apostila de introduÇÃo À microbiologia

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE FÍSICA DE SÃO CARLOS LICENCIATURA EM CIÊNCIAS EXATAS DISCIPLINA BIOLOGIA 3 INTRODUÇ  ÃO À MICROBIOLOGIA  Nelma R. Segnini Bossolan 2002

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

INSTITUTO DE FÍSICA DE SÃO CARLOS

LICENCIATURA EM CIÊNCIAS EXATAS

DISCIPLINA BIOLOGIA 3

INTRODUÇ  ÃO À MICROB IOLOGIA 

 Nelma R. Segnini Bossolan

2002

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 1

1.1 POSIÇÃO DOS MICRORGANISMOS NO MUNDO VIVO 21.2 DISTRIBUIÇÃO DOS MICRORGANISMOS NA NATUREZA 31.3 ÁREAS DE APLICAÇÃO DA MICROBIOLOGIA 41.4 A EVOLUÇÃO DA MICROBIOLOGIA 51.4.1 GERAÇÃO ESPONTÂNEA VERSUS BIOGÊNESE 51.4.2 TEORIA MICROBIANA DAS DOENÇAS 71.5 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS 8

2 BACTÉRIAS 10

2.1 MORFOLOGIA E ULTRA-ESTRUTURA DAS BACTÉRIAS 102.1.1 ESTRUTURAS BACTERIANAS 132.2 CULTIVO DAS BACTÉRIAS 172.2.1 TIPOS NUTRITIVOS DAS BACTÉRIAS 172.2.2 MEIOS BACTERIOLÓGICOS 192.2.3 CONDIÇÕES FÍSICAS NECESSÁRIAS AO CRESCIMENTO 202.3 REPRODUÇÃO E CRESCIMENTO 212.3.1 REPRODUÇÃO 212.3.2 CRESCIMENTO 232.4 PRINCIPAIS GRUPOS DE BACTÉRIAS 242.4.1 BACTÉRIAS PATOGÊNICAS 25

3 FUNGOS 28

3.1 INTRODUÇÃO 283.2 CARACTERÍSTICAS PRÓPRIAS DOS FUNGOS 283.2.1 REPRODUÇÃO NOS FUNGOS 303.2.2 FISIOLOGIA E NUTRIÇÃO DOS FUNGOS 313.3 CLASSIFICAÇÃO DOS FUNGOS 323.3.1 ZYGOMYCETES 333.3.2 ASCOMYCETES 343.3.3 BASIDIOMYCETES 363.3.4 DEUTEROMYCETES 373.4 FUNGOS E SUAS ASSOCIAÇÕES COM OUTROS ORGANISMOS 383.4.1 LIQUENS 383.4.2 MICORRIZAS 393.4.3 TRUFAS 393.5 FUNGOS ECONOMICAMENTE IMPORTANTES 393.5.1 FUNGOS PATOGÊNICOS 40

4 VÍRUS 43

4.1 INTRODUÇÃO 434.2 HISTÓRICO 434.3 ESTRUTURA DOS VÍRUS 44

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4.4 CLASSIFICAÇÃO DOS VÍRUS ANIMAIS E DE PLANTAS 454.5 REPLICAÇÃO DO VÍRUS 474.6 BACTERIÓFAGOS 504.7 ISOLAMENTO E IDENTIFICAÇÃO DO VÍRUS 514.8 AGENTES INFECCIOSOS SEMELHANTES A VÍRUS 51

5 CONTROLE DOS MICRORGANISMOS 53

5.1 FUNDAMENTOS 535.2 CONDIÇÕES QUE INFLUENCIAM A AÇÃO ANTIMICROBIANA 545.3 MODO DE AÇÃO DOS AGENTES ANTIMICROBIANOS 545.4 CONTROLE PELOS AGENTES FÍSICOS 545.4.1 APLICAÇÃO DAS ALTAS TEMPERATURAS 545.4.2 APLICAÇÃO DE BAIXAS TEMPERATURAS 555.4.3 RADIAÇÕES 565.5 CONTROLE PELOS AGENTES QUÍMICOS 57

5.5.1 ESCOLHA DO AGENTE QUÍMICO ANTIMICROBIANO 575.5.2 PRINCIPAIS GRUPOS DE DESINFETANTES E ANTI-SÉPTICOS 585.6 ANTIBIÓTICOS E OUTROS AGENTES QUIMIOTERÁPICOS 59

6 BIBLIOGRAFIA 64

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1 Introdução

A ciência da Microbiologia [do grego: mikros (“pequeno”), bios (“vida”) elogos (“ciência”)] é o estudo dos organismos microscópicos e de suas atividades.Preocupa-se com a forma, a estrutura, a reprodução, a fisiologia, o metabolismo e aidentificação dos seres microscópicos. Inclui o estudo da sua distribuição natural, suasrelações recíprocas e com outros seres vivos, seus efeitos benéficos e prejudiciais sobreos homens e as alterações físicas e químicas que provocam em seu meio ambiente.

Em sua maior parte, a Microbiologia trata com organismos microscópicosunicelulares. Nas assim chamadas formas superiores de vida, os organismos sãocompostos de muitas células, que constituem tecidos altamente especializados e órgãosdestinados a exercer funções específicas. Nos indivíduos unicelulares, todos osprocessos vitais são realizados numa única célula. Independentemente da complexidadede um organismo, a célula é, na realidade, a unidade básica da vida.

Todas as células vivas são basicamente semelhantes. Conforme já foi visto, elascompõem-se de protoplasma (do grego: a primeira substância formada), um complexoorgânico coloidal constituído principalmente de proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos; oconjunto é circundado por membranas limitantes ou parede celular, e todos contêm umnúcleo ou uma substância nuclear equivalente.

Todos os sistemas biológicos têm as seguintes características comuns: 1)habilidade de reprodução; 2) capacidade de ingestão ou assimilação de substânciasalimentares, metabolizando-as para suas necessidades de energia e de crescimento; 3)habilidade de excreção de produtos de escória; 4) capacidade de reagir a alterações domeio ambiente (algumas vezes chamada de "irritabilidade"), e 5) suscetibilidade à

mutação.Os princípios da Biologia podem ser demonstrados através do estudo da

Microbiologia, pois os microrganismos têm muitas características que os tornaminstrumentos ideais para a pesquisa dos fenômenos biológicos. Os microrganismosfornecem sistemas específicos para a investigação das reações fisiológicas, genéticas ebioquímicas, que são a base da vida. Eles podem crescer, de maneira conveniente, emtubos de ensaio ou frascos, exigindo, assim, menos espaço e cuidados de manutenção doque as plantas superiores e os animais. Além disso, crescem rapidamente e sereproduzem num ritmo muito alto; algumas espécies bacterianas demonstram quase 100gerações num período de 24 horas. Os processos metabólicos dos microrganismos

seguem os padrões que ocorrem nos vegetais superiores e nos animais. As leveduras,por exemplo, utilizam a glicose, basicamente do mesmo modo que as células dos tecidosde mamíferos, revelando que o mesmo sistema enzimático está presente nestesorganismos tão diversos.

Em Microbiologia pode-se estudar os organismos em grande detalhe e observarseus processos vitais durante o crescimento, a reprodução, o envelhecimento e a morte.Modificando-se a composição do meio ambiente, é possível alterar as atividadesmetabólicas, regular o crescimento e, até alterar alguns detalhes do padrão genético,tudo sem causar a destruição do microrganismo.

Os principais grupos de microrganismos são os protozoários, fungos, algas e

bactérias. Os vírus, apesar de não serem considerados vivos, têm algumas característicasde células vivas e por isso são estudados como microrganismos. Este texto irá abordar

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temas sobre bactérias, fungos e vírus, uma vez que algas e protozoários já foram vistosem etapa anterior.

1.1 Posição dos microrganismos no mundo vivo A Microbiologia estuda alguns organismos que são predominantementesemelhantes ao vegetais , outros que são similares aos animais e, um terceiro grupo quetem características aos animais e vegetais. Visto que não existem organismos que nãopertencem, naturalmente, a nenhum destes dois reinos, foi proposta a criação de novosreinos que os pudessem incluir.

Uma dessas primeiras proposições foi feita em 1866 pelo zoólogo alemão E. H.Haeckel. Este autor sugeriu que um terceiro reino incluísse os microrganismos que,tipicamente não poderiam ser classificados como vegetais ou animais. Esses organismosforam chamados de protistas e colocados no reino Protista, constituído unicamente por

seres unicelulares. Assim, ao se falar de modo geral em protistas, compreendem-sebactérias, algas, fungos e protozoários, excluindo-se os vírus que não são organismoscelulares.

Mediante os progressos do conhecimento da ultra-estrutura celular, osmicrorganismos puderam ser divididos em duas categorias: procariotos e eucariotos.Esta divisão baseia-se nas diferenças de organização da maquinaria celular, já vistasneste curso. As algas azuis (cianofíceas) e as bactérias são organismos procariotos. Entreos microrganismos eucariotos estão os protozoários, os fungos e as demais algas (ascélulas animais e vegetais são, também eucarióticas). Os vírus, isolados entre osmicrorganismos, são deixados de lado neste esquema de organização celular.

Um outro sistema de classificação, o sistema dos cinco reinos, foi proposto porRobert H. Whittaker (1969), baseado no modo pelo qual o organismo obtém nutrientesde sua alimentação. Este sistema é, agora, amplamente aceito porque considera relaçõesevolutivas e é compatível com os recentes estudos bioquímicos, genéticos e ultra-estruturais, os quais sugerem que a endossimbiose (viver junto, um no interior do outro)hereditária levou até a célula eucariótica, tal como ela é conhecida, a partir de umavariedade de unidades procarióticas, desenvolvendo-se desde um ancestral procarióticocomum.

Os microrganismos, portanto, são encontrados em três dos cinco reinos: reinoMonera (bactérias e cianobactérias), reino Protista (algas microscópicas e protozoários)

e reino Fungi (leveduras e bolores).Até 1977, a idéia prevalecente era de que os organismos procariotos, por causa

da sua simplicidade estrutural, eram os ancestrais de eucariotos mais complexos. Comas pesquisas de Carl Woese e seus colaboradores, ficou comprovado que os procariotose eucariotos evoluíram por vias completamente diferentes a partir de uma formaancestral comum, como mostra a figura 1. Estes pesquisadores utilizaram uma técnicaque compara o arranjo nucleotídico do RNAr entre diferentes organismos. Por exemplo,se as sequências de ribonucleotídeos de 2 tipos de organismos diferem em grandeextensão, a relação entre ambos é muito distante; ou seja, os organismos divergiram hámuito tempo de um ancestral comum. Porém, se as sequências mostram mais

similaridades, os organismos estão intimamente relacionados e têm um ancestral comumrelativamente recente. Os eucariotos possuem um tipo geral de sequência e os

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procariotos, um segunto tipo. Dentre os procariotos, alguns têm um terceiro tipo desequência, que difere dos anteriores. Com isso, concluiu-se que há 2 tipos principais debactérias, designadas de arqueobactérias e eubactérias.

A figura 1 mostra um esquema das vias pelas quais os organismos vivosevoluíram, como deduzido através de estudos comparativos e RNA ribossômico.

Figura 1: Representação das vias pelas quais os organismos vivos evoluíram, como deduzidoatravés de estudos comparativos de RNA ribossômico. As três maiores ramificações evolucionárias sãomostradas como arqueobactrérias, eubactérias e eucariotos. Entre as eubactérias pelo menos dez linhas dedescendentes distintos ocorrem; nas arqueobactérias, pelo menos três. No caso dos eucariotos, háevidências de que certas eubactérias Gram-negativas invadiram células eucarióticas primitivas e evoluíramcomo organelas intracelulares chamadas mitocôndrias. Cloroplastos, as organelas fotossintéticas decélulas de plantas, parecem ter evoluído de maneira similar, a partir de uma cianobactéria. (fonte: Pelczaret al., 1996)

1.2 Distribuição dos Microrganismos na Natureza 

Os microrganismos se encontram em praticamente todos os lugares da natureza.São transportados por correntes aéreas desde a superfície da Terra até as camadassuperiores da atmosfera. Mesmo os microrganismos típicos dos oceanos podem serachados a muitos quilômetros de distância, no alto de montanhas. São encontrados emsedimentos no fundo do mar, em grandes profundidades. São carregados por correntesfluviais e até mares; e, se dejetos humanos contendo bactérias patogênicas forem

despejados em correntes de água, a doença pode disseminar-se de um lugar para outro.Os microrganismos ocorrem mais abundantemente onde puderem encontrar alimentos,

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umidade e temperatura adequadas para seu crescimento e multiplicação. Uma vez que ascondições que favorecem a sobrevivência e o crescimento de muitos microrganismossão as mesmas sob as quais vivem as populações humanas, é inevitável que vivamosentre grande quantidade de microrganismos. Eles estão no ar que respiramos e noalimento que ingerimos. Estão na superfície de nosso corpo, em nosso trato digestivo, na

boca, no nariz e em outros orifícios naturais. Felizmente, a maioria dos microrganismosé inócua para o homem, e este tem meios de resistir à invasão daqueles que sãopotencialmente patogênicos.

1.3 Áreas de aplicação da Microbiologia 

Existem numerosos aspectos no estudo da Microbiologia, que são divididos emduas áreas principais: a microbiologia básica e a microbiologia aplicada.

A microbiologia básica estuda a natureza fundamental e as propriedades dos

microrganismos. Preocupa-se com assuntos relacionados aos seguintes temas:! características morfológicas (forma e tamanho das células, composição química,

etc.);

! características fisiológicas (necessidades nutricionais específicas e condiçõesnecessárias ao crescimento e reprodução);

! atividades bioquímicas (modo de obtenção de energia pelos microrganismos);

! características genéticas (hereditariedade e variabilidade das características);

! características ecológicas (ocorrência natural dos microrganismos no ambiente e

sua relação com outros organismos);! potencial de patogenicidade dos microrganismos e

! classificação (relação taxonômica entre os grupos do mundo microbiano).

Na microbiologia aplicada estuda-se como os microrganismos podem serusados ou controlados para várias finalidades práticas. Os pricipais campos de aplicaçãoda microbiologia incluem: medicina, alimentos e laticínios, agricultura, indústria eambiente.

Na área industrial, por exemplo, os microrganismos são utilizados na síntese deuma variedade de substâncias químicas, desde o ácido cítrico até antibióticos maiscomplexos e enzimas. Certos microrganismos são capazes de fermentar materialorgânico animal e humano, produzindo gás metano que pode ser coletado e usado comocombustível. A biometalurgia explora as atividades químicas de bactérias para extrairminerais, como cobre e ferro de minérios de baixa qualidade. A indústria do petróleotêm utilizado bactérias e seus produtos, como os exopolissacarídeos presentesexternamente à célula bacteriana, para aumentar a extração do petróleo de rochasreservatório.

Na área ambiental, estuda-se a utilização de microrganismos que podemdegradar poluentes específicos, como herbicidas e inseticidas.

