Introdução a Microbiologia

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Introdução a Microbiologia 
 Histórico e evolução da Microbiologia, classificação dos microrganismos e morfologia microbiana.
	Modulo 1 
	Descrever o histórico e a evolução da Microbiologia
Microbiologia: 
· Ciência que estuda os microrganismo.
· Podem ser encontrados como células únicas ou agrupamentos celulares.
· Também estão incluídos os vírus - seres microscópico, de natureza acelular.
Porém, como surgiu a vida na Terra?
 Essa questão ainda é um grande mistério para os cientistas. Os organismos conhecidos são formados pelos mesmos constituintes básicos:
· Proteínas (formadas por monômeros de aminoácido.
· Ácidos nucleicos (DNA e RNA, formados por nucleotídeos).
· Polissacarídeos (formados por monossacarídeos)
· Lipídios.
 Evidências científicas sugerem que esses precursores orgânicos das células podem, em certas condições, ser formados espontaneamente, oferecendo as condições necessárias para o surgimento dos primeiros sistemas vivos.
Cientistas acreditam que o RNA tenha surgido antes do DNA, pois o RNA possui duas propriedades essenciais para a manutenção de uma célula primitiva:
Algumas moléculas de RNA são capazes de catalisar sua própria síntese a partir de açúcares, bases nitrogenadas e fosfato, ou seja, participam de sua própria replicação (moléculas autorreplicantes). As moléculas de RNA também podem catalisar a síntese de proteínas.
Microbiologia como ciência
 Durante muitos e muitos anos, diferentes explicações para grandes epidemias surgiram, geralmente com explicações de cunho religioso, devido ao grande poder e à influência que a Igreja Católica exercia sobre as pessoas.
Invenção do primeiro microscópio:
Em 721 a.C., os romanos já utilizavam lentes de aumento para observar objetos. As lentes foram sendo aperfeiçoadas com o passar dos anos, até que, por volta de 1590, surgiu o primeiro modelo de microscópio. Ele foi criado por Hans e Zacharias Janssen, fabricantes de lentes; o microscópio era cilíndrico e continha duas lentes, que aumentavam o tamanho dos objetos.
Primeira descrição de bactérias:
Ele construiu microscópios muito simples para examinar substâncias naturais, descobrindo as bactérias ao analisar infusões aquosas de pimenta e observar a presença de «pequenos animálculos», como ele mesmo se referia às bactérias observadas.
A experiência de Redi
 Apesar da descoberta dos microrganismos, pouco avanço foi observado na área da Microbiologia por longos anos. Na segunda metade do século XIX, entretanto, a Microbiologia voltou a ganhar fôlego por questões relacionadas às doenças infecciosas e à Teoria da Geração Espontânea (ou Teoria da Abiogênese). Muitos cientistas e filósofos da época defendiam que algumas formas de vida poderiam surgir de matéria morta ou inanimada, mas alguns não acreditavam nessa possibilidade.
Em 1668, Redi desenvolveu uma experiência que ficou muito famosa, para demonstrar que a vida não poderia surgir da matéria inanimada. 
Ele colocou pedaços de carne em frascos de vidro, deixando alguns frascos abertos e outros cobertos com gaze. Com o passar do tempo, ele observou que os pedaços de carne dos frascos que ficaram abertos estavam repletos de larvas, e, nos frascos tampados, os pedaços de carne estavam livres de larvas, as quais foram encontradas apenas sobre as gazes que tampavam os frascos.
O experimento Pasteur
Em um primeiro momento, Pasteur demonstrou que a fervura de um caldo nutritivo seguida da vedação do frasco impediria que ele «estragasse». Foi então que Pasteur solucionou de vez a questão de maneira brilhante, construindo um frasco com pescoço de cisne. Assim, o caldo nutritivo não «estragava», mesmo após muitos dias, sendo observada a contaminação do caldo apenas após o contato dele com a poeira acumulada no gargalo em forma de S ou após este gargalo ser quebrado.
enquanto o caldo dos frascos fervidos e mantidos abertos ficavam contaminados rapidamente.
Experimento de Louis Pasteur.
