Introdução à Microbiologia Parte II - Bacteriologia

Bacteriologia

"Ciência que estuda a morfologia, ecologia, genética e bioquímica das bactérias."

Células bacterianas

As células bacterianas podem apresentar estruturas comuns entre si e algumas estruturas específicas presentes em determinadas espécies.

Estruturas

“Membrana Celular”

Semelhante as demais membranas biológicas, é constituída por lipídios (fosfolipídios) e proteínas. As bactérias são células procariotas. Ou seja, seu núcleo não é organizado por não possuir a carioteca (membrana nuclear). As células bacterianas não apresentam esteróides e são ricas em proteínas. Nas bactérias, a membrana citoplasmática além de ter o papel de transporte ativo, isto é, transporte de nutrientes e outras substâncias com gasto de energia. Está também envolvida no processo de produção de energia (ATP) pelo processo de fosforilação oxidativo.

A membrana celular bacteriana possui invaginações que podem ser simples dobras, como estruturas tubulares ou vesículas. Usa-se o termo mesossomos para se referir a essas invaginações da membrana.

“Organelas”

As bactérias apresentam ribossomos em seu citoplasma. Essas organelas não estão ligadas às membranas ficando assim espalhadas no interior celular.

As células procarióticas podem acumular substâncias de reserva sobe a forma de polímeros insolúveis (são conhecidos como Grânulos de reserva). São comuns polímeros de glicose (amido e glicogênio) ou polímero fosfato. Estes grânulos podem ser visualizados utilizando-se colorações especiais.

“Material Genético”

Cromossomo: as bactérias possuem um cromossomo circulas, que é constituído por uma única molécula de DNA. O cromossomo contém todas as informações necessárias à sobrevivência da bactéria e é capaz de autoduplicação.

Plasmídio: são moléculas menores de DNA circular, cujos genes não codificam características essenciais, porém muitas vezes conferem vantagens seletivas às bactérias que os possui. Os plasmídios são autônomos, isto é, são capazes de autoduplicação independente do DNA cromossômico.

“Parede Celular”

É através dessa estrutura que as bactérias podem ser dividas em dois grandes grupos: Gram positivas e Gram negativas.

Diferenças entre as paredes celulares de Gram positivas e Gram negativas:

A camada basal (mureína ou peptidoglicano) encontra-se externamente à membrana citoplasmática. Tal camada é comum entre os dois grupos. Entretanto, existem diferenças quantitativas entre elas onde as bactérias Gram positivas possuem essa camada mais espessa o que impediria a ação descorante do álcool (usado no método de colorações especiais), enquanto as bactérias Gram negativas que possuem esta camada mais fina consequentemente se descoram facilmente.

O que há de mais diferente entre esses dois grupos de bactérias (relacionado as paredes celulares das células bacterianas) é que as bactérias Gram negativas possuem uma segunda camada denominada membrana externa (ausente nas bactérias Gram positivas). Existe um espaço entre a membrana citoplasmática e a membrana externa, denominado espaço periplasmático, onde se localiza o peptidoglicano.

O peptidoglicano é a estrutura que confere rigidez à parede celular e determina a forma da bactéria e a protege da lise osmótica quando em meio hipotônico.

A ligação entre os açúcares (glicanos) que compõem o peptidoglicano podem ser rompidos pela ação de enzimas levando a bactéria à morte. Temos então a lisozima que é uma enzima vulgarmente conhecida como o antibiótico natural do organismo, uma vez que destrói bactérias. Encontra-se em abundância em secreções, como as lágrimas, a saliva e a mucosa nasal, bem como em grânulos citoplasmáticos de granulócitos neutrófilos e ainda na clara do ovo (sendo esta muito útil a nível industrial, nomeadamente no controle de bactérias lácteas no vinho). Foi descoberta acidentalmente, em 1922, por Alexander Fleming que, estando constipado, deixou cair algumas gotas de muco nasal numa cultura de bactérias, verificando depois que alguma substância presente no muco as tinha matado. Esta enzima é antibacteriana, uma vez que degrada os polissacarídeos que se encontram nas paredes celulares de muitas bactérias (não tem, no entanto, efeito nas bactérias GRAM negativas). Ela desempenha este papel catalisando a inserção das moléculas de água em determinados pontos das cadeias polissacarídeas das bactérias, mais concretamente nos locais onde os dois amino-açúcares que compõem as cadeias (N-acetilglucosamina e ácido N-acetilmurámico) se ligam. Pertence, portanto, à classe funcional enzimática das hidrolases. Uma deficiência em lisozima pode ser causada pelo gene LYZ, do cromossoma 12, e pode estar associada a um aumento da tendência das infecções.