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A microbiologia médica trata dos microrganismos causadores de doençashumanas (patogênicos, além de estar relacionada com a prevenção e o controle dasdoenças. Juntamente com a engenharia genética, têm pesquisado a produção de enzimasbacterianas que dissolvam coágulos sangüíneos, vacinas humanas utilizando vírus deinsetos e testes laboratoriais rápidos para diagnóstico de infecção viral, entre tantas

outras aplicações possíveis nesta área.A microbiologia dos alimentos está relacionada com as doenças que podem ser

transmitidas pelos alimentos, como por exemplo, infecções causadas por salmonelas,intoxicações causadas por estafilococos e clostrídios. Relaciona-se também comaspectos positivos, com a utilização de microrganismos na produção dealimentos/bebidas (queijos, pães, cervejas, etc.).

1.4 A Evolução da Microbiologia 

A Microbiologia começou quando se aprendeu a polir lentes, feitas a partir depeças de vidro, e a combiná-las até produzir aumentos suficientemente grandes quepossibilitassem a visualização dos microrganismos. Durante o século XIII, Roger Baconpostulou que a doença era produzida por seres vivos invisíveis. A sugestão foinovamente feita por Fracastoro de Verona (1483-1553) e por Von Plenciz, em 1762,mas estes autores não dispunham de provas. No início de 1658, um monge chamadoKircher se referiu a "vermes" invisíveis a olho desarmado nos corpos em decomposição,no pão, no leite e em excreções diarréicas. Em 1665, Robert Hooke viu e descreveucélulas em um pedaço de cortiça. Estabeleceu o fato de que os organismos de "animais eplantas, complexos que sejam, são compostos de algumas partes elementares que serepetem freqüentemente" - citação não devida a Hooke, mas originada da descrição deAristóteles sobre a estrutura celular das coisas vivas, datadas do século IV a.C.

Embora não tenha sido, provavelmente, o primeiro a ver as bactérias e osprotozoários, o holandês Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723), foi o primeiro arelatar suas observações, com descrições precisas e desenhos.

A palavra bactéria vem do termo bacterium, que foi introduzido pelo alemãoC.G. Ehrenberg, em 1828, como uma denominação genérica para certos tiposbacterianos representativos. Deriva da palavra grega que significa "pequeno bastão". Apalavra micróbio foi introduzida em 1878 pelo cirurgião francês, Charles-EmmanuelSedillot.

1.4.1 Geração Espontânea versus Biogênese

A descoberta dos microrganismos focalizou o interesse científico sobre a origemdos seres vivos. No que se refere às formas superiores de vida, Aristóteles (384-322a.C.) pensava que os animais podiam se originar, espontaneamente, do solo, de plantas ede outros animais diferentes, e sua influência ainda atingiu o século XVII.

Era aceito como fato, por exemplo, que as larvas podiam ser produzidas pelaexposição da carne a o calor e ao ar, embora Francesco Redi (1626-1697) duvidasse domesmo. Ele realizou uma experiência na qual colocou carne numa jarra coberta comgaze. Atraídas pelo odor da carne, as moscas puseram seus ovos sobre a cobertura e,

destes, emergiram as larvas. Esta experiência e outras parecem ter resolvido o assunto,

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ao menos no que se referia a tais formas vivas. Com os microrganismos, contudo, eradiferente; seguramente eles não tinham pais.

Em 1749, John Needham (1713-1781), trabalhando com carne exposta a cinzasquentes, observou o aparecimento de microrganismos que não existiam no início daexperiência, concluindo que as bactérias tinham se originado da carne. Quase que aomesmo tempo, Spallanzani (1729-1799) ferveu caldo de carne durante uma hora,fechando logo a seguir os frascos. Nenhum microrganismo apareceu, mas seusresultados, ainda que repetidos, não convenceram Needham. Este insistia em que o arera essencial para a produção espontânea dos seres microscópicos, e este ar tinha sidoexcluído dos frascos pelo fechamento. 60 a 70 anos mais tarde dois pesquisadoresresponderam a este argumento. Franz Schulze (1815-1873) aerava infusões fervidas,fazendo o ar atravessar soluções fortemente ácidas, enquanto Theodor Schwann (1810-1882) forçava o ar através de tubos aquecidos ao rubro. Em nenhum dos casos surgiramos micróbios. Os adeptos da geração espontânea não se convenceram, dizendo que oácido e o calor é que não permitiram o crescimento dos micróbios. Por volta de 1850,

Schröder e Von Dush realizaram uma experiência mais convincente, fazendo o ar passaratravés do algodão para frascos que continham o caldo aquecido. Assim, as bactériasforam retidas pelas fibras de algodão, tanto que não houve seu desenvolvimento.

O conceito de geração espontânea foi revivido, pela última vez, por Pouchet, quepublicou em 1859, um relatório, provando sua ocorrência. Pouchet foi rebatido porLouis Pasteur (1822-1895). Este preparou um frasco com colo longo, estreito, empescoço de cisne . As soluções nutritivas foram aquecidas no frasco e o ar - não-tratadoe não-filtrado - podia passar para dentro ou para fora. Os micróbios, porém,depositavam-se no pescoço de cisne e não apareciam na solução.

Finalmente, John Tyndall (1820-1893) efetuou experiências numa caixaespecialmente desenhada para provar que a poeira carrega os micróbios . Se não houverpoeira, o caldo estéril ficará livre de crescimento microbiano por períodos de tempoindefinidos.

Os aparelhos utilizados nas experiências acima descritas estão ilustrados nafigura 2.

Figura 2: Aparelhos utilizados nos experimentos que derrubaram a teoria da geração espontânea(fonte: Pelczar et al., 1980).

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1.4.2 Teoria Microbiana das Doenças

Antes de Pasteur ter provado experimentalmente que as bactérias são a causa dealgumas doenças, muitos observadores já argumentavam a favor desta teoria. Fracastorode Verona sugeriu que as doenças podiam ser devidas a organismos invisíveis,transmitidos de uma pessoa para outra. Em 1762, Von Plenciz, de Viena, não apenasestabeleceu que seres vivos eram causas de doenças, como também suspeitou quemicrorganismos diferentes eram responsáveis por enfermidades diferentes. O médicoOliver W. Holmes (1809-1894) insistia que a febre puerperal era contagiosa e,provavelmente, causada por um germe transmitido de uma mãe para outra porintermédio das parteiras e dos médicos. Quase na mesma época, o médico húngaroIgnaz P. Semmelweis (1818-1865) introduzia o uso de antissépticos na práticaobstétrica.

Na França, Louis Pasteur estudou os métodos e processos envolvidos nafabricação de vinhos e cervejas. Observou que a fermentação das frutas e dos grãos,resultando em álcool, era efetuada por micróbios. Examinando muitas amostras de"fermentos", isolou micróbios de espécies diferentes. Nos bons lotes, predominava umtipo; nos produtos pobres, outro tipo estava presente. Selecionando adequadamente omicrorganismo, o fabricante podia estar seguro de conseguir produtos bons e uniformes.Porém os micróbios já estavam nos sucos; deviam ser removidos e fermentação iniciadacom uma cultura proveniente de um tonel que tinha sido satisfatório. Pasteur sugeriuque os tipos indesejáveis de microrganismos deveriam ser eliminados pelo calor, não tãointenso que prejudicasse o gosto do suco de fruta, mas suficiente para tornar inócuo osgermes. Observou que, mantendo os sucos a uma temperatura de 62-63 º C, durante uma

hora e meia, obtinha o resultado desejado. Este processo tornou-se conhecido comopasteurização e hoje é amplamente utilizado nas indústrias de fermentação, porém é aindústria dos derivados do leite que está mais familiarizada com este método, visando adestruição dos microrganismos patogênicos, presentes no leite.

Na Alemanha, o médico Robert Koch (1843-1910) estudou o problema docarbúculo hemático, que é uma doença do gado bovino, caprino e, às vezes, do homem.Ele descobriu os bacilos típicos com extremidades cortadas em ângulos retos, no sanguede animais mortos pela infecção carbunculosa. Inoculou as bactérias em meios decultura, em seu laboratório, examinou-as ao microscópio para estar seguro de queapenas uma espécie tinha se desenvolvido e injetou-as em outros animais para verificar

se estes se tornavam doentes e desenvolviam os sintomas clínicos do carbúnculohemático. A partir destes animais experimentais, Koch isolou micróbios iguais aos quetinha encontrado originalmente nos carneiros infectados. Esta foi a primeira vez queuma bactéria foi comprovada como causa de uma doença animal. A partir disto foramestabelecidos os postulados de Koch: 1) Um microrganismo específico pode sempre serencontrado em associação com uma dada doença. 2) O organismo pode ser isolado ecultivado, em cultura pura, no laboratório. 3) A cultura pura produzirá a doença quandoinoculada em animal sensível. 4) É possível recuperar o microrganismo, em culturapura, dos animais experimentalmente infectados.

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1.5 Caracterização e Classificação dos Microrganismos 

A caracterização e a classificação dos organismos vivos são o principal objetivoem todos os ramos da Ciência Biológica. A partir do momento em que um organismo écompletamente conhecido, torna-se possível fazer comparações com outros,determinando semelhanças e diferenças. As comparações das características de grandenúmero de microrganismos resultam, eventualmente, num sistema de agrupamento dasespécies semelhantes. Por fim, cria-se um grupo com características muito semelhantes,que é considerado como uma espécie e recebe um nome específico, isto é, omicrorganismo adquire um nome.

Por serem individualmente tão pequenos que não podem ser visualizados semajuda de um microscópio, não é prático trabalhar com um único indivíduo. Por estarazão estudam-se culturas, que contêm milhares, milhões e até mesmo bilhões deindivíduos. Uma cultura que consiste em uma única espécie de microrganismo (umaespécie viva), independentemente do número de indivíduos, num ambiente livre deoutros organismos vivos, é chamada de cultura axênica. Os microbiologistas usualmentese referem a tais culturas como culturas puras, embora, no sentido técnico estrito, acultura pura seja aquela que se origina do crescimento de uma única célula. Se dois oumais tipos (espécies) crescem juntos, como normalmente ocorre na natureza, passam aconstituir uma cultura mista.

Antes de identificar e classificar um microrganismo, suas características devemser determinadas com detalhes adequados. As principais incluem as seguintes:

1. Características culturais: os nutrientes exigidos para o crescimento e ascondições físicas do ambiente que favorecem o desenvolvimento.

2. Características morfológicas: as dimensões das células, seus arranjos, a

diferenciação e a identificação de suas estruturas.3. Características metabólicas: a maneira pela qual os microrganismos

desenvolvem os processos químicos vitais.

4. Características da composição química: a identificação dos principais e típicosconstituintes químicos da célula.

5. Características antigênicas: a detecção de componentes especiais da célula(químicos) que fornecem evidências de semelhança entre as espécies.

6. Características genéticas: a análise da composição do ácidodesoxirribonucleico (DNA), assim como a determinação das relações entre o DNAisolado de diferentes microrganismos.

A maioria das características acima citadas é determinada através de testeslaboratoriais, que incluem o uso de diferentes meios e diferentes reações químicas. Noentanto, um dos instrumentos mais poderosos na investigação é o microscópio. A tabela1 resume as características essenciais e aplicações dos diferentes tipos de microscopia.

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Tabela 1 : Comparação de diferentes tipos de microscópios (fonte: Pelczar etal.,1996).

Tipo demicroscópio

Ampliação máximaútil

Observação do espécime Aplicações

Campo claro 1.000 – 2.000 Espécimes corados oudescorados; as bactérias,geralmente coradas,aparecem com a cor docorante

Características morfológicasgrosseiras de bactérias,leveduras, bolores, algas eprotozoários

Campo escuro 1.000 – 2.000 Geralmente descorados;aparecem brilhantes ouiluminados” sobre umcampo escuro

Microrganismos que exibemalgumas característicasmorfológicas especiais quandovivos e em suspensão fluida; porexemplo, os espiroquetas

Fluorescência 1.000 – 2.000 Luminoso e corado; cor docorante fluorescente

Técnica de diagnóstico em que ocorante fluorescente fixado aoorganismo revela a suaidentidade

Contraste de

fase

1.000 – 2.000 Graus variáveis de

iluminação

Exame de estruturas celulares em

microrganismos maiores e vivos;por exemplo, leveduras, algas,protozoários e algumas bactérias

Eletrônico 200.000 – 400.000 Observado em telafluorescente

Exame de vírus e das ultra-estruturas das célulasmicrobianas

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2 BACTÉRIAS

2.1 Morfologia e Ultra-Estrutura das Bactérias 

Entre as principais características das células bacterianas estão suas dimensões,forma, estrutura e arranjo. Estes elementos constituem a morfologia da célula (figura 3).

Embora existam milhares de espécies bacterianas diferentes, os organismosisolados apresentam uma das três formas gerais: elipsoidal ou esférica, cilíndrica ou embastonete e espiralada.

As células bacterianas esféricas ou elipsoidais são chamadas de cocos e podemapresentar os arranjos vistos na figura 4.

As células bacterianas cilíndricas ou em bastonetes (bacilos) comumenteapresentam-se isoladas e ocasionalmente ocorrem aos pares (diplobacilos) ou em

cadeias (estreptobacilos) (figura 5).As bactérias espiraladas (singular = spirillum; plural = spirilla) ocorrem,

predominantemente, como células isoladas. As células individuais de espécies diferentesexibem, contudo, nítidas diferenças no comprimento, número e amplitude das espirais ena rigidez das paredes celulares. As bactérias curtas com espiras incompletas sãoconhecidas como bactérias comma ou vibriões (figura 6).

A unidade de medida das bactérias é o micrômetro, que equivale a 10-³ mm. Asbactérias mais freqüentemente estudadas em laboratório medem, aproximadamente, 0,5a 1,0 µm por 2,0 a 5,0 µm. Os estafilococos e estreptococos, por exemplo, têmdiâmetros variáveis entre 0,75 e 1,25 µm. As formas cilíndricas, tais como o bacilo dafebre tifóide e da disenteria, apresentam uma largura de 0,5 a 1,0µm e um comprimentode 2 a 3 µm. Algumas formas filamentosas podem exceder os 100 µm de comprimento,mas seu diâmetro está, de modo característico, entre 0,5 e 1,0µm.

A figura 7 mostra o tamanho comparativo de uma célula de uma bactéria, umvírus e um protozoário.

Figura 3: Principais estruturas celulares que ocorrem em células bacterianas. Certas estruturas,como por exemplo, grânulos ou inclusões, não são comuns a todas as células bacterianas (fonte: Pelczar etal, 1996).

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Figura 4: Arranjos característicos dos cocos, com ilustrações esquemáticas dos padrões de multiplicação. [A]Diplococos: as células se dividem em um plano e permanecem acopladas predominantemente em pares(escaneamento por micrografia eletrônica de varredura). [B] Estreptococus: as células se dividem em um plano epermanecem acopladas para formar cadeias (micrografia eletrônica de varredura). [C] Tetracocos: as células sedividem em dois planos e caracteristicamente formam grupos de quatro células. As espécimes mostradas são Gaffkya

tetragena. [D] Estafilococos: as células se dividem em três planos, em um padrão irregular, formando cachos decocos. As espécimes mostradas são Staphylococcus aureus. [E] Sarcinas: as células se dividem em três planos, emum padrão regular, formando um arranjo cúbico de células (fonte: Pelczar et al., 1996).

