está sendo coordenada para um estado chamado ntegração total. Somente depois que esse sistema estiver funcionando harmoniosamente, a divisão pode ocorrer. - A fase de lag deve ser encarada como um período não de repouso, mas, ao contrário, de intensa atividade metabólica - A fase logarítmica ou exponencial é aquele período durante o qual a multiplicação é máxima e constante. - Bactérias crescem e reproduzem assexuadamente por fissão binária. Cada duplicação do número de organismos numa cultura representa uma nova geração. - A fase logarítmica ou exponencial é aquele período durante o qual a multiplicação é máxima e constante. - A fase estacionária é seguida por uma fase na qual ocorre um decréscimo da população. A causa da morte das células depois de um período de crescimento de uma cultura pode estar relacionada com a natureza e a concentração do fator limitante do crescimento. Quando a falta de nutrientes é o fator responsável, os organismos que pararam de crescer não estão totalmente desprovidos de qualquer atividade metabólica. As reservas nutritivas internas, os metabólitos intermediários e, finalmente, as próprias estruturas dos organismos podem servir como fonte de combustível para a atividade respiratória. GENÉTICA BACTERIANA: O material genético de uma bactéria típica, Escherichia coli, consiste em uma única molécula de DNA circular. As bactérias são haploides, possuem um único cromossomo, e, portanto, uma única cópia de cada gene. Em células haploides, qualquer gene que tenha sofrido mutação e, portanto, não é expresso, resulta em uma célula desprovida daquela caracteristica. – ➢ MUTAÇÕES: Mutação é uma modificação na sequência de bases do DNA, que geralmente resulta na inserção de um aminoácido diferente de uma proteína e no surgimento de um fenótipo alterado. As mutações resultam em três tipos de alterações moleculares: 1) Substituição de bases: ocorre quando uma base é inserida em substituição a outra. Essa substituição ocorre no momento da replicação do DNA pois a DNA polimerase comete um erro ou algum agente mutagênico altera a formação das pontes de hidrogênio alterando o molde e fazendo com que a base errada seja inserida. 2) Mutação de alteração de fase: ocorre quando um ou mais pares de bases são adicionados ou deletados o que altera a fase de leitura do ribossomo e resulta na incorporação de aminoácidos errados a mutação e produção de uma proteína inativa. 3) Sequencias de inserção/Troposons integram- se ao DNA: essas porções recém inseridas ao DNA podem modificar o gene onde são inseridos bem como os genes adjacentes. As mutações também podem ser causadas por compostos químicos, radiação, raios-x, luz ultravioleta ou vírus. ➢ SISTEMA DE REPARO DE DNA: Quando a célula é submetida à ação de agentes genotóxicos, as proteínas que intervêm na reparação do DNA são sintetizadas. Dois sistemas são conhecidos: a resposta SOS e a resposta adaptativa. O sistema SOS é induzido primariamente pela luz ultravioleta. A indução de um sinal ativa a expressão de genes que tentaram corrigir as lesões. Os genes expressos podem atuar em nível de reparação de excisões ou reparação pós-replicativa. Uma vez feita a reparação, o sinal indutor é eliminado e os genes SOS são inativados. O sistema de reparo atua em forma pós-replicativa, na qualestes espaços são preenchidos e a síntese do DNA continua. Existe ainda recombinação entre as fitas do DNA, e, quando esse intercâmbio entre as fitas ocorre, as lesões podem ser removidas por excisão. Apesar de estes sistemas serem eficientes, as mutações ainda podem ocorrer num processo conhecido como “sujeito a erro de excisão”. ➢ TRANSFERÊNCIA DE DNA NO INTERIOR DE CÉLULAS BACTERIANAS: Os transposons transferem o DNA de um sítio do cromossomo bacteriano a outro, ou para um plasmídeo. Realizam o processo por meio da síntese de uma cópia de seu DNA e inserção da cópia em outro sítio do cromossomo bacteriano ou do plasmídeo. A transferência de um transposon para um plasmídeo e a subsequente transferência do plasmídeo para outra bactéria por conjugação contribuem