 
Os Postulados de Koch
Após a descoberta dos microrganismos, passou-se a acreditar que eles eram os causadores de diversas doenças, mas não havia comprovação disso. O conceito de doença infecciosa foi desenvolvido apenas depois dos trabalhos do médico alemão Robert Koch , que criou a Teoria do Germe da Doença e os Postulados de Koch. Tudo começou quando Koch estudava uma doença chamada antraz, que acometia o gado e os humanos. Koch descobriu, ainda, que as bactérias do antraz podiam ser cultivadas em meios de cultura de laboratório.
Os Postulados de Koch foram definidos para estabelecer a relação de causa e efeito de uma doença infecciosa:
1º postulado
O patógeno suspeito de causar a doença deve estar presente em todos os casos da doença, mas ausentes nos animais sadios; ou seja, deve haver uma associação constante entre patógeno e hospedeiro.
2º postulado
Uma cultura laboratorial pura do patógeno deve ser obtida.
3º postulado
Células do patógeno provenientes de uma cultura pura devem ser capazes de causar doença em um animal saudável (para isso, o agente infeccioso deve ser inoculado em um animal sadio, e o desenvolvimento da doença deve ser observado).
4º postulado
O patógeno suspeito precisa ser “reisolado” em cultura pura, com o intuito de demonstrar ser o mesmo patógeno inoculado inicialmente (em outras palavras, o agente infeccioso dos animais doentes/mortos precisa ser novamente isolado).
Essas descobertas tiveram grande impacto no desenvolvimento da ciência e da medicina clínica. Koch ainda realizou outros grandes feitos, como a identificação do agente causador da tuberculose (Mycobacterium tuberculosis) e da cólera (Vibrio cholerae), dentre outros. Graças aos avanços nas técnicas de biologia molecular, hoje nós sabemos que alguns microrganismos não crescem em cultura laboratorial, mas isso não desmerece os achados valiosos dos trabalhos de Koch.
Verificando o Aprendizado
1. Neste módulo, descrevemos que as condições da Terra, durante muitos anos após sua criação, eram extremamente adversas. Embora ainda existam dúvidas sobre a origem da vida em nosso planeta, muitos cientistas acreditam que as primeiras células tenham surgido de que forma?
· A) Em um mundo de DNA.
· B) Em um mundo de RNA.
· C) Através de bactérias ancestrais.
· D) Foram trazidos a Terra por meteoritos. 
· E) Por meio das grandes colisões. 
2. Em seu experimento, Pasteur utilizou frascos com pescoço de cisne, demonstrando que um caldo nutritivo estéril só passava a apresentar crescimento microbiano após a quebra do gargalo. Com isso, Pasteur conclui que:
· A) A quebra do gargalo do frasco permitiu que microrganismos presentes no ar entrassem em contato com o caldo nutritivo e se replicassem.
· B) O oxigênio não conseguia entrar nos frascos com pescoço de cisne, impedindo o crescimento de microrganismo.
· C) Os microrganismos necessitam de espaços maiores para desenvolver.
· D) O caldo nutritivo gerava novas formas de vida graças a presença do oxigênio.
· E) Os microrganismos não estavam presentes no ar.
 
Classificação Nominal Dos Seres Vivos.
A classificação dos seres vivos tem como objetivo organizá-los em grupos de acordo com suas semelhanças fenotípicas ou com suas relações evolutivas. Dessa forma, os organismos vão sendo colocados em grupos cada vez mais inclusivos. Assim, um conjunto de espécies semelhantes são agrupadas dentro de um mesmo gênero; gêneros semelhantes são agrupados dentro de uma mesma família; famílias semelhantes, dentro de uma mesma ordem; ordens semelhantes, dentro de uma classe; classes semelhantes, dentro de um filo, e, por fim, filos semelhantes, dentro de um domínio. O domínio engloba todos os organismos dentro de uma hierarquia.
Características Gerais Dos Procariotos Dos Eucariotos
Procariotos: Não possuem um núcleo envolvo por membrana nuclear, ou seja, não possuem um compartimento nuclear para abrigar seu DNA. As bactérias e arqueias são microrganismos procariotas.
Eucariotos: Possuem um compartimento intracelular envolto por uma membrana, chamadonúcleo, onde seu DNA é mantido. As algas, os protozoários e os fungos são eucariotos, apresentando estruturas celular igual à das células dos organizamos superiores.
