7272979 aula 1 sebenta de bactereologia

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Page 2: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

Autores:

Ana Mafalda

Ana Teresa

Dalila

Daniel Silva

Dário Martins

Diana

Fábio Pereira

Filipa Calisto

Inês Domingues

Inês Martins

Joana Santos

Leonor

Marta Gaspar

Marta Silva

Mónica

Nuno Graça

Pedro Ferreira

Sónia Moreira

Vanessa Leonardo

Vanessa Sousa

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Page 4: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

ÍndiceÍndice

Aula nº 1 – História e Impacto da Microbiologia

Aula nº 2 – Morfologia e estrutura das células bacterianas

Aula nº 3 – Elementos estruturais das células bacterianas (continuação)

Aula nº 4 – Nutrição Microbiana

Aula nº 5 – Crescimento Microbiano

Aula nº 6 -

Aula nº 7 -

Aula nº 8 -

Aula nº 9 -

Aula nº 10 -

Aula nº 11 -

Aula nº 12 -

Aula nº 13 -

Aula nº 14 -

Aula nº 15 –

Aula nº 16 -

Aula nº 17 -

Aula nº 18 -

Aula nº 19 -

Aula nº 20 –

Aula nº 21 –

Aula nº 22 -

Aula nº 23 -

Page 5: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia
Page 6: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

AULA Nº 1 – História e Impacto daAULA Nº 1 – História e Impacto da MicrobiologiaMicrobiologia

A Microbiologia tem sido frequentemente definida como o estudo de organismos e

agentes demasiado pequenos para serem vistos a olho nú, isto é, o estudo de

microorganismos; dado que objectos com menos de 1 mm de diâmetro não podem ser

- 2 -

metros

Limite de Visibilidade

10-3

10-4

10-10

10-9

10-8

10-7

10-6

10-5

1000 μm ou 1 mm

200 μm ou 0,2 mm

100 μm

10 μm

1 μm

100 nm

10 nm

1 nm

1 Ǻ

0,2 μm ou 200 nm

VisívelVisível

Microscópio Microscópio ÓpticoÓptico

Microscópio Microscópio ElectrónicoElectrónico

ProtozoárioProtozoáriossFungosFungos

BactériasBactérias

VírusVírus

AlgasAlgas

Fig. 1.1 – a) Limites de tamanho dos vários tipos de microorganismos e requisitos mínimos para os observar. b) Comparação de tamanho entre vários tipos de microorganismos para mais fácil compreensão das suas diferenças de tamanho.

Page 7: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

bem vistos e têm que ser examinados com um microscópio, à Microbiologia interessa

sobretudo organismos e agentes tão pequenos como isto, ou mais pequenos ainda,

conforme se mostra na Fig 1.1 a); na parte b) dessa figura mostra-se, para comparação

de tamanho, uma paramécia (um protozoário) com Escherichia coli (uma bactéria) no

seu interior. A paramécia tem um comprimento de 200 μm (= 0,2 mm), enquanto que a

Escherichia coli mede apenas 1,5 μm (= 0,0015 mm)! Se isto já é pequeno, então os

bacteriófagos e vírus são coisas mínimas, já só visíveis através de microscópios

electrónicos (estão na ordem dos nanómetros, em que 1 nm = 1x10-9 m = 1 x 10-6 mm =

0,000001 mm)!!!

Posto isto vejamos agora, de forma muito rápida e simples, os microorganismos

estudados pela microbiologia, em:

O Mundo Microbiano

O Mundo Microbiano é fundamentalmente constituído

por:

Microorganismos eucariontes (5 a 200

μm)

Algas: são microorganismos unicelulares

fotossintéticos que, em conjunto com as

cianobactérias produzem cerca de 75 % do

O2 no planeta, e são a base das cadeias

alimentares aquáticas; a Fig 1.2 mostra

exemplos destes microorganismos;