significativamente para a disseminação da resistência a antibióticos. A transferência de DNA no interior da bactéria também ocorre por rearranjos programados que consiste na movimentação de um gene a partir de um gene silencioso de armazenamento, em que o gene não é expresso, para um sítio ativo onde ocorrem a transcrição e tradução. Quando a substituição resulta em um códon que promove a inserção de um aminoácido diferente, a mutação é denominada de mutação de sentido trocado. Caso a substituição origine um códon de terminação, que interrompe a síntese proteica, a mutação é chamada de mutação sem sentido. Mutações letais condicionais: são de interesse médico pois podem ser uteis em vacinas. O termo condicional indica que a mutação é expressa apenas em determinadas condições. Ex: linhagem do influenzavirus utilizada em vacina experimental que contém um vírus incapaz de crescer em 37ºC e, portanto, incapaz de infectar o pulmão, porem capaz de crescer a 32ºC no nariz onde pode se replicar e induzir a imunidade. – ➢ TRANSFERÊNCIA DE DNA ENTRE CÉLULAS BACTERIANAS: A transferência de informação genética de uma célula a outra pode ocorrer por três métodos: conjugação, transdução e transformação. A consequência mais importante dessa transferência de DNA é o fato de os genes de resistência a antibióticos serem disseminados de uma bactéria a outra por esse processo. 1) CONJUGAÇÃO: Corresponde ao acasalamento de duas células bacterianas, durante a qual o DNA é transferido da célula doadora à receptora. Esse processo de acasalamento é controlado por um plasmídeo F (fertilidade/fator F), que carreia genes necessários para a conjugação. Uma das proteínas mais importantes é a pilina que forma o pilus sexual (tubo de conjugação). O acasalamento inicia com o pilus da bactéria macho doadora, que carreia o fator F, se ligando a um receptor da superfície da bactéria fêmea receptora que não contêm o fator F. As células então estabelecem uma relação direta pela retração do pilus e após a clivagem enzimática do DNA do fator F, uma fita é transferida através da ponte de conjugação no interior da célula receptora. O processo se completa com a síntese da fita complementar, originando um plasmídeo de fita dupla com o fator F, tanto na célula doadora como na receptora. A célula receptora torna-se uma célula F+ masculina capaz de transmitir o plasmídeo. O tempo necessário para transferência completa do DNA bacteriano é de aproximadamente 100 minutos. A transferência do plasmídeo pode ser dividida em quatro estágios: a) formação de uma união específica doador- receptor (contato efetivo); b) preparação para transferência do DNA (mobilização); c) transferência do DNA; d) formação de um plasmídeo funcional replicativo no receptor. 2) TRANSDUÇÃO: Consiste na transferência de DNA celular por meio de um vírus bacteriano (bacteriófago, fago). Durante o crescimento do vírus no interior da célula, uma porção do DNA bacteriano é incorporada na partícula viral, sendo transferido para a célula receptora durante a infecção. Na célula receptora, o DNA do fago pode se integrar ao DNA celular e a célula pode adquirir uma nova caracteristica processo chamado de conversão lisogênica. Existem dois tipos de transdução: - Generalizada: ocorre quando o vírus carreia um segmento derivado de qualquer região do cromossomo bacteriano. - Especializada: ocorre quando DNA do vírus bacteriano que foi integrado ao DNA celular é excisado (partido/segmentado) e carreia uma porção do DNA celular adjacente. De acordo com a sua funcionalidade, os plasmídeos são classificados como: 1. plasmídeo conjugativo: plasmídeos que levam genes que codificam para contato efetivo; 2. plasmídeo mobilizável: plasmídeo que prepara seu DNA para transferência; 3. plasmídeo auto transmissível: é um plasmídeo conjugativo e mobilizável, como, por exemplo, F; – ➢ RECOMBINAÇÃO: Enquanto a mutação garante a variabilidade, a recombinação genética garante que diferentes combinações de genes sejam possíveis. Uma vez transferido o DNA da célula doadora para a receptora por um dos três processos este pode