morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Princípios Básicos de Microbiologia Médica

Profº Pedro Filho

Dimensão das bactérias (mm/1000)

CITOLOGIA BACTERIANA

Introdução

• As células são as unidades fundamentais dos seres vivos

• Bactérias são os menores seres vivos independentes

Introdução

Classificação das Bactérias – Aspectos Macroscópicos

• A diferenciação inicial entre as bactérias pode ser realizada pelas características de crescimento em diferentes meios de cultura;

• A soma de suas características determinam as características diferenciais como a cor, tamanho, forma e odor;

• Utilizando meios de cultura adequados, podem ser determinadas a capacidade de resistir a certos antibióticos, de fermentar açúcares específicos, lisar hemácias;

Morfologia Bacteriana

Cocos - Células esféricas que quando agrupadas aos pares recebem o nome de diplococos. Quando agrupadas em cadeias são denominados estreptococos. Cocos em agrupados cachos de uva recebem o nome de estafilococos.

Diplococos

Streptococcus pneumoniae Neisseria gonorrhoeae

Estreptococos

Streptococcus agalactiae Staphylococcus aureus

Estafilococos

Classificação das Bactérias – Aspectos Microscópicos

Morfologia Bacteriana

Bastonetes - Células em forma de bastão.

Vibriões

Espiroquetas

Classificação das Bactérias – Aspectos Microscópicos

Morfologia Bacteriana

Coloração de Gram

• É um teste rápido, importante e fácil que permite aos clínicos a diferenciação entre as duas mais importantes classes de bactérias, permitindo um diagnóstico inicial e começar;

Técnicas de identificação bacterianas

Técnicas de identificação bacterianas

Sorotipagem

• Testes sorológicos usados em tipos de bactérias que não podem ser cultivados, exemplos, Treponema pallidum – causador da sífilis, Francisella – organismo causador da tularemia, Escherichia coli sorotipo O157, agente causador da colite hemorrágica;

Técnicas de identificação bacterianas

Estruturas bacterianas

x

Morfologia Bacteriana

O citoplasma das bactérias contém o DNA cromossomal, mRNA, ribossomos, proteínas e metabólitos

Morfologia Bacteriana

Nucleoide – local no citoplasma, onde fica o DNA

Morfologia Bacteriana

Plasmídeo – Formas circulares de DNA extracromossomal

Morfologia Bacteriana

DNA – Molécula que carrega a informação necessário para o crescimento e desenvolvimento da bactéria

Morfologia Bacteriana

Ribossomo – Maquinaria para síntese de proteínas

Morfologia BacterianaPolissomos ou polirribossomos

Membrana plasmática – Maquinaria para síntese de proteínas

Morfologia Bacteriana

Parede celular – Estrutura responsável pela sustentação mecânica da bactéria

Morfologia Bacteriana

Parede Celular

• Os componentes da parede celular diferenciam as bactérias Gram positivas das Gram negativas;

• Os componentes celulares são, também, peculiares para as bactérias e suas estruturas repetitivas contribuem para as respostas da imunidade inata humana;

Morfologia Bacteriana

Parede Celular

Morfologia Bacteriana

Bactéria Gram positivas

• Bactérias Gram positivas possuem uma parede celular espessa em múltiplas camadas constituída principalmente de peptídoglicano;

Funções do peptídoglicano:

Funciona como exoesqueleto

Essencial para estrutura da bactéria

Está envolvido no processo de duplicação

Proteção contra ambientes hostis

Morfologia Bacteriana

GRAM POSITIVASEstrutura do Peptideoglicano

Bactéria Gram positivas

Morfologia Bacteriana

Bactéria Gram positivas

• Na parede celular de bactérias Gram positivas pode incluir outros componentes tais como

• Ácido teicoicos – São solúveis em água, são essenciais para a viabilidade celular, e são responsáveis pela virulência da bactéria;

• Ácido lipoteicoicos – Estão ligados a membrana plasmática através de ácidos graxos ancorados. São os antígenos de superfície;

Morfologia Bacteriana

ÁCIDOS TEICÓICO e LIPOTEICÓICO

• Polimeros Hidrossoluveis

• Antígenos de Superfície

• Auxílio na seleção de moléculas

Morfologia Bacteriana

Bactéria Gram Negativas

• A parede celular de bactérias Gram negativas são estrutural e quimicamente mais complexas do que as da bactérias Gram positivas;

Morfologia Bacteriana

Além de manter a estrutura bacteriana, permite o

transporte de moléculas importantes, fornece proteção

para condições ambientais adversas.

Bactéria Gram Negativas

A parede celular de bactérias Gram negativas são estrutural e quimicamente mais complexas do que as da bactérias Gram positivas;

Morfologia Bacteriana

Lipopolissacarideo (LPS) ou endotoxina, é um potente desencadeador de resposta imune inata. O LPS ativa os linfócitos B, células dendríticas, macrófagos, e outras células a liberar IL-1 e IL-6, TNF. Induz à produção de febre e pode causar choque séptico. Causa a reação de Shwartzman.