De maneira geral, as células procarióticas são pequenas e simples, podem apresentar diferentes formatos (células em forma de bastonetes, esféricas, espiraladas etc.) e medem poucos micrômetros de comprimento. Costumam viver como organismos independentes ou, ainda, em comunidades organizadas de maneira livre, mas não como organismos multicelulares. Além disso, as células procarióticas possuem vários componentes obrigatórios:
A membrana plasmática envolve um compartimento citoplasmático único contendo DNA, RNA e ribossomos.
Proteínas e pequenas moléculas importantes para a vida da célula também são encontradas no citoplasma.
A maioria das células procarióticas também apresenta uma capa protetora denominada parede celular, que se encontra acima da membrana plasmática.
 Os principais componentes típicos das células eucarióticas, além do núcleo, são as mitocôndrias, o aparelho de Golgi e o retículo endoplasmático. O genoma das células procarióticas e eucarióticas são organizados de diferentes maneiras. Além disso, o genoma das células eucarióticas é, muitas vezes, maior que o das células procarióticas.
Você pode se perguntar: “Como surgiram as células eucarióticas?”.
Todas as células eucarióticas possuem ou já possuíram em algum momento mitocôndrias, por exemplo. Acredita-se que as mitocôndrias tenham se originado de bactérias de vida livre que eram capazes de metabolizar o oxigênio e que foram endocitadas por uma célula ancestral que era incapaz de usar o oxigênio . Com o passar do tempo, a bactéria aeróbica, que antes era de vida livre, tornou-se parte da célula eucariótica.
Domínio bactéria: Além de serem encontradas na água e no solo, as bactérias também fazem parte da microbiota normal dos animais e dos seres humanos, mas também podem causar as mais variadas doenças, desde condições facilmente tratáveis até doenças extremamente graves e fatais. Elas se reproduzem assexuadamente, mas também possuem estratégias para trocas de material genético entre diferentes bactérias, através de mecanismos de transtornos, conjugação e transdução.
Domínio Archaea: O domínio Archaea é composto por vários filos e inclui microrganismos procariotos, geralmente com metabolismo quimiorganotrófico ou quimiolitotrófico. Apresentam como principal característica a capacidade de viver em condições extremas, ou seja, são extremófilos. De acordo com os cientistas, as arqueias ajudam a estabelecer os limites de tolerância dos organismos às condições ambientais, uma vez que são capazes de viver em lugares que a maioria dos outros seres vivos jamais conseguiria.
Domínio Eukarya: Pertencem ao domínio Eukarya os organismos eucariotos, ou seja, aqueles cujo material genético se encontra envolvido por uma membrana, formando o núcleo celular.
Cada um dos diferentes grupos de microrganismos que fazem parte deste domínio.
Protozoários: Os protozoários incluem microrganismos unicelulares de distribuição ampla na natureza, podendo ser encontrados na água, no solo, vivendo em simbiose com outros organismos e parasitando e causando doenças em diversos hospedeiros . Alguns possuem alvéolos, que são bolsas localizadas abaixo da membrana plasmática que auxiliam na regulação osmótica da célula. A nutrição geralmente se dá pelo englobamento de partículas orgânicas do ambiente ou através da predação de outros microrganismos; a digestão ocorre através da formação de um vacúolo digestivo, enquanto a excreção de resíduos pode ocorrer por difusão na superfície da célula ou através de organelas chamadas vacúolos contráteis ou pulsáteis.
Fungos: Em primeiro lugar, a área da ciência que estuda os fungos é chamada de Micologia. Os fungos formam um grupo de microrganismos grande, bastante diverso e amplamente distribuído. Já foram descritas mais ou menos cem mil espécies fúngicas, mas acredita-se que existam muito mais.
Principais Representantes dos Fungos:
· Leveduras
· Bolores 
· Cogumelos
Geralmente, estão presentes no solo e na matéria vegetal e animal em decomposição. Alguns fungos podem viver em associação com plantas, ajudando-as a obter nutrientes do solo, enquanto outros são benéficos também ao seres humanos, como algumas leveduras que realizam a fermentação e são utilizadas na indústria alimentícia e de bebidas (como o gênero Saccharomyces, que participa do processo de fermentação da cerveja), além de fungos que são capazes de sintetizar antibióticos (como fungos do gênero Penicillium, que sintetizam a penicilina, por exemplo). Entretanto, várias espécies fúngicas também estão envolvidas em doenças que acometem plantas, animais e seres humanos. As doenças causadas por fungos são denominadas micoses.