ser integrado ao cromossomo da célula hospedeira por recombinação. Existem dois tipos de recombinação: - Recombinação homóloga: dois segmentos de DNA exibindo extensas regiões de homologia pareiam-se e permutam suas porções por clivagem ou religação. - Recombinação não homóloga: pouca ou nenhuma homologia é necessária MICROBIOTA NORMAL: Microbiota normal é o termo utilizado para descrever as várias bactérias e fungos que são residentes permanentes de determinados sítios corporais, especialmente a pele, a orofaringe, o cólon e a vagina. Outros conceitos, contudo, devem ser distinguidos de microbiota normal como: Estado de portador: Sob determinados aspectos, somos todos portadores de micro-organismos. O termo “portador” implica o fato de um indivíduo albergar um patógeno em potencial e, portanto, poder representar uma fonte de infecção de terceiros. Esse termo é mais frequentemente utilizado em referência a uma pessoa que apresenta infecção assintomática ou a um indivíduo que se recuperou de uma doença, mas ainda carreia o organismo, podendo albergá-lo por um longo período. Colonização: Em contexto, somos todos colonizados pelos organismos da microbiota normal; entretanto, o termo “colonização” refere-se tipicamente à aquisição de um novo organismo. Após a colonização por um novo organismo (isto é, adesão e crescimento, geralmente em uma membrana mucosa), esse organismo pode causar uma doença infecciosa ou pode ser eliminado por nossas defesas. Os membros da microbiota normal desempenham importante papel na manutenção da saúde e da promoção de doenças de três formas significativas: 1) Podem causar doenças sobretudo em indivíduos imunocomprometidos ou debilitados. Já que em determinadas partes do corpo podem manifestar patogenicidade. 2) Constituem um mecanismo de defesa protetor uma vez que ocupam sítios de adesão na pele e mucosas podendo interferir na colonização de bactérias patogênicas. Essa capacidade da microbiota normal limitar o crescimento de patógenos chama-se de resistência à colonização. 3) Podem desempenhar uma função nutricional ao produzir vitamina B e K, como exemplos das bactérias intestinais. PATOGÊNESE: Um microrganismo é considerado patógeno quando é capaz de causar doença. Patógenos oportunistas são aqueles que raramente, ou nunca, causam doença em indivíduos imunocompetentes, mas que são capazes de causar infecções graves em imunocomprometidos. O termo oportunista refere-se à capacidade do organismo aproveitar-se das defesas reduzidas para causar a doença. Virulência é a medida quantitativa da patogenicidade e é determinada pelo número de organismos requeridos para causar a doença. A virulência de um organismo é determinada por sua capacidade de produzir diferentes fatores de virulênciacomo se o pili permite a adesão adequada a membrana mucosa, se produzem endo ou exotoxinas, se apresentam capsula para proteção contra a fagocitose ou se são capazes de se defender de defesas inespecíficas do hospedeiro como o ácido estomacal. – Na perspectiva do hospedeiro, os dois principais aspectos de nossas defesas são a imunidade inata e a imunidade adquirida, que inclui a imunidade mediada por anticorpos e células. ➢ TIPOS DE INFECÇÕES BACTERIANAS: Infecção pode se referir ao organismo que infectou um individuo ou a descrição de um doença infecciosa. As bactérias causam doenças por dois mecanismos principais: 1) Produção de toxinas 2) Invasão e inflamação As toxinas podem ser exotoxinas ou endotoxinas. As exotoxinas são polipeptídios liberados pela célula, enquanto as endotoxinas correspondem a lipopolissacarídeos (LPS) que são parte integral da parede celular. As endotoxinas são observadas apenas em bacilos e cocos gram negativos, não são liberados ativamente pela célula, e causam febre, choque e outros sintomas generalizados. Obs: tanto a endo como a exotoxina podem causar o sintomas por si, não sendo necessária a presença das bactérias do hospedeiro. Bactérias invasivas, por outro lado, crescem localmente em grande número e induzem uma resposta inflamatória que consiste em eritema, edema, calor