Figura 5: Bactérias tipicamente cilíndricas(bacilos). Observar as variações decomprimento e de largura. (A) Clostridium

sporogenes; (B) Pseudomonas sp; (C)  Bacillus megaterium; (D) Salmonella typhi

(fonte: Pelczar et al., 1980).

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Figura 6: Bactérias espiraladas. (A) célula de Leptospira mostrandoo filamento axial típico. Micrografia eletrônica, x 71.526. (B)Spirillum itersonii visto ao microscópio eletrônico, x 33.600. (C)  Rhodospirillum rubrum, x 1.220. (D) Spirochaeta stenostrepta, x23.000. (E)   Methanospirillum hungatii, uma nova espécie dabactéria gram-negativa que ocorre em filamentos de até 100µm decomprimento. (fonte: Pelczar et al., 1980)

[A]

Unidades decomprimento

Metro (m)Centímetro

(cm)Milímetro

(mm)Micrômetro

(µµµµm)Nanômetro

(nm)

Micrômetro

(µm)

0,000001

10-6

0,0001

10-4

0,001

10-3 1

1.000

103

Nanômetro(nm)

0,000000001

10-9

0,0000001

10-7

0,000001

10-6

0,001

10-3 1

Angström (Å)0,0000000001

10-10

0,00000001

10-8

0,0000001

10-7

0,0001

10-4

0,1

10-1

Figura 7: [A] Uma comparação de tamanhos de microrganismos selecionados. O quadro acima mostra aequivalência no sistema métrico para as unidades usadas para expressar dimensões das célulasmicrobianas (modificado de Pelczar et al., 1996).

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2.1.1 Estruturas Bacterianas

O exame da célula bacteriana revela certas estruturas definidas por dentro e porfora da parede celular. Seguem-se breves descrições das estruturas bacterianas de fácilidentificação:

Flagelos: apêndices muito finos, semelhantes a cabelos, que se exteriorizamatravés da parede celular e se originam de uma estrutura granular (corpo basal)imediatamente abaixo da membrana citoplasmática, no citoplasma. O flagelo apresentatrês partes: uma estrutura basal, uma estrutura semelhante a um gancho e um longofilamento externo à parede celular (figura 8). O seu comprimento é, usualmente, váriasvezes o da célula, mas seu diâmetro é uma pequena fração do diâmetro celular (p.e., 10 a20 nm). Algumas bactérias se movimentam por outros meios, diversos da atividadeflagelar, como o deslizamento provocado pelo fluxo protoplasmático ou pela respostatáxica (p.e., fototaxia, quimiotaxia).

Pêlos (fímbrias): apêndices filamentosos menores, mais curtos e mais

numerosos que os flagelos e que não formam ondas regulares. Estão presentes emmuitas bactérias gram-negativas. São encontrados tanto nas espécies móveis como nasimóveis e portanto, não desempenham papel relativo à mobilidade. Podem funcionarcomo sítios de adsorção de vírus bacterianos, como mecanismo de aderência àsuperfícies e como porta de entrada de material genético durante a conjugaçãobacteriana [(pêlo sexual) (figura 9)].

Glicocálice: formado de uma substância viscosa, que forma uma camada decobertura ou envelope ao redor da célula. Se o glicocálice estiver organizado de maneiradefinida e estiver acoplado firmemente à parede celular, recebe o nome de cápsula; seestiver desorganizado e sem qualquer forma e anda estiver frouxamente acoplado à

parede celular, recebe o nome de camada limosa. O glicocálice pode ter naturezapolissacarídica (um ou vários tipos de açúcares como p.e., galactose, ramnose, glicana,etc.) ou polipeptídica (p.e., ácido glutâmico). A principal função do glicocálice é aaderência sobre superfícies; ele pode evitar o dessecamento das bactérias, fornece umenvoltório protetor e pode servir, também, como reservatório de alimentos, além deevitar a adsorção e lise da células por bacteriófagos (figura 10).

Parede Celular: dá forma à célula e situa-se abaixo das substânciasextracelulares (glicocálice) e externamente à membrana que está em contato imediatocom o citoplasma. Sua espessura é calculada, em média, de 10 a 25 nm. A função daparede celular é a de proporcionar uma moldura rígida, ou "colete", que suporta e

protege as estruturas protoplasmáticas mais lábeis, em face das possíveis lesõesosmóticas; evita ainda a evasão de certas enzimas, assim como o influxo de certassubstâncias que poderiam causar dano à célula. Nas eubactérias, o peptideoglicano (oumureína), um composto polimérico, é o componente da parede celular que determinasua forma. A parede celular das bactérias Gram-positivas é constituída por ácidoteicóico, além do peptideoglicano, que corresponde à uma fração maior que aencontrada na parede das bactérias Gram-negativas (figura 11). A parede das bactériasGram-negativas é mais complexa que a parede das Gram-positivas pois possui umamembrana externa cobrindo uma camada fina de peptideoglicano (figura 12). Estamembrana externa é cosnstituída por fosfolipídeos, proteínas e lipopolissacarídeos(LPSs).

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Figura 8: Desenho de um corpo basal ilustrando sua estrutura e a fixação a bactérias Gram-negativas. Oflagelo de bactérias Gram-positivas tem somente dois anéis (um par) que fixam o flagelo à membranacelular (fonte: Pelczar et al., 1996).

Figura 9: Bactérias fimbriadas. (A) Shigella

 flexneri: bacilos em divisão com numerosasfímbrias ao redor das células (x 20.000). (B)Salmonella typhi: bacilos em divisão comnumerosas fímbrias e alguns poucos flagelos(apêndices mais longos), x 12.500 (fonte: Pelczaret al., 1980).

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Figura 10: Bactérias capsuladas.(A) Klebsiella pneumoniae. (B)Bactéria capsulada formadora delimo, isolada em uma fábrica depapel. Notar as cápsulasextremamente grandes (áreasclaras), ao redor de cada uma dascélulas. (fonte: Pelczar  et al.,1980).

Figura 11: Parede celular de bactérias Gram-positivas (fonte: Prescott et al., 1996).

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Figura 12: Parede celular de bactérias Gram-negativas (fonte: Prescott et al., 1996).

Estruturas internas à parede celular:

Protoplastos: quando remove-se a parede celular de uma bactéria, esta torna-seum corpo arredondado, que assume a forma esférica, justamente por não contar com arígida limitação da parede. A bactéria recebe o nome, então, de protoplasto, que pode ser

caracterizado como: imóvel, esférico, não se divide, não forma nova parede celular enão é suscetível, de modo geral, à infecções por bacteriófagos.

Membrana citoplasmática: fina membrana situada abaixo da parede celular(figura 13). Sua espessura é da ordem de 7,5 nm e é composta de fosfolipídeos (20 a30%), que formam uma bicamada que envolve as proteínas (50 a 70%). A membrana é osítio da atividade enzimática específica e do transporte de moléculas para dentro e parafora da célula. Em alguns casos, a membrana se estende no citoplasma para formar omesossomo, que participa do metabolismo (através da secreção de certas enzimas, comas penicilinases) e da replicação celular (na formação do septo durante o processo dedivisão celular).

Citoplasma: o material celular pode ser dividido em: área citoplasmática, que éa porção fluida contendo substâncias dissolvidas e partículas tais como ribossomos, ematerial nuclear ou nucleóide, rico em DNA.

Inclusões citoplasmáticas: depósitos concentrados de certas substâncias,insolúveis, chamados de grânulos, e que podem servir como fonte de material nutritivode reserva. Os grânulos podem ser constituídos de polissacarídeos (amido, glicogênio),lipídeos, fosfatos e até enxofre, como é o caso das bactérias sulforosas.

Material nuclear: as células bacterianas não contêm o núcleo típico das célulasanimais e vegetais. O material nuclear consiste de um cromossomo único e circular e

ocupa uma posição próxima do centro da célula. Pode ser chamado de corpocromatínico, nucleóide, equivalente nuclear ou cromossoma bacteriano.

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Endósporos: esporos que se formam dentro da célula. São como um corpo ovalde parede espessa (um por célula), altamente resistente e refráteis. Todas bactérias dosgêneros  Bacillus e Clostridium produzem endósporos. São constituídos de ácidodipicolínico e por grande quantidade de cálcio. Os esporos representam uma fase latente(repouso) da célula bacteriana; comparados com as células vegetativas, são

extremamente resistentes aos agentes físicos e químicos adversos, demonstrando umaestratégia de sobrevivência (figura 14).

Figura 13: Interpretaçãoesquemática da estrutura damembrana citoplasmática. Osfosfolipídeos estão arranjados emuma bicamada de tal forma que aspartes polares (esferas) estãovoltadas para a face externa e aspartes não-polares (filamentos) estãovoltadas para a face interna.Também são mostrados oscomponentes protéicos (fonte:Pelczar et al., 1996).

2.2 Cultivo das Bactérias 

O cultivo dos microrganismos, em condições laboratoriais, é um pré-requisitopara seu estudo adequado. Para que isto possa ser realizado, é necessário oconhecimento de suas exigências nutritivas e das condições físicas requeridas.

2.2.1 Tipos Nutritivos das Bactérias

As bactérias podem ser divididas em grupos com base em suas exigênciasnutritivas. A principal separação corresponde aos grupos fototróficos (organismos queutilizam a energia radiante como fonte de energia) e quimiotróficos (organismosincapazes de utilizar a energia radiante; dependem da oxidação de compostos químicospara a obtenção de energia) (tabela 2).

♦  Fototróficos: existem bactérias que utilizam o CO2 como principal fonte decarbono; são as fotolitotróficas. Outras exigem um composto orgânico(álcoois, ácidos graxos, aminoácidos) e são ditas fotorganotróficas.

♦  Quimiotróficos: bactérias que utilizam o CO2 como fonte de carbono eoxidam compostos inorgânicos (p.e., nitritos) ou elementos químicos (p.e.,enxofre) para obtenção da fonte de energia ,são chamadas quimiolitotróficas.As que utilizam compostos orgânicos para obter energia, são chamadasquimiorganotróficas.

As bactérias fotolitotróficas e quimiolitotróficas são conhecidas, comumente,como autotróficas, ao passo que as espécies fotorganotróficas e quimiorganotróficassão designadas heterotróficas.

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Figura 14: [A] Localização, tamanho e forma dos endósporos em células de várias espécies de  Bacillus eClostridium. [B] Alterações estruturais na célula bacteriana durante a esporulação (fonte: Pelczar et al.,1996).

As bactérias heterotróficas apresentam exigências nutritivas mais simples. Ofato de um organismo poder crescer e se reproduzir numa mistura de compostosquímicos simples indica que ele possui uma grande capacidade de síntese. As bactériasheterotróficas foram estudadas mais profundamente porque, sob certo aspecto,demonstram um interesse mais imediato. Neste grupo se encontram todas as bactériaspatogênicas para o homem, para outros animais e para os vegetais, assim como a maiorparte da população microbiana do ambiente humano. As bactérias heterotróficas,embora constituam o principal grupo nutritivo, variam, consideravelmente, quanto aosnutrientes específicos exigidos para o crescimento (tabela 3). As heterotróficas podemser consumidoras, alimentando-se de outros organismos vivos; saprófitas, que sealimentam de matéria orgânica morta. Outras podem ser simbiontes, ou seja, mantémuma relação estreita com um organismo de espécie diferente. Estas simbiontes podem

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ser comensais, que nem ajudam, nem prejudicam seu hospedeiro, ou podem serparasitas, que causam dano ao hospedeiro (caso das bactérias patogênicas).

Tabela 2: Principais tipos nutritivos das bactérias (fonte: Pelczar, 1980).

Tipo Fonte de EnergiaPara Crescimento

Fonte de CarbonoPara Crescimento

Exemplo de Gênero

Fototrófico:

Fotolitotrófico(autotrófico)

Fotorganotrófico(heterotrófico)

Luz

Luz

CO2

Composto orgânico

Chromatium

 Rhodopseudomonas

Quimiotrófico:

Quimiolitotrófico(autotrófico)

Quimiorganotrófico(heterotrófico)

Oxidação decomposto inorgânico

Oxidação decomposto orgânico

CO2

Composto orgânico

Thiobacillus

 Escherichia

Tabela 3: Exigências nutritivas mínimas de algumas bactérias heterotróficas (fonte: Pelczar, 1980).

BactériasSais

Inorgâ-

nicos

CarbonoOrgânico

NitrogênioInorgânico

Umaminoáci

do

Dois ou maisaminoáci-

dos

Umavitami-

na

Duas oumais

vitaminas

 Escherichia coli X X X

Salmonella typhi X X X X

Proteus vulgaris X X X X X

Staphylococcus aureus X X X X X

 Lactobacillus acidophilus X X X X X

2.2.2 Meios BacteriológicosPara o cultivo rotineiro de microrganismos heterotróficos, utilizam-se certas

matérias-primas complexas, tais como as peptonas, os extratos de carne e de levedura(tabela 4), daí resultando um meio que promove o desenvolvimento de grande variedadede bactérias e de outros microrganismos. Quando se deseja um meio sólido, adiciona-seo ágar como agente solidificante. O caldo e o ágar nutritivos são exemplos de meioslíquidos e sólidos, relativamente simples, indicados para a cultura de microrganismosheterotróficos comuns.

Alguns microrganismos não se desenvolvem bem nestes meios, poisdemonstram exigências de nutrientes específicos, como vitaminas e outras substânciasestimulantes. Tais microrganismos são chamados de heterotróficos fastidiosos, enecessitam de meios especiais para seu cultivo, isolamento e reconhecimento.

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Os meios de cultura, de acordo com a sua aplicação ou função, podem serclassificados, entre outros, como:

Meios Enriquecidos: a adição de sangue, soro ou extratos de tecidosanimais ou vegetais ao caldo ou ágar nutritivos proporciona nutrientes acessórios, demodo que o meio possa permitir o crescimento de heterotróficos fastidiosos.

Meios Seletivos: a adição de certas substâncias químicas específicas aoágar nutritivo previne o crescimento de um grupo de bactérias sem agir sobre outras. Ocristal violeta, por exemplo, em uma dada concentração, impede o crescimento debactérias gram-positivas, sem afetar o desenvolvimento das bactérias gram-negativas.

Meios Diferenciais: a incorporação de certos reagentes ou substânciasquímicas no meio pode resultar num tipo de crescimento ou modificação, após ainoculação e a incubação, que permite ao observador distinguir os tipos de bactérias. Porexemplo, inoculando-se uma mistura de bactérias num meio de ágar sangue, algumasdas bactérias podem hemolisar (destruir) as células vermelhas e outras não. A zona clara

ao redor da colônia é a evidência de ter ocorrido a hemólise. Assim, pode-se estabelecera distinção entre bactérias hemolíticas e não-hemolíticas, de acordo com o seudesenvolvimento.

Tabela 4: Características de vários produtos complexos, usados como ingredientes dos meios de cultura(fonte: Pelczar, 1980).