- 3 -

Fig 1.2 – Exemplos de algas:Chlamidomonas sp.Gymnodinium sp. dinoflagelado

Page 8: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

Protozoários: são microorganismos unicelulares que geralmente

apresentam motilidade; muitos deles funcionam

como predadores do mundo microbiano,

porque obtêm nutrientes ingerindo matéria

orgânica e outros micróbios; são

encontrados em vários meios, e alguns

habitam os tractos digestivos de animais

onde ajudam na digestão de materiais

complexos, como a celulose; são poucos

os que causam doenças em humanos e

outros animais; a Fig. 1.1 mostra uma

paramécia (que é um protozoário) em

esquema, e a Fig. 1.3 mostra uma vista ao

microscópio óptico.

Fungos: um grupo mais diverso de

microorganismos que englobam formas

unicelulares (como as leveduras) e

multicelulares (como os cogumelos);

alguns fungos são usados em

fermentações (fabrico de pão e de cerveja

por exemplo) e produção de antibióticos, outros causam doenças em

plantas e animais); esemplos de fungos são dados na Fig 1.4.

Microorganismos procariontes (0,4 a 20

μm)

Algas azuis: outro nome para as

cianobactérias; estas bactérias são

especiais na medida que são capazes de

efectuar fotossíntese, contribuindo para

a produção de O2. Ver Fig. 1.5 para

alguns exemplares;

Bactérias: são procariontes

unicelulares; a maior parte tem parede

- 4 -

Fig. 1.3 – Paramécia vista ao microscópio.

Fig. 1.4 – Exemplos de fungos:Saccharomyces cerevisiae em gemulação, ao microscópio electrónicoUm cogumeloAscomyota em reprodução assexuada, visto ao microscópio electrónico (x1,200)

Fig. 1.5 – Cianobactérias representativas:NostocAnabaéna spiroides e Microcystis aeruginosa

Page 9: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

celular que contém

peptidoglicano. São

abundantes em

variadíssimos ambientes

(ex.: solo, água, ar, interior

do nosso organismo, pele,

…) e algumas vivem em

ambientes com condições extremas de temperatura, pH ou salinidade.

Umas causam doenças, outras são benéficas em muitos aspectos:

reciclam elementos da biosfera, degradam tecidos mortos, e produzem

vitaminas; os termos Eubactérias e Arqueobactérias diferenciam os

dois tipos principais de bactérias: Arqueobactérias distinguem-se de

Eubactérias em vários aspectos, nomeadamente nas suas sequências de

RNA ribossomal, não têm peptidoglicanos e têm lípidos de membrana

únicos; para além disso algumas Arqueobactérias geram gás metano e

muitas vivem em ambientes extremos. Ver Fig. 1.6.

Vírus

São entidades acelulares que têm que invadir uma célula para se poderem replicar; são

os mais pequenos de todos os microorganismos, mas isso não os torna menos potentes

como agentes patogénicos; são basicamente constituídos por material genético (DNA ou

RNA) envolvido numa cápsula proteica (a cápside). Na Fig.1.7 são mostrados alguns

exemplos de vírus.

Viróides

São agentes infecciosos que consistem apenas

em RNA

Priões

Como os Viróides, são também agentes

infecciosos mas que consistem só em proteína.

Um exemplo de um Prião é o que causa a

doença de Creutzfeldt-Jakob (a variante humana

da “doeça das vacas loucas”), e o que causa a

- 5 -

Fig. 1.7 – Exemplos de Vírus:Bacteriófagos (os vírus das bactérias)Rotavírus (x 48500)Estrutura simplificada de um Vírus

Page 10: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

própria BSE (Bovine Spongiform Encephalopathy – Encefalopatia Espongiforme

Bovina = “doença das vacas loucas”).