Algas vermelhas e verdes unicelulares
Essas algas representam um grupo bastante diverso de organismos eucarióticos que apresentam clorofila e realizam fotossíntese aeróbia.
As algas vermelhas são encontradas principalmente no ambiente marinho, mas também podem ser achadas em água doce, podendo ser unicelulares ou multicelulares. Algumas algas vermelhas são fontes de ágar, outras são usadas para fazer sushi, enquanto outras protegem os recifes de corais dos danos ocasionados pelas ondas.
As algas verdes podem ser representadas por organismos microscópicos e macroscópicos parecidos com plantas terrestres .
Características gerais dos Vírus e dos Príons
Vírus: Em primeiro lugar, os vírus não são células. Isso mesmo, você não leu errado! Eles são elementos genéticos que dependem de uma célula hospedeira para que ocorra sua replicação e, por isso, são considerados parasitas intracelulares obrigatórios. Os vírus são muito pequenos, medindo de 0,02 a 0,3 µm e são visíveis apenas com o auxílio de um microscópio eletrônico. Geralmente, os vírus que infectam animais possuem uma camada externa formada por lipídios e proteínas, chamada de envelope; já os vírus que infectam bactérias não costumam apresentar camadas adicionais.Os vírus que possuem envelope são chamados de envelopados e apresentam uma estrutura chamada nucleocapsídeo, que é formado por ácido nucleico e pelas proteínas do capsídeo.
Príons: Os príons são agentes infecciosos ainda mais simples que os vírus, sendo constituídos apenas por proteínas. Mesmo assim, causam doenças neurológicas em animais, chamadas coletivamente de encefalopatias espongiformes transmissíveis.
 
Verificando o Aprndizado
1. O sistema de classificação binominal dos seres vivos, proposto por Carolus Linnaeus, determina que devemos escrever:
· A) Primeiro o filo, depois a família.
· B) Primeiro o domínio, depois a classe.
· C) Primeiro o Gênero, depois a espécie.
· D) Primeiro a espécie, depois o gênero.
· E) Primeiro o filo, depois o domínio.
2. Qual é a principal característica que diferencia as células procarióticas das eucarióticas?
· A) As células procarióticas não possuem núcleo, enquanto as eucarióticas possuem.
· B) As células procarióticas, não possuem parede celular, enquanto as eucarióticas possuem.
· C) As célula procarióticas possuem organelas especializadas, enquanto as eucarióticas não possuem.
· D) As células procarióticas são maiores e mais complexas do que as eucarióticas.
· E) As células procarióticas não possuem material genético, enquanto as eucarióticas possuem.
Reconhecer a morfologia e as estruturas das células procarióticas
Morfologia da Célula Procariótica.
Quando nos referimos à morfologia celular, estamos falando sobre a forma da célula. Em procariotos, muitas morfologias diferentes são conhecidas e foram descritas ao longo do tempo. Principais:
· Cocos: Bactérias que apresentam estrutura esférica. Podem ser classificadas em relação ao seu arranjo em: diplococos (agrupamento de dois cocos), tétrades (agrupamento de quatro cocos), sarcina (agrupamento de oito cocos formando uma espécie de cubo), estreptococos (cocos agrupados em cadeias) e estafilococos (cocos agrupados em um arranjo semelhante ao cacho de uva).
· Bastonetesou Bacilos: Bactérias que apresentam estrutura em forma de bastão. Podem ser encontradas organizadas em diplobacilos (bacilos agrupados aos pares) ou estreptobacilos (bacilos organizados em cadeias). Podem ocorrer ainda em paliçada, agrupados lado a lado.
· Espiralas: Apresentam sua célula em espiral e ocorrem, em sua grande maioria, de forma isolada. Podem ser classificados em espirilos, quando possuem corpo mais rígido e a presença de flagelos, e espiroquetas, que são mais flexíveis e locomovem-se por contrações citoplasmáticas
· Cocobacilos: Assemelham-se a uma forma de transição entre cocos e bacilos e caracterizam-se por serem bastões muito curtos.