MATÉRIA PRIMA CARACTERÍSTICA VALOR NUTRITIVO

Extrato de carneExtrato aquoso de tecido muscular, concentrado

sob a forma de pasta

Contém as substâncias solúveis dostecidos animais, incluindo

carboidratos, compostos orgânicos

de nitrogênio, vitaminashidrossolúveis e sais

Peptona

Produto que resulta da digestão de materiaisprotéicos como carne, caseína e gelatina; a

digestão protéica é realizada por meio de ácidosou de enzimas; existem muitas peptonas

diferentes (dependendo da proteína usada e dométodo de digestão) para uso em meios

bacteriológicos; as peptonas diferem em suaspropriedades de promover o crescimento

Principal fonte de nitrogênioorgânico; pode conter algumas

vitaminas e, às vezes, carboidratos,dependendo do tipo de material

protéico digerido

ÁgarCarboidrato complexo, obtido de certas algas

marinhas; tratado para a remoção de substânciasestranhas

Usado como agente solidificante dosmeios; o ágar, dissolvido em

soluções aquosas, gelifica quando atemperatura é reduzida a menos de

45ºC; não é considerado como fontenutritiva para as bactérias

Extrato de levedoExtrato aquoso de leveduras comercialmente

apresentado sob a forma de pó

Fonte muito rica de vitaminas B,também contém compostos

orgânicos de nitrogênio e de carbono

2.2.3 Condições Físicas Necessárias ao Crescimento

Assim como as bactérias variam com relação às exigências nutritivas,

também demonstram respostas diversas às condições físicas do ambiente.

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Temperatura: o crescimento bacteriano pode ter seu ritmo e quantidadedeterminados pela temperatura, uma vez que esta influencia as reações químicas doprocesso de crescimento. Cada espécie de bactéria cresce sob temperaturas situadas emfaixas características e, sendo assim, são classificadas nos seguintes grupos:

1. Bactérias psicrófilas: são capazes de crescer a 0° C ou menos, emboraseu ótimo seja entre 15° C ou 20° C.

2. Bactérias mesófilas: crescem melhor numa faixa de 25 a 40° C.

3. Bactérias termófilas: crescem melhor a temperaturas de 45 a 60° C

A temperatura ótima de crescimento é a temperatura de incubação quepossibilita o mais rápido crescimento, durante curto período de tempo (12 a 24 horas).

Exigências atmosféricas: os principais gases que afetam o crescimentobacteriano são o oxigênio e o dióxido de carbônico. Como as bactérias apresentam

grande variedade de resposta ao oxigênio livre, elas são divididas em:1. Bactérias aeróbias: crescem na presença de oxigênio livre.

2. Bactérias anaeróbias: crescem na ausência de oxigênio livre.

3. Bactérias anaeróbias facultativas: crescem tanto na presença como naausência do oxigênio livre.

4. Bactérias microaerófilas: crescem na presença de quantidadespequenas de oxigênio livre.

Acidez e alcalinidade (pH): para a maioria das bactérias, o pH ótimo decrescimento localiza-se entre 6,5 e 7,5. Embora poucos microrganismos possamdesenvolver-se nos limites extremos de pH, as variações mínimas e máximas, para amaior parte das espécies, estão entre pH 4 e pH 9.

2.3 Reprodução e Crescimento 

O termo crescimento, tal como é comumente aplicado às bactérias e aoutros microrganismos, refere-se, usualmente, às alterações ocorridas na cultura das

células e não às alterações de um organismo isolado.

2.3.1 Reprodução

Bactérias geralmente reproduzem-se assexuadamente por fissão bináriatransversa, quando ocorre a replicação do cromossomo bacteriano e a céluladesenvolve uma parede celular transversa, dividindo-se então em duas novas células(figura 15). Após a replicação do cromossomo, a parede transversa forma como umainvaginação da membrana plasmática e da parede celular. Quando a nova paredeformada não se separa completamente em duas paredes, pode-se formar uma cadeia (oufilamento) de bactérias. A fissão binária não é o único método reprodutivo entre asbactérias. As espécies do gênero Streptomyces produzem muitos esporos reprodutivos

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por organismo, cada esporo dando origem a um novo indivíduo. Bactérias do gênero Nocardia produzem extenso crescimento filamentoso, seguido pela fragmentação dosfilamentos em pequenas células bacilares ou cocóides. Espécies do gênero

 Hyphomicrobium podem reproduzir-se por brotamento: desenvolve-se um broto, a partirda célula-mãe e, depois de um período de aumento de tamanho, o broto se separa da

célula original, formando um novo indivíduo.Embora não ocorra uma reprodução sexuada complexa nos moneras, algumas

vezes as bactérias realizam troca de material genético. Tal recombinação genética podeocorrer por transformação, conjugação ou transdução.

Na transformação, a célula bacteriana "pega" fragmentos de DNA perdidos poroutra bactéria que se rompeu. Este mecanismo tem sido usado experimentalmente paramostrar que os genes podem ser transferidos de uma bactéria para outra e que o DNA éa base química da hereditariedade.

Na conjugação, duas células bacterianas geneticamente diferentes trocam

DNA diretamente. Este processo tem sido extensivamente estudado na bactéria  Escherichia coli, que tem linhagens F- e F+. As células F+ são cobertas com pêlos econtêm um plasmídeo conhecido como fator F, ou fator da fertilidade. Quando umacélula F+ entra em contato com uma célula F-, os pêlos organizam um tubo deconjugação, chamado de pêlo sexual ou pêlo F, que conecta a célula F+ à célula F-. Opêlo F é "oco", permitindo que o DNA pase de uma bactéria para outra.

Na transdução, genes bacterianos são carregados de uma bactéria para outra,dentro de um bacteriófago (vírus bacteriano). Quando o bacteriófago entra numa célulabacteriana, o DNA do vírus mistura-se com uma parte do DNA bacteriano, de modo queo vírus agora carrega esta parte do DNA. Se o vírus infecta uma segunda bactéria, o

DNA da primeira bactéria pode misturar-se com o DNA da segunda bactéria. Esta novainformação genética é então replicada a cada nova divisão.

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Figura 15: Multiplicação bacteriana pela fissão binária transversa (fonte: Pelczar et al., 1996).

2.3.2 Crescimento

Como já foi mencionado, o processo de reprodução prevalecente entre asbactérias é a fissão binária; uma célula se divide, formando duas células. Assim sendo,partindo de uma única bactéria, o aumento populacional se faz em progressãogeométrica:

1 - 21 - 22 - 23 - 24 - 25 ... 2n

O tempo necessário para que uma célula se divida - ou para que apopulação duplique - é conhecido como tempo de geração, que não é o mesmo paratodas as bactérias. Para algumas, como a Escherichia coli, pode ser de 15 a 20 minutos;para outras pode ser de muitas horas. O tempo de geração está na forte dependência dosnutrientes existentes no meio e das condições físicas de incubação.

A figura 16 mostra a curva de crescimento típica das bactérias em umsistema fechado. Na curva, observa-se que há um período inicial no qual não parecehaver crescimento (fase lag ou de latência), seguido por um rápido aumento dapopulação (fase logarítmica), que se nivela posteriormente (fase estacionária) e declinaquanto ao número de células viáveis (fase de morte ou declínio).

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Figura 16: Curva de crescimento típica de uma população bacteriana. A densidade óptica é uma medida

da turbidez da cultura bacteriana e é obtida através da análise da cultura em espectrofotômetro (fonte:modificado de Brock et al., 1994).

2.4 Principais Grupos de Bactérias 

A referência padrão para a classificação e taxonomia bacterianas é o Bergey's manual of determinative bacteriology (Holt et al., 1993). Este manual divide asbactérias em 19 grupos.

Grupo 1: Bactérias fototróficas Grupo 2: Bactérias deslizantes

Grupo 3: Bactérias com bainha Grupo 4: Bactérias gemulantes e/ou pedunculadas

Grupo 5: Espiroquetas Grupo 6: Bactérias espiraladas e encurvadas

Grupo 7: Coco e bacilos gram-negativos aeróbios Grupo 8: Bacilos gram-negativos facultativos

Grupo 9: Bactérias gram-negativas anaeróbias Grupo 10: Cocos e cocobacilos gram-negativos

Grupo 11: Cocos gram-negativos anaeróbios Grupo 12: Bactérias gram-negativasquimiolitotróficas

Grupo 13: Bactérias produtoras de metano Grupo 14: Cocos gram-positivos

Grupo 15: Bacilos e cocos esporulados Grupo 16: Bacilos gram-positivos não-esporulados

Grupo 17: Actinomicetos e microrganismos afins Grupo 18: RickettsiasGrupo 19: Micoplasmas

Recentemente, Lynn Margulis e Karlene Schwartz (citado por Davis et al., 1990)propuseram um sistema de classificação útil que divide as bactérias em 16 filos deacordo com algumas de suas características mais significantes. A tabela 5 mostraalgumas características de 11 destes grupos.

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 Tabela 5: Características de alguns grupos de bactérias (Raven & Johnson, 1986).

NOME DO GRUPOFORMA

(a)MOTILIDADE

(b)METABOLISMO

(c) PAPEL ECOLÓGICO

Metanogênicas B, E, C N, F Q, F Algumas digerem celulose;outras utilizam metano;outras reduzem enxofre

Omnibactérias ouEubactérias

B N, F HSaprófitas, patógenas,

decompositoras

Cianobactérias B, C, M D,N FFixadoras de carbono e

nitrogênio

Cloroxibactérias C N F Simbiose com tunicados

Micoplasmas,espiroplasmas

sem parede(d)

N HPatógenos de plantas e

animais

Espiroquetas E F(e)

H Decompositores e patógenos

Pseudomonadáceas B F H, QDecompositores e patógenos

de plantas

Actinomicetos M, B N HSolo, plantas,

decompositores e fixadoresde nitrogênio

Mixobactérias B D H Solo, animais

Aeróbias fixadorasde nitrogênio

B N, F HVida livre e em nódulos ou

raízes de plantas

Quimioautotróficas B, C N, F Q

Estágios no ciclo donitrogênio; oxidam

compostos do enxofre;oxidam metano ou metanol

(a)  B = bacilo, C = coco, E = espirilo, M = filamentos ou agregados(b) F = flagelada, N = não-móvel, D = deslizante(c) H = heterotróficas, Q = quimiossintéticas, F = fotossintéticas(d) Mais ou menos esféricas ou alongadas e retorcidas(e) Flagelo inserido abaixo da membrana lipoproteica mais externa da parede celular

2.4.1 Bactérias Patogênicas

Muitas doenças de plantas estão associadas com bactérias; quase todostipos de plantas são suscetíveis a um ou mais tipos de doenças bacterianas. Os sintomasdestas doenças variam, mas elas geralmente se manifestam como manchas de váriostamanhos nos caules, folhas, flores ou frutos; murchidão, definhamento e raízes moles;necrose, ferrugem e cancros também são sintomas observados. Os gêneros descritos aseguir compreendem as bactérias fitopatogênicas:

Pseudomonas - causa manchas e estrias nas folhas, definhamento e doençassimilares.

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 Xanthomonas - as espécies deste gênero são principalmente fitopatogênicas,responsáveis por processos de necrose. Produzem colônias amarelas, ao lado de outrasespécies esbranquiçadas ou de coloração creme.

 Agrobacterium ssp. - suas espécies vivem no solo ou nas raízes ou caules deplantas, onde desenvolvem galhas.

Corynebacterium - é um gênero que compreende espécies parasitas do homem edos vegetais. As espécies fitopatogênicas são encontradas no solo e nos vegetaisdoentes, sendo responsáveis por doenças vasculares da alfafa, pela podridão das batatas,dos pastos, dos tomates e doenças de muitas outras plantas.

 Erwinia - as espécies deste gênero invadem os tecidos das plantas vivas eprovocam necroses, galhas, definhamentos e apodrecimentos.

Streptomyces - encontram-se espécies responsáveis pela escara da batata e poruma doença das raízes e radicelas da batata-doce.

  Xilella fastidiosa – responsável pela clorose variegada dos cítricos (ou“Amarelinho”, como a doença é conhecida popularmente no Brasil), que afeta os tecidosvasculares de plantas cítricas, especialmente as laranjeiras, danificando folhas e frutos.

Bactérias também causam muitas doenças humanas, incluindo cólera, lepra,tétano, pneumonia bacteriana, coqueluche e difteria.

Vários gêneros de bactérias patogênicas são de importância particular para ohomem. Espécies do gênero Streptococcus estão associadas com a escarlatina, febrereumática e outras infecções. A bactéria da escarlatina produz seus sintomas e toxinas

fatais somente se ela estiver infectada com o bacteriófago apropriado. O gêneroStaphylococcus é um dos principais responsáveis pela infecções hospitalares.

A síndrome do choque tóxico é causada por algumas linhagens deStaphylococcus aureus. Esta doença caracteriza-se por febre, erupções cutâneas, queaparecem primeiro nas palmas das mãos e nas solas dos pés e depois espalham-se paraoutras partes do corpo, e queda brusca de pressão. Aproximadamente 85% dos casos desíndrome do choque tóxico registrados nos Estados Unidos ocorreram em mulheresmenstruadas, que estavam usando absorventes internos na época em que apareceram ossintomas. No entanto, homens e mulheres podem contrair esta doença.

Muitas doenças bacterianas são dispersas pelo alimento ou água, como por

exemplo a disenteria bacilar, e as febres tifóide e paratifóide. A disenteria bacilar écausada por algumas espécies do gênero Shigella. As febres tifóide e paratifóide sãodoenças intestinais infecciosas agudas causadas pelas bactérias Salmonella typhi eSalmonella enteridis, respectivamente.

A bactéria   Brucella abortus causa a doença chamada brucelose, tambémconhecida como febre ondulante, no homem, e aborto contagioso, no gado. O contágiose dá através da ingestão de leite oriundo de gado contaminado. Como as bactérias sãodestruídas pelo processo de pateurização do leite, esta doença está se tornando rara.

O cólera é uma gastroenterite causada pela bactéria Vibrio cholerae, que étransmitida pelo contato com águas ou alimentos contaminados pelas excreções depacientes ou de portadores convalescentes. Os sintomas compreendem vômitos e fezes

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diarréicas profusas (aspecto de água de arroz), os quais dão lugar a uma severadesidratação, com perdas de eletrólitos e acidose, muitas vezes fatais.

A legionelose (ou doença dos Legionários) é uma das doenças bacterianas maisrecentemente detectadas, afetando um grande número de pessoas nos Estados Unidos. Écausada pela bactéria  Legionella pneumophylae desenvolve-se como uma forma severade pneumonia.

A bactéria Clostridium botulinum é a causadora do botulismo, uma intoxicaçãoalimentar grave, e às vezes fatal. A doença é contraída pela ingestão de alimentoscontendo a toxina botulínica (principalmente enlatados, em conserva ou defumados).

A cárie dentária é provocada por bactérias, principalmente pela espécieStreptococcus mutans. As lesões cariosas se desenvolvem sob densas massas debactérias, conhecidas como placas dentais, aderentes à superfície do dente.

Algumas doenças bacterianas são sexualmente transmitidas e são chamadas dedoenças venéreas. Entre as mais comuns estão a gonorréia, causada pela bactéria

  Neisseria gonorrhoeae, e a sífilis, causada pela Treponema pallidum, uma espiroqueta.Ambas doenças são facilmente controladas com penicilina. A gonorréia é muito maiscomum e menos séria que a sífilis, que pode ser fatal.