Agora que já se tem uma ideia dos microorganismos que fazem parte do Mundo

microbiano, debrucemo-nos um pouco sobre os…

Marcos Históricos da Microbiologia

A descoberta dos microorganismos

A primeira pessoa que publicou observações extensivas de microorganismos foi

Antony van Leeuwenhoek (1632 – 1723) que

passava muito do seu tempo livre a construir

microscópios compostos de 2 lentes convexas

seguras entre duas placas de prata. Estes

microscópios podiam aumentar cerca de 50 a

300 vezes, e ele poderá ter iluminado as suas

preparações colocando-as entre 2 pedaços de

vidro e a luz fazendo um ângulo de 45º em

relação ao plano da amostra. Isto cria uma

forma de microscopia em campo escuro, onde

os microorganismo aparecem claros sobre um

fundo escuro, e logo, mais facilmente visíveis.

Leeuwenhoek enviou as suas descrições das

suas observações à Royal Society de Londres,

onde é hoje claro que ele observou bactérias e

protozoários. Por mais importantes que

fossem as suas observações, a Microbiologia

permaneceu estagnada por 200 anos. Pouco

progresso foi feito porque as observações

microscópicas não permitiam colher

informação para entender a Biologia desses

microorganismos, e eram também precisas

técnicas laboratoriais que permitissem isolar

microorganismos e pô-los em cultura. Muitas

destas técnicas foram desenvolvidas enquanto

os cientistas se debatiam com o conflito sobre

- 6 -

Fig. 1.8 – a) Antony van Leeuwenhoekb) Réplica do microscópio usado por Leeuwenhoek e demonstração do seu manuseamentoc) Desenhos de Leeuwenhoek das bactérias da boca Humana

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a Teoria da Geração Espontânea. Esta teoria defendia que os microorganismos

podiam desenvolver-se a partir de matéria não-viva. A teoria foi posta à prova por

muitos cientistas, mas só Louis Pasteur (1822 – 1895) conseguiu resolver a questão de

uma vez por todas. Ele começou por filtrar ar através de algodão e descobriu que

objectos semelhantes a esporos de plantas tinham ficado no algodão. Se um pedaço do

algodão fosse colocado em meio estéril, com ar filtrado através dele, havia crescimento

de micróbios. A seguir ele preparou frascos com soluções nutritivas, aqueceu os seus

gargalos numa chama e conferiu-lhes várias formas curvas, mantendo-os abertos para a

atmosfera [Fig. 1.9 b)]. Pasteur depois ferveu

as soluções por uns minutos e deixou-as

arrefecer. Não houve crescimento (isto é, não

houve geração espontânea), mesmo estando os

frascos expostos ao ar. Pasteur concluiu que

não houve crescimento porque o pó e os

germes tinham ficado encurralados nas

paredes dos gargalos curvos. Se os gargalos

fossem partidos, o crescimento começava de

imediato. Pasteur não só resolveu a questão da

controvérsia, como também mostrou como

manter as soluções estéreis. As experiências de Pasteur deram lugar à Era Dourada da

Microbiologia (Golden Age of Microbiology). Em 60 anos (1857-1914), foram

descobertos micróbios que causavam doenças, grandes avaços na compreensão do

metabolismo microbiano fora alcançados e técnicas de isolamento e caracterização de

micróbios foram melhoradas. O papel da imunidade na prevenção de doenças e controlo

dos micróbios também foi identificado, vacinas foram desenvolvidas e técnicas de

prevenção contra infecções cirúrgicas foram introduzidas.

O reconhecimento do papel dos microorganismos com agentes

etiológicos (= causadores) de doenças

Grande parte da Humanidade acreditava que as doenças eram devidas a forças

sobrenaturais, vapores venenosos (miasmas) e desequilíbrios entre os 4 humores que se

pensava estarem presentes no corpo. A teoria dos humores sempre tinha sido bem aceite

desde o tempo do médico grego Galeno (129 – 199).