Parede Celular das Bactérias Gram Positivas:

Aproximadamente 40% a 90% do peso seco da parede celular destas bactérias são formadas de peptidoglicano envolvendo toda a célula.

Muitas bactérias Gram positivas (estafilococos, estreptococos) possuem na parede celular os chamados ácidos teicóicos. Estes ácidos podem estar ligados ao peptidoglicano ou a lipídios da membrana citoplasmática. Neste ultimo caso, são chamados de ácidos lipoteicóicos atravessam a parede celular e podem ser detectados como antígenos na superfície da célula bacteriana.

Parede Celular das Bactérias Gram Negativas:

Aproximadamente 10% do peso seco da parede celular das bactérias Gram negativas é formado de peptidoglicano.

A membrana externa é formada por dupla camada lipoproteica. Os lipopolissacarídeos (LPS), conhecidos como endotoxinas, são localizados na membrana externa. Eles são compostos por um lipídio (lipídio A) que é responsável pelo efeito tóxico ligados a cadeias polissacarídicas. O polissacarídeo constitui o antígeno somático (antígeno O) das bactérias Gram negativas classificando-as em sorogrupos.

“Flagelos”

São estruturas protéicas, longas e delgadas que se projetam externamente a parede celular. O numero e a disposição dos flagelos, na bactéria, são utilizados para classificá-las:

a) Bactérias com um único flagelo polar: monotríquias;

b)     //         com inúmeros flagelos distribuídos nas extremidades: peritríquias;

c)    //          com um tufo” de flagelos nas extremidades: lofotríquias.

O flagelo é responsável pela motilidade (locomoção) da bactéria.

“Fimbrias”

Fimbrias ou pili são estruturas protéicas, curtas e finas, presentes na superfície de muitas bactérias Gram negativas. As fimbrias estão relacionadas com a aderência bacteriana à superfícies. Ex: CFA I e CFA II em Escherichia coli (CFA = Fator de Colonização).

Outro tipo de fimbria é a fimbria sexual que é necessária para que a bactéria possa transferir material genético no processo denominado conjugação.

“Capsula”

Muitas bactérias possuem uma camada polissacarídica ou protéica localizada externamente à parede celular. A cápsula está relacionada com a virulência bacteriana conferindo resistência bacteriana à fagocitose, fazendo com que as bactérias capsuladas sejam mais virulentas que as não capsuladas.

“Glicocálice”

É uma malha frouxa de fibrilas que se estende para fora a partir da célula.

Função: O glicocálice desempenha um papel importante na aderência das bactérias às superfícies no seu meio ambiente incluindo células de hospedeiros vegetais e animais.

Ex: Streptococcus mutans (aderência a dentina = cárie)

Morfologia bacteriana

Tamanho:

As células bacterianas na sua maioria apresentam o diâmetro variando entre 0,2 a 1,5µm e o comprimento entre 1-6µm.

Forma:

Quanto a forma as bactérias podem apresentar 3 grupos básicos:

a) Cocos: são células esféricas. Ex: Streptococcus spp

b) Bacilos: são células cilíndricas, em forma de bastonetes. Ex: Escherichia coli

c) Espirilos: são células espiraladas. Ex: Treponema pallidum

Arranjo:

Muitas bactérias podem ser classificadas ainda quanto ao arranjo que podem apresentar, isto é, a disposição das células entre si.

Tipos de grupamento:

1- Cocos agrupados aos pares recebem o nome de diplococos.

2- Quando o agrupamento constitui uma cadeia de cocos, estes são chamados de estreptococos (grupamento em cadeia). Ex: Streptococcus pyogenes.

3- Cocos em grupos irregulares, lembrando um cacho de uva, recebem a designação de estafilococos. Ex: Staphylococcus aureus.

Nutrição e crescimento bacteriano

O termo crescimento quando aplicado às bactérias, refere-se ao aumento de indivíduos presentes na população. A divisão da bactéria acontece depois que ela aumenta a massa celular, pela síntese de proteínas, polissacarídeos etc. E isto só acontece se a bactéria tiver acesso a nutrientes. O conhecimento das necessidades nutricionais das bactérias importante para o seu cultivo.