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3 FUNGOS

3.1 Introdução 

Os fungos são tão distintos das algas, briófitas e plantas vasculares, quanto o sãodos animais. Tradicionalmente são agrupados com as plantas, mas pertencem a umReino distinto, Fungi, constituindo um dos cinco principais grupos de organismos vivos,como já foi falado.

Juntamente com as bactérias, os fungos vêm a ser os seres encarregados dadecomposição na biosfera, sendo suas atividades tão necessárias à existênciapermanente do mundo que conhecemos quanto as dos seres produtores de alimento. Adecomposição libera gás carbônico na atmosfera e devolve ao solo compostosnitrogenados e outros materiais, que poderão ser novamente usados por vegetais eeventualmente por animais. Foi estimado que os 20 cm superiores da terra fértil possamconter perto de 5 toneladas de fungos e bactérias por hectare.

Os fungos constituem um grupo de microrganismos que tem grande interesseprático e científico para os microbiologistas. Suas manifestações são familiares:crescimentos azuis e verdes em laranjas, limões e queijos; as colônias cotonosas(aspecto de algodão), brancas ou acinzentadas, no pão e no presunto; os cogumelos doscampos e os comestíveis, entre tantos. Todas representam vários organismos fúngicos,morfologicamente muito diversificados. De um modo geral, os fungos incluem osbolores e as leveduras. A palavra bolor tem emprego pouco nítido, sendo usada paradesignar os mofos, as ferrugens e o carvão (doença de gramíneas). As leveduras sediferenciam dos bolores por se apresentarem sob a forma unicelular.

Os fungos podem viver como saprófagos, quando obtêm seus alimentosdecompondo organismos mortos; como parasitas, quando se alimentam de substânciasque retiram dos organismos vivos nos quais se instalam, prejudicando-os; ou podemestabelecer associações mutualísticas com outros organismos, em que ambos sebeneficiam. Em todos os casos, no entanto, os fungos liberam enzimas digestivas parafora de seus corpos e estas atuam diretamente no meio orgânico no qual eles se instalam,degradando moléculas simples, que são então absorvidas pelo fungo. Os fungossaprófagos são responsáveis por grande parte da degradação da matéria orgânica,propiciando a reciclagem de nutrientes, como já foi comentado.

Os fungos são importantes nas fermentações industriais, tais como na fabricaçãoda cerveja, do vinho e na produção de antibióticos (penicilina), de vitaminas e ácidosorgânicos (ácido cítrico). A fabricação de pães e o amadurecimento de queijos tambémdependem da atividade saprofítica dos fungos.

Como parasitas, os fungos causam doenças vegetais, humanas e animais, emboraa maior parte das micoses seja menos severa que as bacterioses ou as viroses.

A ciência que estuda os fungos recebe o nome de Micologia.

3.2 Características próprias dos fungos 

Os fungos são microrganismos eucarióticos quimiorganotróficos. Reproduzem-se, naturalmente, por meio de esporos, com poucas exceções. Além disso, a maioria daspartes de um fungo é potencialmente capaz de crescimento; um minúsculo fragmento é

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suficiente para originar um novo indivíduo. Os fungos não têm clorofila, sãofilamentosos em geral e comumente ramificados. Os filamentos apresentam paredescelulares constituídas por quitina ou celulose, ou ambas. São imóveis, em sua maioria,embora possam demonstrar células vegetativas móveis.

A maior parte entre todas as classes de fungos produz esporos de dois modos:

sexuada e assexuadamente. Os esporos produzidos sexuadamente têm núcleos derivadosdas células parentais e estas, como os esporos, são, geralmente, haplóides. Dois núcleosde células parentais se fundem para formar um núcleo diplóide zigótico, do qual, pordivisão celular redutora (meiose zigótica), originam-se os núcleos dos esporoshaplóides. Os esporos sexuados e as estruturas que os contém são usualmentedistinguíveis, sob o ponto de vista morfológico, dos esporos assexuados, os quais sãoformados por simples diferenciação do talo em desenvolvimento  (o talo é o fungoindividual completo, incluindo as porções vegetativas ou não-sexuadas e todas asestruturas especializadas). Os esporos são muito importantes na classificação dosfungos, sendo as classes diferenciadas pelas características morfológicas dos estágios

sexuados e dos esporos. A figura 17 mostra alguns tipos de esporos fúngicos.Morfologia dos fungos filamentosos: O talo de um fungo é tipicamente

composto por filamentos tubulares microscópicos, chamados hifas. O conjunto de hifastem o nome de micélio. A parede das hifas é semi-rígida, e os fungos podem apresentartrês tipos morfológicos de hifas (figura 18). O micélio pode formar uma rede frouxa ouum tecido compacto, como nos cogumelos. Além disso, os micélios podem servegetativos ou de reprodução, sendo estes responsáveis pela produção de esporos. Ashifas dos micélios de reprodução são, em geral, aéreas, enquanto algumas hifas domicélio vegetativo podem penetrar no meio, em busca de nutrientes.

Figura 17: Diferentes tipos de esporos fúngicos (fonte: Pelczar et al.., 1980).

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Figura 18: Tipos morfológicos de hifas nos fungos.A hifa conocítica não apresenta septos transversais.As hifas septadas podem apresentar células

mononucleadas (um núcleo por célula) oumultinucleadas (dois ou mais núcleos por célula); osseptos transversais apresentam um poro central,através do qual o citoplasma e os nucléolos podemmigrar de um compartimento para outro (modificadode Davis et al.., 1990).

3.2.1 Reprodução nos Fungos

As leveduras (fungos unicelulares) reproduzem-se assexuadamente porgemulação ou brotamento, no qual uma pequena protuberância (broto) cresce eeventualmente separa-se da célula-mãe. Cada broto que separa-se, pode tornar-se umanova levedura (figura 19). Leveduras também podem reproduzir-se assexuadamente porfissão e sexuadamente, através da formação de esporos. As leveduras não sãoclassificadas como um grupo taxonômico único pois muitos fungos diferentes podemser induzidos a formar um estágio de levedura.

Os esporos dos fungos terrestres são células reprodutivas não-móveis, dispersas

através do vento ou por animais e, geralmente, produzidos nas hifas aéreas (que seprojetam no ar). Este arranjo permite que os esporos sejam "arrastados" por correntes dear e distribuídos a novas áreas. Em alguns fungos, as hifas aéreas formam estruturasgrandes e complexas, onde os esporos são produzidos. Estas estruturas são chamadasesporocarpos ou corpos de frutificação. A parte familiar de um cogumelo, porexemplo, é um grande esporocarpo. Nós normalmente não vemos a maior parte doorganismo, uma rede quase invisível de hifas enterradas sobre o material na qual elecresce. Ao contrário de células animais e vegetais, os fungos normalmente contêmnúcleos haplóides. Na reprodução sexuada, os fungos freqüentemente realizam um tipode conjugação no qual duas hifas geneticamente diferentes juntam-se e seus núcleosfundem-se. Em certos fungos, os núcleos geneticamente diferentes não se fundemimediatamente, mas permanecem separados dentro do citoplasma do fungo pela maiorparte de sua vida. Hifas que contêm dois núcleos distintos geneticamente dentro de cadacélula são chamadas dicarióticas. Hifas que contêm somente um núcleo por célula sãomonocarióticas.

Quando um esporo fúngico "cai" num substrato apropriado, por exemplo, umpêssego muito amadurecido, o esporo germina e começa a crescer (figura 20). Uma hifaparecida com um fio emerge do pequeno esporo. Assim que uma camada de hifasemaranhadas infiltra-se no pêssego, uma outra hifa estende-se em direção ao ar. Célulasdas hifas secretam enzimas digestivas dentro do pêssego, degradando seus compostosorgânicos em pequenas moléculas que serão absorvidas pelos fungos.

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Figura 19: a) Célula de uma levedura comum, mostrando a reprodução por brotamento. b)

Fotomicrografia de células da levedura Saccharomyces cerevisiae, utilizado como fermento de pão. Noteque muitas das células estão brotando (fonte: Davis, 1990).

Figura 20: Germinação de um esporo e crescimento de um fungo terrestre (fonte: Davis et al..,1990).

3.2.2 Fisiologia e Nutrição dos Fungos

Fungos crescem melhor em habitats úmidos e escuros, porém são encontradosuniversalmente onde quer que exista matéria orgânica disponível. Eles necessitam deumidade para crescer e podem obter água da atmosfera, bem como do meio sobre o qualvivem. Quando o ambiente torna-se muito seco, os fungos sobrevivem entrando num

estado de repouso ou produzindo esporos, que são resistentes à aridez. Embora o pHótimo para a maioria das espécies seja ± 5,6, alguns fungos podem tolerar e crescer em

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ambientes onde o pH varia de 2 a 9. Muitos fungos são menos sensíveis à altas pressõesosmóticas que as bactérias, e podem crescer em soluções de sais concentradas ousoluções de açúcares, que inibem ou previnem o crescimento bacteriano. Os fungostambém crescem num amplo intervalo de temperatura (0o a 62o C, estando a temperaturaótima entre 22o e 30o C).

3.3 Classificação dos Fungos 

A classificação dos fungos é baseada principalmente nas características dosesporos sexuais e dos corpos de frutificação, na natureza de seus ciclos de vida e nascaracterísticas morfológicas de seus micélios vegetativos ou de suas células.

Entretanto, muitos fungos produzem esporos sexuais sob certas condiçõesambientais. Aqueles que possuem todos os estágios sexuais conhecidos sãodenominados fungos perfeitos e os que não possuem, fungos imperfeitos. Os fungosimperfeitos são classificados arbitrariamente, num primeiro momento, e são colocadosprovisoriamente em uma classe especial denominada Deuteromycetes. Quando o seuciclo sexual é descoberto posteriormente, são então reclassificados entre outras classes erecebem novos nomes.

Os micologistas dividem o Reino Fungi em 3 principais grupos: os fungoslimosos, os fungos inferiores flagelados e os fungos terrestres.

Os fungo limosos são considerados um enigma biológico e taxonômico porquenão são nem um fungo típico, nem um protozoário típico. Durante uma de suas etapasde crescimento, assemelham-se aos protozoários porque não possuem parede celular,possuem movimentos amebóides e ingerem nutrientes particulados. Durante a etapa de

propagação, formam corpos de frutificação e esporângios apresentando esporos comparedes, como nos fungos típicos. Vivem em água doce, em solo úmido e em vegetaisem decomposição.

Os fungos inferiores flagelados incluem todos os fungos, com exceção doslimosos, que produzem células flageladas em alguma fase do seu ciclo de vida.Alimentam-se pela absorção dos alimentos. A grande maioria é filamentosa, produzindoum micélio cenocítico. Muitos são unicelulares ou unicelulares com rizóides. Areprodução sexuada pode ocorrer por vários meios; a reprodução assexuada ocorremediante a produção de zoósporos. Podem ser parasitas ou saprófitas, que vivem nosolo ou água doce.

Os fungos terrestres são as espécies mais conhecidas entre os fungos. Estegrupo inclui as leveduras, bolores, orelhas-de-pau, mofo, fungos em forma de taça,ferrugem, carvão, bufa-de-lobo e cogumelos. Todos caracterizam-se pela nutriçãoatravés da absorção e, com exceção das leveduras, a maioria produz um micélio bemdesenvolvido constituído de hifas septadas ou cenocíticas. As células móveis não sãoencontradas nos fungos terrestres. A reprodução assexuada ocorre através debrotamento, fragmentação e produção de esporangióforos ou conídios. A reproduçãosexuada envolve a produção de zigósporos, ascósporos ou basidiósporos.

Existem 4 principais grupos de fungos terrestres: Zygomycetes, Ascomycetes,Basidiomycetes e Deuteromycetes. A tabela 6 resume esta classificação.

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Tabela 6: Classes de Fungos Terrestres (modificado de Davis et al.., 1990).

Classes TIPOS COMUNS REPR. ASSEXUADA REPR. SEXUADA

Zygomycetes bolor preto do pão esporos não-móveis zigósporos

Ascomycetesleveduras, fungos em forma

de taça, trufas.conídios desprendem-se dos conidióforos

ascósporos

Basidiomycetescogumelos, fungos da

ferrugem e do carvão, bufa-de-lobo, orelha-de-pau

incomum basidiósporos

Deuteromycetes(fungos

imperfeitos)

Candida albicans, algumasespécies de Penicillium e

 Aspergillus

conídiosestágio sexualdesconhecido

3.3.1 Zygomycetes

Os membros desta classe são chamados de zigomicetos e há cerca de 600espécies encontradas em todo mundo. Eles produzem esporos sexuais chamadoszigósporos, que permanecem dormentes por um tempo. Suas hifas são cenocíticas (nãotêm septo). Muitos zigomicetos vivem no solo sobre matéria orgânica animal ou vegetalem decomposição; alguns são parasitas de plantas e animais. Alguns zigomicetos sãoutilizados na elaboração de produtos comercialmente valiosos, como molho de soja,ácidos orgânicos esteróides para drogas contraceptivas e antiinflamatórias. Umzigomiceto comum é o bolor preto do pão,   Rhizopus stolonifer . O pão torna-seembolorado quando o esporo do bolor cai sobre ele, germinando e crescendo como umamassa de fios, o micélio. As hifas penetram no pão e absorvem nutrientes. Algumashifas, chamadas estolões, crescem horizontalmente; outras, chamadas rizóides, ancoramos estolões no pão. Eventualmente, certas hifas crescem para cima e desenvolvem umesporângio, ou saco de esporos, na extremidade. Agregados de esporos esféricos pretosdesenvolvem-se dentro do esporângio e são liberados quando este se rompe. Areprodução sexual pode ocorrer quando hifas de dois tipos diferentes (+ e -) crescem emcontato uma com a outra (figura 21). Não há diferenciação sexual morfológica, de modoque não é próprio referir-se a linhagens feminina e masculina. Quando as hifas de dois

tipos encontram-se, hormônios são produzidos, fazendo com que suas extremidadescresçam juntas. Os núcleos + e - fundem-se e formam um núcleo diplóide, o zigoto,chamado de zigósporo. O zigósporo pode permanecer dormente por vários meses. Ameiose provavelmente ocorre no momento ou um pouco antes da germinação dozigósporo. Quando este germina, uma hifa aérea desenvolve-se com um esporângio naextremidade. Cada esporo formado é capaz de tornar-se um novo micélio.

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Figura 21: O ciclo de vida do bolor preto do pão,   Rhizopus stolonifer . Após ruptura da parede do

esporângio, os esporangiósporos são liberados. Um esporangiósporo germina para desenolver um talomicelial, os rizóides penetram no meio e os esporangiósporos dão origem ao esporângio, completando afase assexuada do ciclo de vida. A reprodução sexuada requer dois mating types (+ e -) sexualmentecompatíveis. Quando entram em contato, são formadas ramificações de copulação denominadas progametângio. Eles logo se fundem, os protoplasmas misturam-se (através da plasmogamia) e os núcleos+ e – também se fundem (através da cariogamia) para formar muitos núcleos zigotos. A estrutura contendoo núcleo torna-se corada em preto e com aspecto verrugoso, formando o  zigósporo diplóide maduro, querepousa em estado dormente por 1 a 3 meses ou mais. O zigósporo germina para formar um novoorganismo haplóide e a meiose ocorre durante o processo de germinação (fonte: Pelczar et al.., 1996).