- 7 -

Fig. 1.9 – a) Louis Pasteur a trabalhar no seu laboratório.b) A experiência da Geração Espontânea (ver texto)

Page 12: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

Só no século XIX é que apoios para a ideia de que os microorganismos eram causas de

doenças, se começaram a acumular. Alguns exemplos são o de Agostino Bassi (1773 –

1856) que demonstrou que um microorganismo podia causar uma doença quando em

1835 ele concluiu que uma doença dos bichos da seda era devida a um fungo; o próprio

Louis Pasteur descobriu a pedido do governo Francês que outra doença dos bichos da

seda (que estava a arruinar a indústria da seda) era devida a um protozoário. Provas

indirectas vieram do

cirurgião inglês Joseph Lister

(1827 – 1912) na prevenção

de infecções. Lister

desenvolveu um sistema de

cirurgia anti-séptica feito

para prevenir a entrada de

micróbios em ferimentos: os

instrumentos eram

esterilizados e fenol era

aplicado a pensos cirúrgicos e

por vezes era aplicado na área de cirurgia. O sistema revolucionou a cirurgia e deu

provas fortes para o papel dos microorganismos em doenças porque o fenol (que mata

bactérias) também prevenia infecções nos ferimentos. Apesar disto a primeira

demonstração directa do papel de bactérias em

doenças veio dos estudos de antrax pelo médico

alemão Robert Koch (1843 – 1910). Koch usou os

critérios propostos pelo seu antigo professor,

Jacob Henle (1809 – 1885) para estabelecer a

relação entre o Bacillus anthracis e o antrax,

tendo publicado as suas descobertas em 1876. Os

seus postulados só foram delineados por inteiro

após o seu trabalho na causa da tuberculose. Ele

demonstrou que a tuberculose era causada por um

bacilo, Mycobacterium tuberculosis (também

conhecido por bacilo de koch), e recebeu o

prémio Nobel da Fisiologia ou Medicina em 1905. Os postulados de Koch tornaram-se

no pilar de suporte no relacionamento de micróbios com doenças. São eles:

- 8 -

Fig. 1.10 – Pioneiros das práticas de assepsia. Aqui vê-se um cirurgião a pulverizar a área com um anti-séptico.

Fig. 1.11 – Robert Koch, a examinar uma amostra no seu laboratório.

Page 13: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

1) O microorganismo tem que estar presente em todos os casos da doença mas

ausente em organismos sãos;

2) O microorganismo tem que ser isolado e crescido em cultura pura;

3) A mesma doença tem que resultar quando o microorganismo é inoculado num

hospedeiro são;

4) O mesmo microorganismo tem que ser isolado de novo do hospedeiro doente ou

morto.

Por vezes, os

postulados não são

exequíveis, como

acontece com o caso

da lepra:

Mycobecterium

leprae não pode ser

isolado em cultura

pura.

Muitas outras

doenças foram

relacionadas com os

seus agentes

infecciosos no séc.

XIX, como

exemplifica a tabela 1.1. Para além disto,

também se desenvolveram instrumentos e

meios para efectuar isolamento e cultura de

microorganismos. A implementação do agar

por Fannie Eilshemius Hesse como agente

solidificador e a produção das caixas de Petri

por Richard Petri são os exmplos mais

marcantes.

Patogenes virais também foram estudados

neste tempo. A descoberta dos vírus e o seu

papel na doença tornou-se possível pela

construção de um filtro de porcelana, feito por

- 9 -

Doença Agente Investigador Data

Antrax Bacillus anthracis Koch 1876

GonorreiaNeisseria

gonorrhoeaeNeisser 1879

Febre Tifóide Salmonella typhi Gaffky 1884

Malária Pasmodium spp. Laveran 1880

TuberculoseMycobecterium

tuberculosisKoch 1882

DifteriaCorynebacterium

diphtheriae

Klebs e

Loeffler1883-1884

PneumoniaStreptococcus

pneumoniaeFraenkel 1886

Tosse

ConvulsaBordetella pertussis

Bordet e

Gengou1906

Tabela 1.1 – Doenças e seus agentes etiológicos descobertos no séc XIX.