e dor. ➢ ESTÁGIOS DA PATOGÊNESE BACTERIANA: Uma sequência geral dos estágios da infecção ocorre das seguintes maneiras: 1. Transmissão a partir de uma fonte externa até a porta de entrada; 2. Evasão das defesas primarias, como pele. 3. Adesão às membranas mucosas, geralmente por bactérias que apresentam pili; 4. Colonização decorrente do crescimento das bactérias no sítio de adesão; 5. Sintomas da doença causados pela produção de toxina, ou invasão acompanhada de inflamação; 6. Respostas do hospedeiro, tanto inespecíficas como específicas (imunidade), durante os estágios 3, 4 e 5; 7. Progressão ou resolução da doença. ➢ DETERMINANTES DA PATOGÊNESE BACTERIANA: 1. TRANSMISSÃO: O mecanismo de transmissão de várias doenças infecciosas ocorre de humano para humano, porem infecções também são transmitidas por fontes não humanas, como solo, água, animais e fômites – objetos inanimados. Os organismos podem também ser transmitidos por contato sexual, pela urina, pelo contato com a pele, por transfusões de sangue, por agulhas contaminadas, ou por picadas de insetos. A transferência de sangue, quer por transfusão ou por compartilhamento de agulhas durante o uso de fármacos intravenosas, pode transmitir diversos patógenos bacterianos e virais. Bactérias, vírus e outros micróbios podem também ser transmitidos da mãe para o recém-nascido, processo denominado transmissão vertical. Contrariamente, a transmissão horizontal consiste na transmissão interpessoal, excetuando- se a transmissão da mãe para o recém-nascido. 2. ADESÃO ÀS SUPERFICIES CELULARES: Determinadas bactérias possuem estruturas especializadas como o pili, ou produzem substâncias, como capsulas ou glicocálice. Esses mecanismos de adesão são essenciais para os organismos que se ligam as membranas mucosas; mutantes desprovidos desses mecanismos frequentemente não são patogênicos. Os pili, como da Neisserie gonorrhoeai, medeiam a ligação dos organismos ao epitélio do trato urinário enquanto o glicocálix da Stephylococcus epidermidis, permite a adesão mais intensa do organismo ao endotélio de válvulas cardíacas. As diversas moléculas que medeiam a adesão às superfícies celulares chamadas de adesina. A matriz formada por essas adesinas origina um revestimento chamado de biofilme que possuem grande importância na patogênese, uma vez que protegem as bactérias contra anticorpos e antibióticos. – 3. INVASÃO, INFLAMAÇÃO E SOBREVIVÊNCIA INTRACELULAR: Um dos dois principais mecanismos pelos quais as bactérias causam doença consiste na invasão do tecido, seguida pela inflamação. Outro mecanismo principal é a produção de toxina e outro é a imunopatogênese. Várias enzimas secretadas por bactérias invasivas desempenham papel na patogênese. Dentre as mais proeminentes estão: (1) a colagenase e hialuronidase, que degradam o colágeno e o ácido hialurônico, respectivamente, permitindo, assim, a disseminação das bactérias através do tecido subcutâneo; (2) a coagulase, produzida por Staphylococcus aureus, acelera a formação de um coágulo de fibrina a partir de seu precursor, o fibrinogênio (esse coágulo pode proteger as bactérias contra a fagocitose por isolar a área infectada e revestir os organismos com uma camada de fibrina). (3) a imunoglobulina A (IgA) protease, que degrada IgA, permitindo a adesão do organismo às membranas mucosas, sendo produzida principalmente por N. gonorrhoeae. (4) leucocidinas, que são capazes de destruir leucócitos neutrófilos e macrófagos. Além dessas enzimas, vários fatores de virulência contribuem para a invasividade por limitarem a ação efetiva dos mecanismos de defesa, especialmente a fagocitose. O mais importante desses fatores antifagocitários corresponde à cápsula externa à parede celular de vários patógenos importantes. A cápsula polissacarídica impede a adesão do fagócito às bactérias; anticorpos anticapsulares permitem a ocorrência de fagocitose mais eficaz (processo denominado opsonização). As bactérias podem causar dois tipos de inflamação: • Piogênica: com produção de pus; os neutrófilos são as células predominantes; algumas das