3.3.2 Ascomycetes

Os ascomicetos constituem um grande grupo de mais ou menos 30.000 espéciesdescritas. Recebem também o nome de fungos de saco pois seus esporos sexuais sãoproduzidos em pequenos sacos chamados ascos. Suas hifas geralmente têm septos,porém as paredes transversais são perfuradas, permitindo o movimento do citoplasma.

Os ascomicetos variam na complexidade, desde leveduras unicelulares até mofosmulticelulares e fungos em forma de taça. Eles incluem a maioria dos boloresesverdeados, rosas e marrons que estragam os alimentos e as trufas comestíveis. Osascomicetos desempenham um papel ecológico importante na degradação de moléculasanimais e vegetais resistentes como a celulose, lignina e o colágeno.

Na maioria dos ascomicetos, a reprodução assexuada envolve a produção de

esporos, chamados conídios. Estes esporos desprendem-se das extremidades de certashifas conhecidas como conidióforos (que contêm os esporos). Algumas vezes chamados

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de "esporos de verão", os conídios são um meio de rápida propagação do novo micélio.Eles variam na forma, tamanho e cor, nas diferentes espécies; a cor do conídio é que dáa característica preta, azul, verde, rosa ou outra, a muitos destes bolores.

A reprodução sexual ocorre após duas hifas crescerem juntas e unirem seuscitoplasmas. Dentro desta estrutura fundida, os dois núcleos ficam juntos, porém não sefundem. Novas hifas desenvolvem-se a partir desta estrutura; as células destas hifas sãodicarióticas (2 núcleos). Estas hifas formam o corpo de frutificação conhecido comoascocarpo, onde o asco se desenvolve. Dentro de cada célula que irá se desenvolvernum asco, os dois núcleos fundem-se e formam um núcleo diplóide, o zigoto. Cadazigoto sofre meiose e origina 4 núcleos haplóides. Cada um destes passa por umamitose, resultando na formação de 8 núcleos. Estes, quando separados, formam osascósporos. Assim, dentro de um asco, há 4 ascósporos, que são liberados quando estese rompe. A figura 22 mostra o ciclo de vida do ascomiceto  Neurospora sp.

Figura 22: Ciclo de vida de Neurospora sp. O elemento feminino é representado pelo  protoperitécio. Oselementos masculinos são os conídeos, que podem fornecer núcleo para um protoperitécio. Isto resulta na

formação de ascos que produzem ascósporos haplóides gerados por fusão sexual do núcleo de duasdiferentes cepas. A  Neurospora pode também reproduzir-se assexuadamente através de conídios (fonte:Pelczar et al..,1996).

3.3.2.1 Leveduras

As leveduras, que são unicelulares, formam um dos grupos mais importantes einteressantes dos ascomicetos microscópicos. Estão reunidas em torno de 40 gêneros,com aproximadamente 350 espécies.

As leveduras possuem a capacidade de fermentar carboidratos, quebrando aglicose para produzir etanol e dióxido de carbono. Este processo é de fundamental

importância na produção de pão, cerveja e vinho. Através dos anos, muitas linhagens

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diferentes de leveduras têm sido selecionadas para este processo. A levedura de maiorimportância econômica é espécie Saccharomyces cerevisiae.

Outras leveduras são importantes patógenos e causam doenças tais como o"sapinho" e a criptococose, infecção que pode atacar os pulmões, entre outras partes doorganismo humano.

3.3.3 Basidiomycetes

Esta divisão tem mais de 25.000 espécies e inclui os fungos mais familiares,como os cogumelos, as orelhas-de-pau, além de importantes parasitas de plantas, comoos fungos do carvão e da ferrugem.

Os basidiomicetos formam seus esporos sexuais dentro de estruturas chamadasbasídios. Na extremidade de cada um destes são formados 4 basidiósporos. Quandosão liberados e encontram ambiente apropriado, desenvolvem-se num novo micélio. Ocorpo vegetativo de um basidiomiceto, tal como o do cogumelo comestível  Agaricus

campestris, consiste em uma massa de hifas brancas, tipo fios, ramificadas, que ficageralmente abaixo da terra. Massas compactas de hifas, chamadas botões, desenvolvem-se ao longo do micélio. Os botões desenvolvem-se numa estrutura que popularmentechamamos de cogumelo, que consiste de uma haste (estipe) e um "chapéu", e que naverdade é o basidiocarpo (figura 23).

Os basídios estão localizados em lamelas que existem na superfície inferior doschapéus. Cada fungo individual produz milhões de basidiósporos, e cada um podeformar, potencialmente, um novo micélio primário. As hifas deste micélio têm célulasmonocarióticas. Quando duas hifas de tipos diferentes se juntam, elas se fundem, porémseus núcleos não. Assim é formado o micélio secundário, com hifas dicarióticas. Estashifas podem crescer e formar massas compactas, que são os basidiocarpos oucogumelos. Nas nervuras destes, os núcleos se fundem, formando zigotos diplóides.Estes sofrem meiose e originam 4 núcleos haplóides, que se localizam na superfície dobasídio, como dedos, e vão formar os basidiósporos (figura 24).

Figura 23: O cogumelo é um corpo de frutificação, ou basidiocarpo, que é uma massa de hifas compactas(fonte: Davis et al.., 1990).

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Figura 24: Ciclo de vida de um cogumelo, um basidiomiceto típico. Um basidiocarpo desenvolve-se apartir do micélio, uma massa de "fios" entrelaçados, que fica abaixo da terra. Na superfície inferior do"chapéu" estão as lamelas, onde se desenvolvem-se os basídios, que irão produzir os basidiósporos.Quando os esporos alcançam um ambiente propício, podem se desenvolver e originar um novo micélio(fonte: Davis et al.., 1990).

3.3.4 Deuteromycetes

Em torno de 25.000 fungos são classificados como deuteromicetos, que tambémsão conhecidos como "fungos imperfeitos". Assim são chamados porque não observa-seo estágio sexuado em seu ciclo de vida. A maioria dos deuteromicetos reproduzem-sesomente por esporos assexuais ou conídios (figura 25). Neste aspecto, lembram osestágios assexuais de ascomicetos e basidiomicetos, que também produzem esporosassexuais. Desta forma, acredita-se que alguns deuteromicetos possam ser ascomicetosou basidiomicetos que perderam a capacidade de formar ascos ou basídios.

Entre os gêneros economicamente importantes desta divisão estão o Penicilliume o  Aspergillus. Algumas espécies de Penicillium produzem o conhecido antibióticopenicilina, enquanto outras espécies dão sabor e aroma a queijos com Roquefort eCamembert. Espécies de Aspergillus são usadas para fermentar pastas e molhos de soja,além de produzir ácido cítrico comercialmente.

Outros fungos imperfeitos são causadores de certas doenças, como Candida

albicans, que causa a candidíase, uma doença da mucosa da boca, vagina e tratoalimentar.

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Figura 25: Fotomicrografiaeletrônica de varredura deconidióforos de Penicillium. Oarranjo dos conídios (esporosassexuais) nos conidióforos varia deespécie para espécie e é usado naidentificação dos fungos (fonte:Solomon & Berg, 1995).

3.4 Fungos e suas associações com outros organismos 

Os fungos podem se associar a organismos de diversas formas. Em algumasdestas associações os parceiros são mutuamente dependentes e não podem viverisoladamente. Em outras, os indivíduos podem sobreviver por si mesmos.

3.4.1 Liquens

É uma relação simbiótica entre uma alga (ou uma cianobactéria) e um fungo. Ofungo geralmente é um ascomiceto. As algas ou cianobactérias encontradas nos liquenstambém são encontradas livremente na natureza, enquanto que o parceiro fúngico temsido encontrado somente como parte do líquen. As algas fabricam alimentos pelafotossíntese, usando a água e os minerais obtidos pelos fungos, enquanto estesdependem das algas quanto ao fornecimento de carbono orgânico. Liquens normalmentese reproduzem por simples fragmentação, ou pela produção de propágulos pulvurulentosespeciais denominados sorédios, ou por pequenas projeções do talo conhecidas comoisídios. Fragmentos, sorédios e isídios contêm tanto hifas do fungo como algas ou

cianobactérias; eles atuam como unidades de dispersão que têm a função de estabelecero liquen em novas localidades. A figura 26 mostra um esquema de uma secçãotransversal de um liquen.

Existem mais ou menos 20.000 espécies de liquens. Eles toleram ambientesextremos de temperatura e umidade e crescem em quase todos os lugares exceto emambientes muito poluídos, como cidades industriais, por exemplo. Por isso muitasespécies são utilizadas como bioindicadoras de poluição. Os liquens podem crescersobre troncos de árvore, picos de montanhas e rochas lisas. As cores dos liquens variamdo branco ao negro, passando por tonalidades de vermelho, laranja, marrom, amarelo everde. Esses organismos contêm muitos compostos químicos incomuns. Muitos liquens

são utilizados como fontes de corantes e também como medicamentos, bases fixadorasde perfumes ou fontes de alimento de menor importância.

conídios

conidióforos

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Figura 26: Uma secção transversal do liquen   Lobaria verrucosa. Os liquens mais complexos consistemapenas em uma crosta de hifas entrelaçadas envolvendo colônias de algas. Contudo, nos liquens mais complexos, ashifas e as células de algas estão organizadas em um talo com crescimento e forma definidos e uma estrutura internacaracterística. O liquen mostrado tem 4 camadas distintas: (1) o córtex superior, uma camada protetora constituída dehifas de paredes muito espessadas; (2) a camada de algas, constituída por células de algas e hifas, estas de paredesfinas frouxamente entrelaçadas; (3) a medula, que é uma camada espessa de hifas frouxas e de paredes menosespessas. Esta camada, que constitui cerca de dois terços da espessura do talo, parece servir como área dearmazenagem, com as células do fungo aumentadas; e (4) o córtex inferior, que é mais fino que o superior e cobertopor finas projeções (rizinas) que prendem o liquen ao substrato (fonte: Raven et al., 1996).

3.4.2 Micorrizas

A micorriza é uma associação benéfica entre um fungo e uma raiz de planta.Este termo é derivado do grego, significando "raiz fúngica". Estas associações sãousualmente benéficas para a planta hospedeira, assim como para o simbionte e, algumasvezes, o hospedeiro não pode prosperar sem os benefícios oriundos do fungo, como o

caso de certas orquídeas, que são incapazes de germinar e se desenvolver a menos quesejam infectadas por fungos. As micorrizas melhoram a absorção mineral pelas plantasverdes que possuem, geralmente, um sistema de proteção, para impedir que o fungocause dano às radicelas. As micorrizas ajudam na transferência direta do fósforo, zinco,cobre e outros nutrientes do solo para as raízes. Por outro lado, a planta fornece carbonoorgânico ao fungo simbionte. Os parceiros fúngicos são geralmente os zigomicetos e osbasidiomicetos.

3.4.3 Trufas

As trufas são corpos frutificantes subterrâneos de certos Ascomycetes que

crescem em associação com algumas árvores, entre as quais o carvalho e a faia, que sãoos parceiros mais comuns. O fungo proporciona certos nutrientes à arvore, a qual, porsua vez, fornece substâncias essenciais para o crescimento do fungo. As trufasconsistem em uma massa de ascósporos e micélios, coberta com uma casca espessa eprotuberante do micélio. Possuem odor, gosto e textura agradáveis, o que as tornaapreciáveis pelos gourmets.

3.5 Fungos economicamente importantes 

A capacidade das leveduras de produzirem etanol e dióxido de carbono a partirda glicose é de grande importância econômica. O vinho é produzido a partir da

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fermentação do açúcar de frutas. A cerveja, a partir da fermentação da cevada. O pãocresce através das bolhas de CO2 formadas a partir da fermentação.

Entre os basidiomicetos existem cerca de 200 tipos de cogumelos comestíveis ecerca de 70 espécies de cogumelos venenosos. Os cogumelos comestíveis e venenosospodem ser muito parecidos e até mesmo pertencerem ao mesmo gênero. Não há ummodo fácil para distinguí-los; somente um especialista o deve fazer.

Alguns dos cogumelos venenosos pertencem ao gênero  Amanita. As espéciesmais conhecidas são A. virosa ("anjo destruidor") e A. phalloides ("anjo da morte"). Aingestão de um único cogumelo pode matar um homem de 68 kg.

A ingestão de certas espécies de cogumelos pode causar intoxicação ealucinação. Os cogumelos sagrados dos Astecas, Conocybe e Psilocybe , são aindausados em cerimônias religiosas por índios da América Central e outros, por suaspropriedades alucinógenas. A substância química psilocibina, quimicamente relacionadaao ácido lisérgico (LSD), é responsável pelo estado de transe e visões coloridas

experimentadas por aqueles que comem estes cogumelos.

3.5.1 Fungos Patogênicos

Os fungos são responsáveis por várias doenças sérias de plantas, incluindodoenças epidêmicas que se espalham rapidamente por plantações, causando grandesprejuízos econômicos. Todas as plantas são aparentemente suscetíveis a infecçõesfúngicas. Uma planta pode tornar-se infectada após as hifas entrarem pelos estômatos dafolha ou do caule ou através de feridas na planta. A tabela 7 mostra alguns efeitospatológicos das micoses de plantas.

Alguns fungos podem causar doenças em humanos e outros animais. Podemcausar infecções superficiais que atingem somente a pele, cabelos ou unhas. Outroscausam infecções sistêmicas, nas quais o fungo infecta tecidos profundos e órgãosinternos.

Sapinho e pé-de-atleta são exemplos de infecções fúngicas superficiais.Candidíase é uma infecção de membranas mucosas da boca e vagina e está entre asinfecções fúngicas mais comuns. Histoplasmose é uma séria infecção fúngica sistêmicaque é causada por um fungo que esporula abundantemente em solo que contém fezes deaves; uma pessoa que inala os esporos podem desenvolver a infecção. A tabela 8relaciona os dermatófitos mais comuns.

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Tabela 7: Alguns efeitos patológicos das micoses de plantas (fonte: Pelczar, 1980).