· Vibrião: Assemelha-se a uma vírgula e a espirilos muito curtos.
Estruturas Fundamentais
Você sabe o que são estruturas fundamentais a uma célula?
São todas aquelas estruturas essenciais à vida da célula e à sua sobrevivência, estando presentes em todos os organismos.
Membrana plasmática
A membrana plasmática é uma barreira de permeabilidade existente em todas as células, sendo responsável por separar o citoplasma do ambiente externo. É uma estrutura extremamente importante. A membrana plasmática é uma barreira de permeabilidade existente em todas as células, sendo responsável por separar o citoplasma do ambiente externo. É uma estrutura extremamente importante.
· Hidrofóbicos: Que não possuem afinidade por água, ou seja, são hidrofóbicos, como ácidos graxos.
· Hidrofílicos: Que apresentam afinidade por água, como glicerol-fosfato.
Certas bactérias possuem moléculas semelhantes aos esteróis em sua membrana plasmática, conhecidas como hopanoides. Os esteróis reforçam a membrana das células eucarióticas, e os hopanoides realizam essa mesma função nas bactérias. As proteínas podem se apresentar na membrana plasmática de diferentes maneiras. Algumas dessas proteínas periféricas possuem uma cauda lipídica que faz essa ancoragem à membrana .
Principais Funções:
· Compartilhamento
· Transporte de substâncias 
· Atividades bioquímicas e de síntese 
· Geração de energia
Parede Celular
A parede celular é uma estrutura relativamente permeável que se encontra localizada acima da membrana plasmática. Em procariotos, ela é responsável por proteger a célula contra a lise osmótica e mecânica, além de conferir à célula forma e rigidez. Por ser a estrutura mais superficial, ela age como um receptor que permite a interação de proteínas e moléculas com a bactéria. 
De acordo com a estrutura e composição química da parede celular, as bactérias podem ser classificadas em dois grandes grupos:
· Gram-Positivas: Possuem uma parede celular formada por uma camada espessa de peptideoglicano, e muitas apresentam ainda moléculas ácidas chamadas de ácidos teicoicos.
· Gram-Negativos: Por sua vez,  coram-se em vermelho e apresentam uma estrutura mais complexa, com menos peptideoglicano.
A diferenciação das bactérias gram-positivas e gram-negativas é realizada através de uma técnica conhecida como Coloração de Gram. Ao final do procedimento, as bactérias gram-positivas ficam coradas de roxo, e as gram-negativas, de Vermelho/rosa.
Diferentemente das bactérias, as paredes celulares das arqueias não possuem peptideoglicano, sendo formadas principalmente por polissacarídeos, proteínas ou glicoproteínas. Outras arqueias podem apresentar, ainda, uma parede celular espessa formada por polímeros de glicose, de ácido glicurônico, de ácido urônico galactosamina, dentre outros. A camada S é resistente o suficiente para aguentar pressões osmóticas variadas e estabelecer a forma da célula, mas ela pode estar presente em bactérias junto a outros componentes da parede celular.
Ribossomos
Os ribossomos são estruturas presentes no citoplasma e são formados por ácido ribonucleico e proteínas. São responsáveis por sintetizar todas as proteínas indispensáveis à vida, participando como sítio de tradução do RNA mensageiro na síntese de proteínas.
· Procariotos: Apresentam ribossomos 70S, que são formados pelas subunidades 30S e 50S.
· Eucariotos: Possuem ribossomos 80S formados pelas subunidades 40S e 60S.
Material Genético
Todos os organismos possuem material genético ou genoma e, no momento da divisão celular, ele é transmitido aos descendentes. Nos microrganismos procariotos, o material genético pode ser formado por dois elementos distintos: DNA cromossômico e DNA extracromossômico (também conhecido como plasmídeo, que estudaremos no próximo tópico).
O DNA cromossômico é o principal constituinte do genoma dos procariotos; este DNA se encontra associado com proteínas, formando os cromossomos.