bactérias mais importantes são os cocos gram positivos e gram negativos. • Granulomatosa: há o predomínio de macrófagos e células T. O organismo mais importante dessa categoria é Mycobacterium tuberculosis. A fagocitose promovida por macrófagos mata a maioria das bactérias, porém algumas sobrevivem e crescem no interior dos macrófagos, no granuloma. A sobrevivência intracelular é outro importante atributo de determinadas bactérias que aumenta sua capacidade de promover a doença. Essas bactérias geralmente são denominadas de patógenos intracelulares e geralmente causam lesões graves granulomatosas. Para sobreviver e garantir seu crescimento intracelular, as bactérias utilizam vários mecanismos como: (1) Inibição da fusão do fagossomo o que faz com que o organismo evite as enzimas degradativas do lisossomo. (2) Inibição da acidificação do fagossomo o que reduz a atividade das enzimas degradativas do lisossomo. (3) Escape a partir do fagossomo para o interior do citoplasma onde não há atividade das enzimas degradativas do lisossomo. A invasão das células pelas bactérias depende da interação de proteínas específicas da superfície bacteriana, denominadas invasinas, e de receptores celulares específicos, pertencentes à família integrina de proteínas transmembrânicas de adesão. O deslocamento das bactérias para o interior da célula é uma função dos microfilamentos de actina. Uma vez no interior da célula, estas bactérias tipicamente situam-se no interior de vacúolos celulares, como os fagossomos. O genes que codificam vários fatores de virulência de bactérias são agrupados em ilhas de patogenicidade no cromossomo bacteriano. Após a colonização e multiplicação das bactérias na porta de entrada, elas podem invadir a corrente sanguínea, disseminando-se a outras regiões do corpo. Os receptores das bactérias na superfícies das células determinam, em grande parte, os órgãos afetados – 4. PRODUÇÃO DE TOXINAS: Refere-se ao segundo principal mecanismo pelo qual as bactérias causam doenças. - Exotoxinas: São presentes apenas em bactérias gram negativas; são secretadas pelas bactérias, enquanto as endotoxinas são componentes da parede celular. As exotoxinas são polipeptídioscujos genes frequentemente estão localizados em plasmídeos ou vírus bacterianos lisogênicos. Ex: toxina diftérica, colérica e botulínica. As exotoxinas estão entre as substâncias mais tóxicas conhecidas e são liberadas pelas bactérias por estruturas especializadas chamadas de sistemas de secreção que em podem transportá-las para o espaço extracelular ou diretamente pro interior da célula. - Endotoxina: São componentes integrais das paredes celulares de bacilos e cocos gram- negativos. As endotoxinas correspondem a LPS, enquanto as exotoxinas são polipeptídios. Sua toxicidade é baixa comparada com as exotoxinas. Todas as endotoxinas produzem os mesmos efeitos gerais de febre e choque; são fracamente antigênicas; 5. IMUNOPATOGÊNESE: Em certas doenças, o próprio organismo não é responsável pelos sintomas da doença, mas sim a resposta imune a presença do organismo como é o caso da febre reumática. ➢ ESTÁGIOS TIPICOS DE UMA DOENÇA INFECCIOSA: Uma doença infecciosa aguda apresenta quatro estágios: 1. Período de incubação: período entre a aquisição do organismo ou toxina e o inicio dos sintomas. 2. Período prodrômico: durante o qual ocorrem sintomas inespecíficos como febre, mal-estar e perda de apetite. 3. Período específico da doença: durante o qual ocorre a manifestação dos sinais e sintomas característicos da doença. 