NECROSE:

Podridão da raizDesintegração ou decomposição de parte ou de todo osistema e raízes de uma planta

Podridão basal do caule Desintegração da parte interior do cauleApodrecimento (damping-off )

Rápido colapso e morte de mudas muito jovens no leitode sementeira ou no campo

CancroFerida localizada ou lesão necrótica, muitas vezesescavada na superfície do caule de uma planta lenhosa

AntracnoseLesão semelhante a uma úlcera, necrótica e escavada nocaule, na folha ou na flor

Manchas da folhaLesões localizadas nas folhas do hospedeiro, formadaspor células mortas

Escara

Lesões localizadas nos frutos do hospedeiro, nas folhas,

nos tubérculos, etc., usualmente com leve elevação ouescavação, com aspecto de uma escara

MangraColoração marrom, geral e extremamente rápida dasfolhas, dos ramos, dos brotos e dos órgãos florais,resultando em sua morte

Podridão mole e podridão secaMaceração e desintegração de frutos, raízes, bulbos,tubérculos e folhas carnosas

HIPERTROFIA:

Raiz em clava Raízes intumescidas, com aspecto de fusos ou clavas

GalhasPorções aumentadas de tamanho, geralmente

preenchidas com micélio fúngico

VerrugasProtuberâncias similares a verrugas nos tubérculos ecaules

Vassouras de bruxa Ramificação profusa dos brotos

Encrespamento das folhas Distorção, espessamento e encrespamento das folhas

OUTROS SINTOMAS:

MurchaUsualmente um sintoma secundário generalizado, noqual as folhas perdem seu turgor e caem por causa deum distúrbio no sistema vascular da raiz ou do caule

Ferrugem Muitas lesões pequenas, sobre as folhas ou o caule, comtípica coloração ferruginosa

MíldioÁreas cloróticas ou necróticas das folhas, dos caules efrutos, usualmente recobertas de micélio e frutificaçõesfúngicas

Tabela 8: Os dermatófitos (fonte: Pelczar, 1980).

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GRUPO MICRORGANISMOS OCORRÊNCIA E DOENÇA

 Epidemophyton E. floccosum Causa infecções da pele e das unhas das mãos e dos pés

 Microsporum M. audouini

 M. canis

 M. gypseum

Causa tinha epidêmica do couro cabeludo em crianças

Causa comum de infecções da pele e dos pêlos em gatos, cãese outros animais; causa a tinea capitis em crianças

Ocorre como saprófita no solo e como parasita em animais;ocasionalmente encontrado na tinha do couro cabeludo emcrianças

Trichophyton Subgrupo gypseum:

  T. mentagrophytes

T. rubrum

T. tonsurans

Subgrupo faviforme:

T. schoenleini

T. violaceum

T.ferrugineum

T. concentricum

T. verrucossum

Subgrupo rosaceum:

T. megnini

T. gallinae

Primariamente parasita dos cabelos

Causa tinhas em muitas partes do corpo; infecta os cabelos e ocouro cabeludo

Infecta os cabelos e o couro cabeludo

Estes cinco fungos causam tinhas na pele, no couro cabeludo ena pele glabra do homem; o Trichophyton verrucossum

também causa infecções no gado

Causa tinhas do couro cabeludo humano

Causa infecção em frangos

Miscelânea Piedraia hortai

Trichosporon beigelii

 Nocardia minutissima

 Malassezia furfur 

 Nocardia

 Aspergillus

Penicillium

 Mucor 

 Rhizopus

Causa uma infecção do cabelo e do couro cabeludo,caracterizada pela formação de nódulos duros e negros; piedranegra

Causa infecção similar à anterior, mas com nódulos brancos;piedra branca

Causa do eritrasma, uma infecção crônica das axilas e áreasgênito-crurais

Causa a ptiriase versicolor, uma infecção fúngica generalizadada pele que recobre o tronco e , às vezes, outras áreas docorpo

Causa da doença dos pêlos púbicos e axilares, chamadatrichomycosis axillaris

Estes quatro fungos, comumente saprófitas, podem ocasionarotomicoses e produzir, eventualmente, lesões em outras áreasdo organismo

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4 VÍRUS

4.1 Introdução 

Os vírus constituem um grupo grande e heterogêneo de agentes infecciosos,semelhantes pelo fato de serem parasitas intracelulares obrigatórios para as células deseus hospedeiros específicos. São tão pequenos que passam através dos filtros cujosporos não permitem a passagem das bactérias. O maior vírus tem menos do que a quartaparte das dimensões de uma salmonela e milhares dos de menor tamanho poderiam sercolocados dentro da parede celular vazia de um estafilococo. Os vírus causam doençasou infecções em insetos, peixes, microrganismos, plantas, homens e outros animais.Muitas vezes não produzem prejuízos particulares aos seus hospedeiros, emborademonstrem efeitos visíveis; por exemplo, os vírus que infectam as tulipas causam suascores variegadas, pois as tulipas "sadias" são solidamente monocoradas.

Os vírus são "pedaços" de DNA ou RNA protegidos por uma capa proteica; elesnão têm capacidade de movimentação nem de metabolismo autônomo. Reproduzem-sepor replicação numa célula hospedeira (anima, vegetal ou de um microrganismo),podendo sofrer mutações.

4.2 Histórico 

Algumas viroses foram clinicamente conhecidas durante séculos. Na verdade, a

primeira doença infecciosa para a qual se desenvolveu um método prático e efetivo deprevenção foi uma enfermidade causada por vírus. Em 1796, Edward Jenner, um médicoinglês, vacinou, pela primeira vez, um menino de 8 anos de idade, com materialremovido de uma lesão de varíola bovina da mão de um leiteiro. A prova de que ainoculação havia conferido proteção contra a varíola foi obtida seis semanas mais tarde,quando o rapaz foi inoculado com pus de um varioloso e não desenvolveu a doença.

Jenner observou que as pessoas inoculadas intradermicamente com vírusisolados de lesões da varíola bovina desenvolviam, como reação positiva, uma pequenacrosta no local da aplicação, a qual caía após cerca de duas semanas, deixando apenasuma pequena escara. Como o material usado era de origem bovina (latim = vaca), o

termo empregado passou a ser vacinação, para referir-se a este método. Jenner aprendeua realizar este processo, desconhecendo a natureza dos anticorpos e dos vírus.

As primeiras observações indiretas dos vírus foram feitas quase no final doséculo 19. Na época, vários grupos de cientistas europeus, trabalhandoindependentemente, concluíram que os agentes infecciosos associados com uma doençade planta conhecida como mosaico do tabaco e aqueles associados com a doença docasco e boca de gado não eram bactérias. Eles chegaram a esta conclusão pois asunidades infecciosas não eram retidas nos filtros de porcelana, usados para removerbactérias de vários meios.

Baseados nestas observações e nas propriedades do material filtrado, MartinusBeijerinck na Holanda, e na mesma época, Friedrich Loeffler e Hans Frosch naAlemanha, concluíram que os vírus não só eram muito menores que qualquer bactéria

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como também eram diferentes na estrutura. Os vírus podiam reproduzir-se somente emcélulas vivas de seus hospedeiro e portanto, faltaria algo crítico na sua maquinaria.

O próximo e mais importante avanço feito a este respeito ocorreu em 1933.Wendell Stanley do Instituto Rockefeller, preparou um extrato do vírus do mosaico dotabaco e purificou-o, descobrindo que o vírus precipitou na forma de cristais.

Alguns anos depois, alguns cientistas demonstraram que o vírus do mosaico dotabaco era constituído de RNA, protegido por uma capa de proteína. Muitos vírus deplantas têm constituição similar, mas a maioria dos outros vírus tem DNA, ao invés deRNA.

4.3 Estrutura dos Vírus 

Os menores vírus têm somente 17 nm de diâmetro e os maiores chegam a 1000nm (1 micrômetro). Mesmo os maiores têm uma pobre visibilidade ao microscópioóptico. A maioria dos vírus só pode ser detectada usando microscopia eletrônica de altaresolução.

Cada partícula viral (ou vírion) pode ter as seguintes estruturas:

Capsídio e Envelope: o capsídio é uma capa protéica que circunda o ácidonucleico, e é composto de subunidades de proteína, os capsômeros, que sãoresponsáveis pela especificidade viral. Todos os vírions possuem uma simetria deestrutura (figura 27), podendo ou não apresentar um envoltório (envelope) contendolipídeos ou lipoproteínas. Assim, os vírions com envelope são sensíveis aos solventes delipídeos, tais como o éter, o clorofórmio e agentes emulsificantes (sais biliares e

detergentes).Ácidos Nucleicos: Os vírus podem ter DNA ou RNA, mas nunca são

encontrados os dois juntos no mesmo vírion. A estrutura dos ácidos nucleicos nosvírions pode ser linear ou circular.

Quanto à forma, os vírions podem ser (figura 28):

Icosaédricos: poliedro regular com 20 faces triangulares e 12 ângulos; estaforma é determinada pelo capsídio. O poliovírus e os adenovírus são alguns exemplos.

Helicoidais: lembrando longos bastonetes, seus capsídios são cilindros ocos,com estrutura helicoidal . O vírus do mosaico do tabaco é um exemplo.

Vírus envelopados: o nucleocapsídio interno desse vírus, que pode sericosaédrico ou helicoidal, é circundado por uma membrana envoltória. Tais vírions sãopleomórficos (têm formas variadas), já que os envoltórios não são rígidos. O vírus doherpes é um vírion icosaédrico envelopado.

Vírus complexos: alguns vírions têm uma estrutura muito complicada; o vírusda vacínia (grupo poxvirus), por exemplo, não possui capsídio claramente identificado,mas apresenta várias camadas em torno do ácido nucleico.

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Figura 27: Estrutura geral de um vírion. Desenhosmostram todos os principais componentes que podemfazer parte de um vírion. Um vírion tem um cerne deácido nucléico envolvido por um capsídeo protéico;esta combinação é denominada nucleocapsídeo. Umvírion pode ter um envelope membranoso(lipoproteína) envolvendo o nucleocapsídeo. Oenvelope pode ter projeções na sua superfíciedenominadas espículas (fonte: Pelczar et al.., 1996).

Figura 28: Morfologia de alguns vírus bem conhecidos. Simetria icosaédrica: [A] pólio, verruga, adeno,rota; [B] herpes. Simetria helicoidal: [C] mosaico do tabaco; [D] influenza; [E] sarampo, caxumba,parainfluenza; [F] raiva. Simetria incerta ou complexa: [G] poxvírus; [H] fagos T-pares (fonte: Pelczar etal., 1996).

4.4 Classificação dos vírus animais e de plantas 

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Os vírus têm sido agrupados ou classificados de várias maneiras. Um dosprimeiros sistemas, que ainda tem uso limitado, estabelecia subgrupos de acordo com aespécie do hospedeiro normalmente infectado pelo vírus (animais, vegetais oumicrorganismos). Outro método de classificação dos vírus se baseava-se na afinidadetissular dessas partículas infectantes, por exemplo, os vírus que se fixam às células

nervosas eram denominados vírus neurotrópicos. À medida que se foi desenvolvendo aanálise das características físicas, químicas e biológicas dos vírus, acumulou-se umainformação sobre a qual era possível construir uma classificação de acordo com essesconhecimentos. A tabela 9 resume tais propriedades.

A tabela 10 mostra a classificação dos vírus que infectam os animais, agrupadosde acordo com a simetria e a ordem decrescente de tamanho.

Tabela 9: Propriedades utilizadas para a classificação dos vírus (fonte: Pelczar et al ., 1996).

CARACTERÍSTICAS PRIMÁRIAS CARACTERÍSTICAS SECUNDÁRIAS

Natureza química do ácido nucleíco:

RNA ou DNA; fita dupla ou única;genoma único ou segmentado; cadeia (+) ou (-);peso molecular

Hospedeiro:

Espécie de hospedeiro; tecido específicodo hospedeiro ou tipos de células

Estrutura do vírion:

Helicoidal, icosaédrico ou complexo; nuou envelopado; complexidade; número decapsômetros para vírion icosaédrico; diâmetro donucleocapsídeo para vírions helicoidais

Modo de transmissão:

Por exemplo, fezes

Local de replicação:Núcleo ou citoplasma

Estruturas específicas de superfície:Por exemplo, propriedades antigênicas

Tabela 10: Classificação dos vírus que infectam o homem e outros animais (fonte: Pelczar et al., 1996).

Simetria docapsídeo

Envelope(genoma)

Diâme-tro dovírion(nm)

Família Gênero típicoou subfamílias

Vírus típicos Local de montagem(local de envelopa-

mento)

Icosaédrico

Icosaédrico

Icosaédrico

Não (DNAfd1

)

Não (RNAfd)

Não (DNAfd)

70 – 90

65 – 75

45 – 55

Adenoviridae

Reoviridae

Papovaviridae

 Mastadenovi-rus

 Reovirus

 Rotavirus

Polyomavirus

Papillomavirus

Adenovírushumano 2

Reovírus

Rotavírus

SV 40

Vírus da

verruga

Núcleo

Citoplasma

Núcleo

Cont.da tabela 10

Icosaédrico

Icosaédrico

Não (RNAfu2)

Não (RNAfu)

30 – 37

24 – 30

Caliciviridae

Picornaviridae

Calicivirus

 Enterovirus

Calicivírus

Poliomielite

Citoplasma

Citoplasma

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Icosaédrico Não (DNAfu) 18 – 26 Parvoviridae

 Rhinovirus

Parvovirus

Coxsackieví-rus

Resfriadocomum

Vírus do rato

de Kilham

Núcleo

Icosaédrico

Icosaédrico

Icosaédrico

Icosaédrico

Sim (DNAfd)

Sim (RNAfu)

Sim (RNAfu)

Sim (DNAfd)

120–200

80 – 140

40 – 70

42

Herpesviridae

Retroviridae

Togaviridae

Hepadnaviridae

Alphaherpesvi-

rinae

Oncovirinae

 Rubivirus

Herpes

simples

Tumor RNA

Rubéola

Hepatite B

Núcleo (membrananuclear e/ou cito-plasma)

Citoplasma (mem-brana citoplasmáticae/ou citoplasma)

Citoplasma (mem-brana citoplasmáticae/ou citoplasma

Núcleo (citoplasma)Helicoidal

Helicoidal

Helicoidal

Helicoidal

Helicoidal

Sim (RNAfu)

Sim (RNAfu)

Sim (RNAfu)

Sim (RNAfu)

Sim (RNAfu)

130–300

x50-100

100–150

80 – 120

75 – 160

90 – 120

Rhabdoviridae

Paramyxoviri-

dae

Orthomyxoviri

dae

Coronaviridae

Bunyaviridae

Vesiculovirus

 Lyssavirus

Paramyxovirus

 Influenzavirus

Coronavirus

 Bunyavirus

Estomatite

vesicular

Raiva

Caxumba

Influenza

(Gripe)

Coronavirus

Bunyamwera

Citoplasma (mem-brana citoplasmáticae/ou citoplasma)

Citoplasma (mem-brana citoplasmáti-ca)

Citoplasma (mem-brana citoplasmáti-ca)

Citoplasma(citoplasma)

Citoplasma(citoplasma)

Complexoou incerto

Complexoou incerto

Sim (DNAfd)

Sim (RNAfu)

200–350

x115-260

50 – 300

Poxviridae

Arenaviridae

Orthopoxvirus

 Arenavirus

Varíola

Lassa

Citoplasma(citoplasma)

Citoplasma (mem-brama citoplasmáti-ca e/ou citoplasma)

1 fd = fita dupla 2 fu = fita única

4.5 Replicação do Vírus 

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Antes que qualquer vírus possa infectar uma célula animal, ele primeiro develigar-se a um receptor específico na membrana celular, provavelmente umaglicoproteína. Como já foi dito, muitos vírus podem ter um envelope rico em lipídeoenvolvendo o capsídio. Do envelope de muitos vírus projetam-se "pontas" que podemconter glicoproteínas e lipídeos. As propriedades das moléculas que constituem o

envelope estão relacionadas com a adesão do vírus à vários substratos. Se o envelopenão está presente, as propriedades do capsídio determinam as características adesivas dovírus.