Há bactérias que não são cultiváveis “in vitro” como o Mycobacterium leprae e o Treponema pallidum. Os nutrientes que devem estar no meio de cultivo podem ser divididos de acordo com o seu papel no metabolismo:

- Doadores de hidrogênio: Compostos doadores de hidrogênio (elétrons) sofrem oxidação para a obtenção de energia. Ex: açucares, alcoóis, aminoácidos (compostos orgânicos), nitritos, sulfitos, enxofre (compostos inorgânicos);

- Receptores de hidrogênio: Funcionam como receptores de hidrogênio. Ex: oxigênio, nitrato, sulfato;

- Fontes de carbono: O carbono é um elemento indispensável à síntese dos componentes celulares. Deve ser fornecido à bactéria na forma de açúcar (glicose, lactose, etc.) ou dióxido de carbono (CO2);

- Fonte de nitrogênio: Algumas bactérias necessitam de fontes orgânicas de nitrogênio como os aminoácidos ou o próprio nitrogênio atmosférico;

- Outros compostos: As bactérias necessitam de outros compostos como o enxofre e fósforo além de sais de sódio, potássio e magnésio;

- Fatores de crescimento: Algumas bactérias necessitam ainda da adição de um fator de crescimento como aminoácidos, vitaminas ou outro composto essencial ao seu metabolismo.

Ex: Fatores X e V presentes em baixa concentração no ágar sangue e em altas concentrações no ágar chocolate (é o ágar sangue aquecido).

Fator X (hemina)

Fator V (coenzima correspondente ao NAD ou NADP)

*O Staphylococcus aureus produz este fator (V)

*Haemophilus influenzae (agente de infecções respiratórias e meningite em crianças de 3 anos) necessitam dos dois fatores (V e X) para o seu desenvolvimento em meio de cultura.

*Haemophilus ducreyi (agente responsável pelo cancro mole) necessitam somente do fator X (fornecido pelas hemácias presentes no ágar sangue).

Demonstração:

- Ágar sangue (possui os fatores X e V em baixa concentração)

“Meio de cultura de Haemophilus influenzae com ágar sangue, Staphylococcus aureus possuindo o fator X fornecido no ágar sangue + o fator V fornecido através da produção feita pelo Staphylococcus aureus. Sendo assim, o organismo cultivado cresceu, pois seu meio de cultura possui os dois fatores necessários para sua nutrição e crescimento.”

Ágar nutriente (não possui os fatores X e V) – Controle

Por deficiência do fator X que é fornecido pelo meio ágar sangue fez com que o microrganismo cultivado na placa (Haemophilus influenzae) não crescesse mesmo apresentando na mesma placa o Staphylococcus aureus, fornecedor do fator V.

 

Sendo assim, o microrganismo Haemophilus influenzae, sofreu com a deficiência nutricional e morreu.

"Essa placa foi feita com o objetivo de servir de controle provando a necessidade nutricional do Haemophilus influenzae pelos dois fatores de crescimento (X e V) para sua sobrevivência e crescimento."

Crescimento bacteriano

- Meios e Culturas: Para cultivar as bactérias podemos utilizar meios líquidos, sólidos ou semi-sólidos. Para tornar um meio líquido em semi-sólido ou sólido, basta acrescentarmos o ágar-ágar, que é um polímero de galactose extraído de algas marinhas.

O ágar-ágar não é utilizado como nutriente pela bactéria, só dá consistência ao meio de cultura.

Os meios de cultura podem ser:

1- Meios complexos ou enriquecidos: são meios que não possuem uma composição definida quanto a concentração de cada açúcar, aminoácidos ou vitaminas. São amplamente utilizados no laboratório para o isolamento e cultivo de bactérias. Ex: Ágar-sangue.

2- Meios sintéticos: são meios de composição definida, preparados adicionando-se os componentes desejados. São utilizados em pesquisa, para estudo de necessidades nutricionais. Ex: Vibrio cholerae.

3- Meios diferenciais: são meios de cultura que permitem a diferenciação entre dois ou mais tipos de bactérias observando as características das colônias que crescem no meio.

Ex: Meio MacConkey

Colônias vermelhas (fermentam lactose)

Colônias brancas (não fermentam lactose)

*A alteração da cor das colônias ocorre pela presença de um indicador de pH, chamado de Vermelho Neutro, que em pH ácido torna vermelhas as colônias bacterianas. As bactérias que fermentam o açúcar, presente no meio de cultura produzem ácido e consequentemente cai o pH do meio tornando-as vermelhas.

4- Meios seletivos: são meios de cultura que inibem o crescimento de determinadas bactérias sem impedir o crescimento de outras.

Ex1: MacConkey, amplamente utilizado em Coprocultura (culturas de fezes) e Urocultura (cultura da urina). Este meio contém sais biliares e cristal violeta em concentrações tais que inibem o crescimento de bactérias Gram positivas sem impedir o crescimento de bactérias Gram negativas.

Ex2: Meio CLED, também amplamente utilizado em Coprocultura e Urocultura. Este meio permite o crescimento de algumas bactérias Gram positivas (Ex: Staphylococcus aureus) e de todas as bactérias Gram negativas.