Fig. 1.12 – a) doença do mosaico do tabaco;b) representação esquemática do vírus do mosaico do tabaco (a amarelo a cápside, e a vermelho o RNA). O diâmetro da cápside é de 20 nm.c) O aspecto do vírus ao microscópio electrónico (x 400,000)

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Charles Chamberland, em 1884. O filtro foi usado para estudar a doença do mosaico do

tabaco, por Dimitri Ivanowski e Martinus Beijerinck, de onde se descobriu que os

extractos da planta, mesmo sendo filtrados, eram infecciosos. Dado que o agente

passava por filtros designados para reter bactérias, o agente tinha que ser ainda mais

pequeno do que uma bactéria. Beijerinck propôs que o agente fosse um “vírus filtrável”,

e, eventualmente, mostrou-se que os vírus eram agentes infecciosos acelulares

minúsculos.

O nascimento da imunologia

O reconhecimento dos microorganismos como agentes causadores de doenças abriu

portas ao progresso na determinação de como os animais resistem a doenças e no

desenvolvimento de técnicas que protegessem humanose gado dos microorganismos. Os

primeiros avanços foram conseguidos por Edward Jenner que demonstrou que a

imunidade contra a varíola pode ser conferida por inoculação de amostras retiradas de

pústulas de vacas infectadas (1798). Mais tarde, Pasteur e Roux descobrem que

incubando microorganismos por longos intervalos de forma sucessiva fazia com que

eles perdessem a sua patogenicidade; com isto ganharam terreno no combate à cólera da

galinha, injectando as galinhas com estas culturas

atenuadas, às quais Pasteur chamou de vacina (do Latim

vacca, vaca) em honra a Jenner. Pouco depois, Pasteur e

Chamberland desenvolvem a vacina do antrax tratando

culturas com bicromato de sódio ou incubando-as a 42-

43ºC. Depois foi a vez da vacina da raiva, desenvolvida

por um método diferente: o patogene era atenuado

fazendo-o crescer num hospedeiro anormal, o coelho. Foi

com esta vacina que Pasteur tratou um rapaz de 9 anos,

Joseph Meister. Como forma de agradecimento pelo desenvolvimento de vacinas,

pessoas de todo o mundo contribuíram para a construção do Instituto Pasteur em Paris.

Paul Erlich e Shibasaburo Kitasato descobrem que a injecção da toxina diftérica

inactivada, em coelhos, leva à produção de uma antitoxina, uma substância no sangue

que neutralizava a toxina e protegia da doença (essas antitoxinas são o que se conhece

hoje em dia com anticorpos). Elie Metchnikoff descobre depois a fagocitose dos

microorganismos pelos glóbulos brancos em 1884.

- 10 -

Fig. 1.13 – Elie Metchnikoff a trabalhar no seu laboratório

Page 15: 7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia

Marcos históricos do desenvolvimento dos agentes quimioterápicos

Todos os acontecimentos potenciaram o desenvolvimento de agentes químicos que

pudessem ser usados em terapia. Embora algumas das descobertas tenham sido

acidentais, alguns exemplos são dados aqui:

1900: Paul Erlich tratou uma forma de tripanosomiase no rato utilizando o

corante vermelho de trypan; utilizou derivados arseniacais no tratamento da

Sífilis;

1929: Alexander Fleming descobre a penicilina;

1935: Domagk trata uma infecção estreptocócica com um derivado da

sulfamida;

1940: Chain consegue produzir penicilina de forma estável;

1944: Waksman descobre a estreptomicina – Streptomyces griseus.

O Impacto da microbiologia

Citando o falecido cientista e escritor Steven Jay Gould, “nós vivemos na Era das

Bactérias”. Elas foram os primeiros organismos vivos no nosso planeta e vivem onde a

vida é possível. Mais, a biosfera depende da actividade delas e elas influenciam a

actividade humana de várias formas:

Na alimentação: os microorganismos são usados no fabrico de pão, vinho,

queijos e iogurtes;

Na Saúde: são causa de inúmeras doenças infecciosas;

Na Agricultura: fazem a nitrificação dos solos por fixação do azoto atmosférico,

e algumas provocam doenças em plantas;

No ambiente: estão directamente ligadas ao ciclo do carbono, do azoto e do

enxofre;