Estruturas externas

É fracamente antigênica e antifagocítica sendo um

importante fator de virulência. Impende a

passagem de moléculas tóxicas, e serve para

aderência no tecido do hospedeiro

Streptococcus mutans utiliza a sua cápsula para se aderir e perfurar o esmalte dentário

Morfologia Bacteriana

Estruturas externas

São responsáveis pela adesão da bactérias as mucosas, sendo de fundamental importância para a virulência bacteriana.

Morfologia Bacteriana

Divisão Celular

• A divisão celular inicia com a replicação do cromossomo;

• Extensão da parede celular;

• Formação do septo;

Morfologia Bacteriana

Esporos bacterianos

• Geralmente são formados por bactérias Gram positivas;

• Sob condições ambientais inóspitas, como privação nutricional, as bactérias podem passar do estado vegetativo para o estado de dormência;

• O esporo é uma estrutura de múltiplas capas, desidratada que protege e permite que a bactéria exista em “estado de animação suspenso”;

Morfologia Bacteriana

Esporos bacterianos

• O esporo tem – Uma membrana externa;– Duas camadas de peptidoglicano;– Um revestimento proteico semelhante a

queratina;

Morfologia Bacteriana

Esporos bacterianos

• Ácido dipicolínico é produzido para ser ligado ao cálcio e assim, estabilizar o interior do esporo;

Morfologia Bacteriana

Esporos bacterianos

Morfologia Bacteriana

Esporos bacterianos

Forma de resistência:

calor;

dessecação;

agentes químicos;

agentes físicos.Morfologia Bacteriana

Esporos bacteriano

• A germinação do esporo ocorre após um estresse mecânico causando a ruptura do revestimento externo;

• Após a iniciação do processo de germinação o esporo absorve água do meio e está pronto para produzir uma bactéria idêntica a original;

Morfologia Bacteriana

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Metabolismo Bacteriano

Conjunto de reações bioquímicas necessárias à vida, compreende o catabolismo e anabolismo

catabolismo – reações químicas que liberam energia a partir da degradação de substância orgânicas

anabolismo – reações químicas que consomem energia e permitem a síntese de precursores metabólicos,

macromoléculas e estruturas celulares

Metabolismo

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Metabolismo

Catabolismo

AnabolismoEnergiaEnergia

Crescimento

E

Multiplicação

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

luminosa

Fotossintetizantes

Compostos Inorgânicos (Fe2+, NO2-, H2)

Litotróficos

Compostos Orgânicos (Glicose)

Heterotróficos ou Organotróficos

ATPATP

Biossíntes de Macromoléculas

Montagem de Estruturas

Divisão Celular

Exigências metabólicas

• O crescimento bacteriano requer uma fonte de energia e matéria-prima para a construção de proteinas, estruturas e membranas;

• Os elementos essenciais são, proteínas, lipídios, e ácido nucléicos (C, N, O, H, S, P), e íons (K, Na, Mg, Ca, Cl, Fe, Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni)

Metabolismo

A exigência mínima para o crescimento é uma fonte de carbono e nitrogênio, uma fonte de energia, água e vários íons.

Exigências metabólicas

• Clostridium perfringens, causador da gangrena gasosa, não pode crescer na presença de O2. Portanto, é considera anaeróbio obrigatório;

• Mycobacterium tuberculosis, causador da tuberculose, exige a presença de oxigênio, sendo portanto, um aeróbio obrigatório;

• Anaeróbios facultativos Bactérias que vivem tanto na presença como na ausência de oxigênio;

Metabolismo

Produção da enzima superóxido dismutase

Exigências metabólicas

Metabolismo

Autotróficos – Utilizam CO2 como fonte de carbono

Organotróficos – Utilizam compostos orgânicos como fonte de carbono

Quimiolitotróficos – Utilizam compostos inorgânicos como fonte de energia e CO2 como fonte de carbono

Fototróficos – Utilizam luz como fonte de energia e CO2 como fonte de carbono

Quimioorganotróficos – Utilizam compostos orgânicos como fonte de energia e de carbono

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Genética Bacteriana

• O genoma bacteriano é a coleção total de genes portados por uma bactéria;

• Os genes são sequências de DNA que contém informação para a síntese de proteínas;

Genética Bacteriana

Transcrição

• A informação presente no DNA é transcrita em um RNA mensageio (mRNA);

• Essa reação é realizada pela RNA polimerase

Genética Bacteriana

Tradução

• A tradução é processo pelo qual a linguagem do código genético, na forma de mRNA, é convertida (traduzida) em uma sequência de aminoácidos, a proteína;

Genética Bacteriana

Tradução

• A síntese de proteínas é tão importante para as bactérias, que muitos antibióticos atuam inibindo a síntese de proteínas;