4. Período de recuperação: durante a qual a doença regride e o paciente retorna ao estado sadio. Após o período de recuperação, alguns indivíduos tornam-se portadores crônicos dos organismos e podem eliminá-los. Outros podem desenvolver uma infecção latente, a qual pode recorrer da mesma maneira que a infecção primária ou manifestar sinais e sintomas diferentes. Algumas outras, por sua vez são chamadas de subclínicas pois o individuo permanece assintomático embora infectado pelo organismo. DIAGNÓSTICO LABORATORIAL: O diagnostico laboratorial envolve duas abordagens principais: - Bacteriológica: na qual o organismo é identificado por meio de técnicas de coloração e cultivo; - Imunológica (sorológica): onde o organismo é identificado pela detecção de anticorpos contra o organismo no roso do paciente. Na abordagem bacteriológica de diagnóstico de doenças infecciosas várias etapas devem ser consideradas anteriormente ao trabalho laboratorial, como: escolha do espécime de modo apropriado, coleta do espécime de modo apropriado, transporte do espécime ao laboratório e armazenagem correta entre outros. ➢ MÉTODOS BACTERIOLÓGICOS: - As hemoculturas são úteis nos casos de sépsis e outras doenças onde o organismo é frequentemente encontrado na corrente sanguínea, como endocardite, meningite, pneumonia e osteomielite. - As culturas de garganta são bastante úteis no diagnóstico de faringite causada por Streptococcus pyogenes (faringite estreptocóccica), entretanto são também utilizadas no diagnóstico de difteria, faringite gonocóccica, e monilíase causada pela levedura Candida albicans. Choque séptico: tem como causas mais bem estabelecidas as endotoxinas de bactérias gram negativas e correspondem a uma das principais causas de óbito devido ao quadro de febre e hipotensão decorrente da circulação de toxinas no sangue. – - As culturas de escarro são utilizadas principalmente para diagnosticar a causa de pneumonias, mas também são utilizadas em casos suspeitos de tuberculose. - As culturas de liquor são bastante úteis em casos suspeitos de meningite. Essas culturas geralmente são negativas nos casos de encefalite, abscessos cerebrais e empiema subdural. - As culturas de fezes são úteis principalmente diante da queixa de diarreia sanguinolenta (disenteria, enterocolite), em vez de diarreia aquosa, frequentemente causada por enterotoxinas ou vírus. - As culturas de urina são utilizadas para determinar a causa de pielonefrite ou cistite. - As culturas do trato genital são utilizadas mais frequentemente para o diagnóstico de gonorreia e cancroide. - Ferimentos e abscessos podem ser causados por uma grande variedade de organismos. As culturas devem ser incubadas tanto na presença como na ausência de oxigênio, uma vez que anaeróbios frequentemente estão envolvidos. Os testes imunológicos (sorológicos) podem determinar se anticorpos estão presentes no soro do paciente, assim como detectar os antígenos do organismo em tecidos ou fluidos corporais. Nestes testes, os antígenos do organismo causal podem ser detectados pelo uso de anticorpos específicos, frequentemente marcados com um corante, tal como a fluoresceína (testes com anticorpos fluorescentes). A presença do anticorpo no soro do paciente pode ser detectada utilizando- se antígenos derivados do organismo. Em alguns testes, o soro do paciente contém anticorpos que reagem com um antígeno não derivado do organismo causal, como o teste VDRL, onde a cardiolipina de coração bovino reage com anticorpos presentes no soro de pacientes apresentando sífilis. FÁRMACOS ANTIMICROBIANOS: MECANISMO DE AÇÃO E RESISTÊNCIA A essência do tratamento antimicrobiano é a toxicidade seletiva — matar ou inibir o micro- organismo sem afetar o hospedeiro. Os antibióticos e os quimioterápicos que atuam sobre as bactérias, interferem com diferentes atividades da célula bacteriana, causando a sua morte ou somente inibindo o seu crescimento. Os primeiros são chamados bactericidas e os segundos, bacteriostáticos. As interações dos antibacterianos com a célula bacteriana podem ocorrer no nível da parede (estrutura e biossíntese), membrana citoplasmática (estrutura e função), síntese de proteínas e síntese de ácidos nucléicos. • Antibacterianos que atuam na parede: os mais utilizados são os B-lactâmicos que interferem na terceira etapa de síntese da camada de peptideoglicano referente a que a se passa externamente a membrana citoplasmática. • Antibacterianos que atuam no nível da membrana citoplasmática: esses antibióticos se assemelham aos detergentes catiônicos e quando alcançam a membrana citoplasmática, o ácido graxo mergulha na sua parte