Na indústria: são fonte de vitaminas, antibióticos, álcool, ácidos orgânicos,

esteróides, enzimas, aminoácidos, etc…

Devido a isto a Microbiologia é uma disciplina que tem múltiplos ramos que assentam

todos sobre aspectos básicos e aspectos aplicados. Os aspectos básicos preocupam-se

com a biologia dos microorganismos e incluem os ramos da Bacteriologia, Micologia,

Virologia, genética microbiana, bioquímica, fisiologia microbiana e estrutura

microbiana. Os aspectos aplicados dizem respeito aos problemas práticos tais como

- 11 -

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doenças, água e tratamento de águas residuais, conservas alimentares e produção de

alimentos, e uso de micróbios na indústria.

Que futuro tem a Microbiologia?

Existem muito boas perspectivas acerca do futuro da Microbiologia, principalmente

por duas razões: a primeira é que a Microbiologia tem uma missão muito mais clara do

que a que têm muitas outras disciplinas científicas; a segunda, é porque a Microbiologia

tem um enorme significado prático.

A Microbiologia Clínica e de Saúde Pública, bem como a Imunologia continuarão a

ser áreas de exploração intensa, pois várias doenças infecciosas (tanto novas como

velhas) estão mais uma vez a dispersarem-se e a ser destrutivas: novas pandemias como

a SARS (Síndrome Aguda Respiratória Severa), a Gripe das Aves, bem como outras

menos recentes, como sejam a SIDA, a malária, a Tuberculose, a Cólera, Hepatites B e

C e Gastroenterites são bons exemplos. Para além disto, há que ter em conta que muitos

agentes infecciosos estão a ganhar resistência aos métodos terapêuticos usados

(sobretudo contra os antibióticos). Microbiologistas também serão necessários para criar

novos medicamentos e vacinas, e para vários outros assuntos relacionados (por

exemplo, para estudar e aprofundar o conhecimento sobre as defesas do organismo, e

sobre como os patogenes interagem com as células do hospedeiro, ou ainda para se

saber aproveitar as relações simbióticas ímpares entre os microorganismos e o Homem,

de modo a que se possam traçar estratégias de vectorização de fármacos e de vacinas).

Mais: a Microbiologia Industrial e Ambiental também têm muitos desafios e

oportunidades: os microorganismos são cada vez mais importantes na indústria e no

controlo ambiental, e é necessário aprender a usá-los de novas formas: microorganismos

podem ser fonte de alimentos de alta qualidade, de enzimas para uso industrial, podem

ser usados para degradar poluentes e resíduos tóxicos, ou como vectores para tratar

doenças e aumentar a produtividade agrícola, para além da contínua necessidade de

proteger as colheitas de danos microbianos.

Há uma área que também precisa de maior pesquisa: a Diversidade Microbiana.

Estima-se que menos de 1% dos micróbios da Terra tenham sido cultivados, de modo

que conseguir cultivar os micróbios que ainda não foram postos em cultura vai ser área

de mais esforços. Também há muito que fazer em relação a microorganismos que vivem

em ambientes extremos. Por último, a microbiologia defronta-se com uma nova ameaça,

- 12 -

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que não é menos importante: o Bioterrorismo (recordem-se os ataques de Bioterrorismo

com Antrax em Nova York, Washington e na Florida, em 2001 – lembram-se dos

envelopes com pó?).

Esta foi uma vista muito generalizada sobre a Microbiologia, na

medida em que se discutiram assuntos muito variados, que dizem

respeito aos vários ramos desta disciplina. A presente sebenta é de

Bacteriologia, e as próximas aulas passarão a ser exclusivamente

dedicadas a esse ramo.

Bibliografia usada para a aula nº 1:

Slides das Teóricas

Prescott, Harley, and Klein’s MICROBIOLOGY , de Joanne M. Willey, Linda M.

Sherwood e Christopher J. Woolverton, Edição Internacional – 7ª edição, McGrawHill,

Cap. 1

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