• Os antibióticos aminoglicosídeos (estreptomicina e gentamicina) e as tetraciclinas, macrolídios (eritromicina), e licomicinas (clindamicina) agem ligando-se aos ribossomos inibindo a síntese de proteínas;

Genética Bacteriana

Replicação do DNA

• O cromossomo bacteriano é um depositório de informação pelo qual as características das bactérias são definidas;

• Quando a bactéria inicia o processo de divisão celular, o ponto inicial é a replicação do DNA;

Genética Bacteriana

Crescimento Bacteriano

Genética Bacteriana

Divisão celular

• A duplicação bacteriana é o processo pelo qual duas células-filhas são produzidas;

• O processo de duplicação é um processo cuidadosamente regulado;

Crescimento Bacteriano

Uma vez iniciado o ciclo, a síntese de DNA deve caminhar para a conclusão, mesmo que todos os nutrientes sejam retirados do meio;

Divisão celular

Crescimento Bacteriano

Fases do crescimento bacteriano

Crescimento Bacteriano

1

2

3

4

Núm

ero

de B

acté

rias

(log

)

Tempo

Fase Lag

Fase Log (Exponencial)

Fase Estacionária

Fase de Morte

adaptação

multiplicação

Falta de nutrientes

Acúmulo de subprodutos tóxicos

Equilíbrio multiplicação e morte

Ativação de enzimas que lisam parede ceular

Condições de crescimento bacteriano

Crescimento Bacteriano

• TEMPERATURAPsicrófilas (12 a 17 graus C)

Mesófilas (28 a 37 graus C)Termófilas (57 a 90 graus C)

Termófilas extremas (>100 graus C)

• pHAcidófilas (ph<5)

Alcalófilas (pH>10)

• OxigenaçãoAeróbicas (patógenos respiratórios e de mucosa), Anaeróbicas (trato gastrointestinal e ambiente –esporos), Microaerófilas ( PO2), Facultativas, Aerotolerntes (Anaeróbio)

• Salinidade Bactérias Halófitas

Requerimento de nutrientes

Crescimento Bacteriano

• Algumas bactérias são capazes de crescer em meio simples – organismos entéricos

• Algumas bactérias são extremamente fastidiosas (complexo requerimento nutricional) – organismos que crescem nas mucosas ou no interior da célula do hospedeiro

• Algumas bactérias crescem em meio indefinido (sangue, soro, extrato de levedura, etc…)

Antibiograma

• É o resultado de um exame laboratorial com o objetivo de identificar a sensibilidade de uma linhagem de bactérias isoladas contra diferentes tipos de antibióticos;

Detecção de Bactérias

Antibiograma

• Nos hospitais e clínicas, antibióticos são frequentemente prescritos com base em guias gerais do conhecimento a respeito da sensibilidade;

• ex: Infecções do trato urinário sem complicações podem ser tratadas com quinolonas. Isso ocorre porque a E. coli é o provável, e é sabidamente sensível ao tratamento com quinolonas;

Detecção de Bactérias

Antibiograma

Detecção de Bactérias

• Muitas bactérias são resistentes a diversas classes de antibióticos, e o tratamento não é tão simples. Este é o caso de pacientes internados em unidades de terapia intensiva;

• Quando esses pacientes desenvolvem uma pneumonia adquirida em ambiente hospitalar, bactérias mais resistentes como Pseudomonas aeruginosa estão potencialmente envolvidas;

• Antibióticoterapia empírica;

Antibiograma

Detecção de Bactérias

• Antes de iniciar o tratamento, o procedimento correto é, o médico ou enfermeiro deve coletar uma amostra do indivíduo com suspeita de contaminação;

• Essas amostras são transferidas para o laboratório de microbiologia que analisa a amostra através do microscópio e tenta cultivar a bactéria.

• O procedimento seguinte é realizar um ANTIBIOGRAMA!

Antibiograma

Detecção de Bactérias

• QUAL O OBJETIVO DE REALIZAR UM ANTIBIOGRAMA, COM UMA AMOSTRA COLETADA DE INDIVÍDUO COM SUSPEITA DE INFECÇÃO BACTERIANA

Antibiograma

Detecção de Bactérias

Antibiograma

Detecção de Bactérias

• Uma vez que a cultura tenha se estabelecido, há duas formas de se obter um antibiograma:

Método de Kirby-Bauer

Antibiograma

• Um método semi-quantitativo baseado em difusão. Pequenos discos contendo diferentes antibióticos;

Método de Kirby-Bauer

Antibiograma

• Um método semi-quantitativo baseado em difusão. Pequenos discos contendo diferentes antibióticos;

Método quantitativo de diluição

Antibiograma

• Em série de recipientes com diluições de antibiótico progressivamente menores são inoculadas com o microrganismo analisado;

• Quando a concentração inibitória mínima é calculada, ela pode ser comparada com os valores conhecidos para a relação entre a bactéria e o antibiótico.