lipídica e a porção básica permanece na superfície. Essa intercalação das moléculas do antibiótico na membrana provoca sua desorganização, com saída dos componentes celulares e morte da bactéria. • Antibacterianos que interferem na síntese de proteínas: os aminoglicosídeos provocam alterações como a leitura errada do código genético conduzindo a proteínas não funcionais; as tetraciclinas bloqueiam a síntese proteica; • Antibacterianos que interferem na síntese de DNA: atuam nesse nível o metronidazol que forma produtos tóxicos que se intercalam na molécula de DNA quebrando-a; a rifampicina se combina de forma irreversível com as DNA- polimerases, bloqueando a transcrição do DNA. Três condições devem ser preenchidas para que um antibacteriano iniba ou mate uma bactéria: a existência de um alvo, o antibacteriano deve ter a – capacidade de atingir o alvo e não pode ser inativado antes de atingi-lo. As bactérias podem ser classificadas em sensíveis e resistentes aos antimicrobianos. Em geral, classificam-se como resistentes às bactérias que crescem in vitro, nas concentrações que os antimicrobianos atingem no sangue quando administrados nas recomendações de uso clínico. A resistência pode ser natural ou adquirida. A natural corresponde a uma característica da espécie bacteriana e todas as amostras desta espécie têm esta propriedade. Na adquirida, somente parte das amostras é resistente. Observação: o antimicrobiano NÃO INDUZ a resistência e sim um agente selecionador dos mais resistentes existentes no meio de uma população. A aquisição de resistência por uma célula bacteriana sensível é sempre decorrência de uma alteraçãogenética que se expressa bioquimicamente e essas alterações genéticas podem ser originadas de mutações cromossômicas ou pela aquisição de plasmídios de resistência ou por transposons. Do ponto de vista clínico, a resistência mediada por plasmídeos exibe grande importância por três razões: (1) Ocorre em várias espécies diferentes, especialmente em bacilos gram-negativos; (2) Os plasmídeos frequentemente medeiam a resistência a múltiplos fármacos; (3) Os plasmídeos exibem uma alta taxa de transferência de uma célula a outra, geralmente por conjugação. São vários os mecanismos químicos que podem levar uma bactéria a se tornar resistente: produção de enzimas que modificam a molécula do antibacteriano tornando-o inativo; diminuição da permeabilidade à entrada do antibacteriano; alteração do alvo; síntese de novas enzimas que não sofrem ação do antibacteriano e expulsão do antibacteriano da célula. CONCEITOS DE FARMACOLOGIA: • Dose: é a quantidade a ser administrada de um vez a fim de produzir efeitos terapêuticos. • Posologia: consiste no estudo das doses. A posologia é variável em função do distúrbio que está sendo tratado. • Meia vida: Tempo gasto para a remoção de 50% do total administrado do fármaco. • Farmacocinética: Avalia os efeitos que o corpo faz com o fármaco, dentre eles, o processo de absorção, distribuição, metabolismo e excreção. • Farmacodinâmica: É a área da farmacologia que estuda o efeito de uma determinada droga (ou fármaco ou medicamento) em seu tecido alvo, ou simplesmente estuda como uma droga age no tecido-alvo (órgão ou sítio onde determinada droga tem efeito). • Biodisponibilidade: É o termo usado para descrever a função e concentração de uma dose administrada de uma droga não alterada, sem alterações, que atinge a circulação sistêmica. Leva-se em consideração tanto a absorção quanto a degradação metabólica local. Relaciona-se apenas com a proporção total de fármaco que alcança a circulação, desprezando a velocidade de absorção. • Bioequivalência: Termo utilizado para avaliar a equivalência biológica esperada in vivo de duas preparações diferentes de um medicamento. Assegura que o medicamento é equivalente terapêutico. - Medicamentos similares não apresentam a mesma biodisponibilidade do medicamento de referência. - Medicamentos genéricos possuem mesma biodisponibilidade e bioequivalência do medicamento de referência.
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