Como as células procarióticas não possuem um núcleo envolvendo o material genético, ele se encontra disperso no citoplasma, mas de uma maneira compactada e organizada em uma região conhecida como nucleoide. O DNA das células procarióticas é aproximadamente 1000 vezes menor que o das células eucarióticas.
Estruturas Acessórias
· Cápsula: A cápsula é uma estrutura presente em muitas bactérias, tanto gram-positivas como gram-negativas, e se encontra localizada ao redor da parede celular. A cápsula geralmente é composta por uma grande variedade de polissacarídeos, mas proteínas também podem ser encontradas. Pode ser facilmente observada com o auxílio de um microscópio óptico utilizando a tinta nanquim, pois, uma vez que este corante não é capaz de penetrar na cápsula, ela se apresenta como um halo claro contra um fundo escuro.
· Flagelos: Muitos procariotos conseguem se deslocar devido à presença de estruturas denominadas flagelos, que proporciona às células a motilidade natatória. Os flagelos estão ancorados na membrana plasmática e na parede celular, possuem morfologia helicoidal e são formados por cópias da proteína flagelina.
Fímbrias e Pili:
A superfície das células procariotas podem conter ainda estruturas denominadas fímbrias e pili. As fímbrias estão envolvidas com a adesão a superfícies, tanto inertes quanto de animais .
São responsáveis por facilitar a troca genética entre células durante o processo de conjugação, além de auxiliar também no processo de adesão.
Grânulo de inclusão
Servem como fonte de energia e de cadeias de carbono curtas que a célula usa para a síntese de membranas e outros lípidos ou produtos de secreção. São reservas energéticas e nutrientes nas bactérias. 
Plasmídeos
São moléculas extracromossômicas circulares de DNA bacteriano. Essas moléculas destacam-se por sua capacidade de duplicação independente, ou seja, são capazes de se replicar independentemente do DNA cromossomal.
Endósporos
É uma estrutura dormente, dura, e não reprodutiva produzida por um número pequeno de bactérias do grupo Firmicutes. A função primaria da maioria dos endoscópios é garantir a sobrevivência da bactéria por períodos de estresse ambiental.
Classificação das Bactérias
	
MORFOLOGIA
	De acordo com a forma, as bactérias podem ser classificadas em cocos, bacilos, espiroquetas, espirilos e vibriões.
	
PAREDE
CELULAR
	De acordo com a composição da parede celular, as bactérias podem ser classificadas em gram-positivas e gram-negativas.
	
PH
	De acordo com o pH ótimo de crescimento, as bactérias podem ser classificadas como neutrófilas (crescem em pH neutro – faixa ótima de pH > 5,5 e < 8), acidófilas (pH < 5,5) e alcalifílicas (pH> 8).
	
TEMPERATURA
	De acordo com a temperatura ótima de crescimento, as bactérias podem ser classificadas em psicrófilas (abaixo de 20ºC), mesófilas (entre 20 e 40ºC), termófilas (entre 45 e 80ºC) e hipertermófilas (acima de 80ºC).
	
METABOLISMO
	De acordo com a fonte de energia utilizada para o metabolismo energético, as bactérias podem ser classificadas em quimiotróficas
	RESPIRAÇÃO FERMETAÇÃO
	Podem ser classificadas como aeróbias, anaeróbias ou facultativas.
Verificando o Aprendizado
1. As células bacterianas possuem estruturas fundamentais e estruturas acessórias. As estruturas fundamentais estão presentes em todas as células, enquanto as acessórias se encontram em apenas alguns grupos de bactérias. Dentre as opções abaixo, marque aquela que apresentaapenas estruturas acessórias:
· A) Membrana plasmática, parede celular e material genético.
· B) Cápsula, flagelo e ribossomos.
· C) Material genético, endósporos e grânulos de inclusão.
· D) Cápsula, flagelo e plasmídeos.
· E) Ribossomos, fímbrias e plasmídeos.
1. As bactérias podem apresentar diferentes morfologias, ou seja, formatos muito variados. Dentre as opções abaixo, apenas uma NÃO representa uma morfologia bacteriana.
· A) Formato de coco.
· B) Formato de vibrião (ou vírgula).
· C) Formato de bacilo.
· D) Formato tetraédrico.
· E) Formato espiralado.