A multiplicação dos vírus se faz por replicação, no qual as porções protéica enucleica aumentam no interior das células hospedeiras sensíveis. Este processo pode serdividido em etapas, que são comuns a todas as infecções virais:

1. Adsorção: envolve a participação de receptores específicos na superfície dacélula hospedeira e das macromoléculas do vírion.

2. Penetração e desnudamento: os vírus com envelope unem-se às célulashospedeiras, levando à fusão do envoltório lipoproteico dos vírus com a membranacitoplasmática da célula, que resulta na liberação do material nucleocapsídico nocitoplasma celular. Os vírus nús (sem envelope) parecem penetrar pelo mecanismo defagocitose.

3. Replicação bioquímica: a replicação ativa do ácido nucleico e a síntese deproteínas virais começam após a dissociação do capsídio e do genoma. Além do ATP

celular, os vírus requerem o uso dos ribossomas da célula, do RNA de transferência, deenzimas e de certos processos biossintéticos para sua replicação.

4. Acoplamento ou maturação: os vírus são capazes de dirigir a síntese doscomponentes essenciais para sua progênie e de acoplar estes materiais sob a forma devírions maduros, no núcleo e/ou no citoplasma da célula infectada.

5. Liberação: este processo varia com o agente viral. Em alguns casos, a lisecelular resulta na liberação concomitante das partículas virais. Em outros, a maturação ea liberação são relativamente lentas e os vírions são liberados sem a destruição da célulahospedeira.

Como exemplo do processo replicativo dos vírus em células eucarióticas, afigura 29 mostra o que ocorre com o vírus do herpes simples.

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Figura 29: Replicação do vírus herpes simples. Glicoproteínas específicas presentes no envelope viralsão essenciais para a adsorção nos receptores presentes na membrana citoplasmática da célulashospedeiras. O envelope viral e a membrana celular fundem-se e o nucleocapsídeo do vírion é liberado nocitoplasma. O vírion é desnudado e o DNA liberado é transportado para o núcleo. A transcrição precoce e

o processamento do mRNA são aparentemente catalisados pelas enzimas da célula hospedeira. Asenzimas resultantes (proteínas precoces) são utilizadas na replicação do DNA viral. Os RNAs transcritosno núcleo e sintetizados após a replicação do DNA são responsáveis pela síntese de proteínas estruturaisque vão formar o capsídeo e o envelope assim como as glicoproteínas da membrana nuclear. As proteínasestruturais entram no núcleo para participar da montagem dos vírions. Os nucleocapsídeos adquirem oenvelope durante o processo de brotamento através da membrana nuclear. O vírus é liberado da célula pormecanismos não conhecidos (fonte: Pelczar et al., 1996).

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4.6 Bacteriófagos 

Bacteriófagos são vírus que infectam bactérias e foram descobertosindependentemente por Frederick W. Twort, na Inglaterra, em 1915, e por Felix

d’Herelle, no Instituto Pasteur, em Paris, em 1917. Os pesquisadores observaram quecolônias bacterianas algumas vezes dissolviam-se e desapareciam devido a uma lise queocorria nas células; este efeito lítico podia ser transmitido de colônia a colônia. Esteagente lítico seria um agente infeccioso filtrável, que parasitava as bactérias e foidenominado de bacteriófago.

Os bacteriófagos têm o cerne de ácido nucléico envolvido por um capsídeo denatureza proteica, como os outros vírus. Existem 3 formas básicas de bacteriófagos:cabeça icosaédrica sem cauda, cabeça icosaédrica com cauda (figura 30) e filamentosa.

Com relação ao ciclo de vida, os bacteriófagos podem ser líticos (ou virulentos)e temperados (ou avirulentos).

No ciclo lítico, os fagos líticos destroem as células hospedeiras bacterianas. Noprocesso infeccioso lítico, após a replicação do vírion, a célula hospedeira rompe-se,liberando nova progênie de fagos para infectar outras células hospedeiras.

Os fagos temperados não destroem suas células hospedeiras. Em vez disso, oácido nucléico viral é integrado ao genoma da célula hospedeira e replica-se na célulabacteriana hospedeira de uma geração a outra, sem que haja lise celular. Este processo édenominado lisogenia e é realizado somente pelos fagos que possuem DNA de fitadupla.

O processo de adesão de um bacteriófago a uma célula bacteriana é o mesmo nos

2 tipos de ciclos e é mostrado na figura 31.

Figura 30: Estrutura de um bacteriófago com cabeça icosaédrica e cauda (fonte: Pelczar et al., 1996).

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Figura 31: Adsorção de um bacteriófago T4 à parede celular da batéria Escherichia coli e injeção do DNA. (a) fago

livre. (b) adsorção à parede celular através das fibras da cauda. (c) fixação pela extremidade da cauda. (d) contraçãoda bainha da cauda e injeção do DNA (fonte: Brock et al., 1994).

4.7 Isolamento e identificação do vírus 

O isolamento e a identificação dos vírus, a partir de espécimes clínicos ou demateriais de pesquisa, podem ser desenvolvidos por meio de numerosos métodos, não

havendo contudo, uma técnica única que seja satisfatória para o estudo de todos osvírus. A primeira fase de identificação laboratorial de um vírus é a coleta e manutençãoadequadas dos espécimes, até que se possam inocular animais sensíveis, culturas detecidos, ovos embrionados ou outro tipo adequado de meio. Esta fase inclui aeliminação de bactérias dos produtos em exame, através da filtração, da centrifugaçãodiferencial ou do uso de drogas antimicrobianas. Havendo a presença de vírus, podemser produzidos e pesquisados anticorpos específicos.

4.8 Agentes infecciosos semelhantes a vírus 

Os viróides e os prions são considerados como formas mais simples de vida, emrelação aos vírus.

Os viróides, os menores agentes infecciosos conhecidos, são constituídos deRNA circular de fita única ou de RNA linear de fita dupla, não possuindo qualquer tipode capa protéica. Até hoje, os viróides só foram encontrados em infecções de plantas,dentre elas a doença do afilamento do tubérculo da batata e da fruta pálida do pepino. Osviróides replicam-se em células de espécies de plantas susceptíveis, mas não são capazesde codificar suas próprias proteínas, mostrando serem dependentes da atividade

metabólica do hospedeiro para replicação.

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Um outro agente causador de doenças é o prion ou partícula protéica infecciosa,  já que a proteína parece ser seu único componente, não possuindo nenhum ácidonucléico detectável. Possui propriedades incomuns, como a alta resistência à radiaçãoultra-violeta e ao calor, ao contrário dos vírus convencionais; no entanto, são inativadospelo hipoclorito e autoclave. Assim como os vírus, reproduz-se dentro das células. É

possível que as proteínas dos prions sejam codificadas por um gene encontrado no DNAde um hospedeiro normal. Existem várias doenças clássicas causadas por prions, todasdoenças neurológicas, e ditas “lentas”, pois possuem um longo período de latência, umestabelecimento gradual e uma evolução progressiva e invariavelmente fatal. Dasdoenças que afetam o homem, destacam-se o kuru (que acontece somente em tribos daNova Guiné) e a doença de Creutzfeldt-Jacob (encontrada mundialmente), cujoscérebros de pacientes infectados apresentam a aparência espongiforme; esta últimadoença é rara, caracterizada por demência pré-senil, não é altamente transmissível e,dentre a maioria dos casos, 10% são hereditários. Tem sido sugerido por algunspesquisadores que a doença de Alzheimer pode ser causada por prion. No animais, os

tipos de doença de evolução lenta observados são o scrapie e a visna, doenças deovinos, e a encefalopatia espongiforme bovina, também conhecida como “doença davaca louca”. Nesta última o gado é infectado pela ingestão de ração preparada comórgãos de ovinos, por exemplo o cérebro, infectados com o prion do scrapie; é endêmicana Grã-Bretanha e diversos casos da doença de Creutzfeldt-Jacob foram atribuídos àingestão de carne bovina.

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5 CONTROLE DOS MICRORGANISMOS

5.1 Fundamentos 

A condição sanitária de uma dada população humana é determinada, em largaescala, por sua capacidade de controlar eficazmente as populações microbianas. Osprocessos podem ser muito específicos, como o fornecimento de medicação eficaz naeliminação dos microrganismos infectantes, ou podem ser mais gerais, como as práticassanitárias utilizadas no lar e nos hospitais. Cuidados diários, tais como a purificação daágua, a pasteurização do leite e a preservação dos alimentos concorrem para o controledas populações microbianas. Não somente torna-se o produto de consumo seguro sob oponto de vista de saúde pública, como também o processo traz muitos benefícios para obem-estar da comunidade.

As principais razões para desenvolver o controle de microrganismos podem, em

resumo, ser: 1) prevenir a transmissão de doenças e infecções; 2) prevenir acontaminação ou crescimento de microrganismos nocivos e 3) prevenir a deterioração edano de materiais por microrganismos.

Os microrganismos podem ser removidos, inibidos ou mortos por agentes físicosou químicos. Uma grande variedade de técnicas e de agentes pode ser utilizada, agindode modos diferentes e tendo seu próprio limite de aplicação prática.

Os termos a seguir são usados para descrever os processos físicos e os agentesquímicos destinados ao controle dos microrganismos:

Esterilização: processo de destruição ou remoção de todas as formas de vidamicroscópica de um objeto ou espécime. Um objeto estéril, no sentido microbiológico,está completamente livre de microrganismos vivos. Este termo refere-se à ausência totalou à destruição de todos os microrganismos.

Desinfetante: é um agente, normalmente químico, que mata as formasvegetativas, mas não necessariamente, as formas esporuladas, de microrganismospatogênicos. O termo normalmente refere-se às substâncias utilizadas em objetosinanimados.

Anti-séptico: é uma substância que previne o crescimento ou ação demicrorganismos, pela destruição dos mesmos ou pela inibição de seu crescimento ouatividade. Usualmente está associado com substâncias aplicadas ao corpo do homem.

Bactericida: é um agente que mata as bactérias. De modo similar, os termosfungicida, viricida e esporocida se referem aos agentes que matam os fungos, vírus eesporos, respectivamente. As formas esporulada não são necessariamente eliminadas porestes agentes.

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5.2 Condições que influenciam a ação antimicrobiana 

Na aplicação de qualquer agente físico ou químico destinado a inibir ou destruirpopulações microbianas, devem ser considerados fatores como:

Temperatura: o aumento da temperatura, quando usado em combinação com

outro agente, como uma substância química, apressa a destruição dos microrganismos.Tipo de microrganismo: as espécies de microrganismos diferem em sua

susceptibilidade aos agentes físicos e químicos. Nas espécies esporuladas, as formasvegetativas são muito mais sensíveis que as formas esporuladas, sendo estasextremamente resistentes.

Estado fisiológico das células: células jovens, metabolicamente ativas, são maisfacilmente destruídas que as células velhas ou em latência, no caso de o agente nocivoagir através de uma interferência sobre o metabolismo (as células que não estãocrescendo não seriam afetadas).

Condições ambientais: as propriedades físicas e químicas do meio ou dassubstâncias que sustentam os microrganismos têm profunda influência sobre o ritmo,assim como sobre a eficácia da destruição microbiana. A eficiência do calor, porexemplo, é muito maior nos meios ácidos do que nos alcalinos. A consistência domaterial (aquosa ou viscosa) também influi na penetração do agente, e as altasconcentrações de carboidratos aumentam, em geral, a resistência térmica dosmicrorganismos. A presença da matéria orgânica estranha pode reduzir,significativamente, a eficácia de uma droga antimicrobiana, inativando-a ou protegendoo microrganismo.

5.3 Modo de ação dos agentes antimicrobianos 

A revisão de certas características da célula microbiana pode apontar ospossíveis locais de ação de um agente antimicrobiano. Eles podem agir causando lesõesna parede celular, alterações na permeabilidade celular, alterações das moléculas deproteínas e de ácidos nucleicos, inibição da ação enzimática, inibição da síntese deácidos nucleicos, entre outras coisas.

5.4 Controle pelos agentes físicos 

5.4.1 Aplicação das altas temperaturas

Os processos práticos, nos quais se emprega o calor, dividem-se em duascategorias: calor úmido e calor seco.

5.4.1.1 Calor úmido

a) Vapor d'água sob pressão: é o agente mais prático e seguro para fins deesterilização, proporcionando temperaturas mais elevadas que as obtidas por ebulição. Oaparelho que usa o vapor de água sob pressão regulada chama-se autoclave. Consiste emuma câmara de vapor com parede dupla, equipada com dispositivos que permitem oenchimento da câmara com vapor saturado e sua manutenção em determinadas

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temperatura e pressão por quaisquer períodos de tempo. Geralmente, embora nãosempre, ela é operada numa pressão de aproximadamente 15 libras por polegadaquadrada (1 atmosfera=121°C).

Esterilização fracionada, água em ebulição e pasteurização são outros processosde calor úmido, empregados no controle de microrganismos.

5.4.1.2 Calor seco

a) Esterilização pelo ar quente: é recomendada quando o contato direto oucompleto do vapor d'água sob pressão com o material a ser esterilizado é consideradocomo indesejável ou improvável, o que é verdadeiro para certos tipos de vidrarialaboratorial (placas de Petri, tubos de ensaio), óleos, pó e substâncias similares. Oaparelho utilizado neste tipo de esterilização pode ser um forno elétrico especial (ou agás) - estufa - ou mesmo um forno de cozinha, admitindo-se que, para a vidraria delaboratório, uma exposição de 2 horas à temperatura de 160°C seja suficiente para aesterilização.

b) Incineração: é usada para a eliminação de carcaças de animais de laboratórioinfectadas ou de outros materiais contaminados. A destruição de microrganismos pelocalor direto é, também, praticada rotineiramente quando a agulha de inoculação (ou alçade platina) é levada à chama de um bico de Bunsen.

5.4.2 Aplicação de baixas temperaturasAs temperaturas inferiores ao ponto ótimo para o crescimento diminuem o ritmo

metabólico e, sendo a temperatura suficientemente baixa, cessa o metabolismo e ocrescimento. As temperaturas baixas são úteis na manutenção de culturas, pois osmicrorganismos apresentam uma capacidade típica de sobrevivência em face do frio;culturas em ágar de algumas bactérias, leveduras e fungos, são usualmente armazenadasdurante longos períodos de tempo sob temperatura de refrigerador, ou seja, entre 4° e 7°C. Além disso, muitas bactérias e vírus podem ser mantidos em unidades de altarefrigeração, entre -20° e -70° C. O nitrogênio líquido, em temperaturas de -196° C, éempregado na preservação de culturas de muitos vírus e microrganismos, assim como as

fontes de células de mamíferos usadas em virologia. A partir de exposto acima, torna-seaparente que as temperaturas baixas, embora extremas, não podem se indicadas para adesinfecção ou esterilização. Os microrganismos mantidos em temperatura decongelamento ou mesmo inferiores podem ser considerados dormentes; não efetuamatividade metabólica aparente. Esta condição estática é a base da bem sucedidaaplicação do frio na preservação dos alimentos.

A tabela 11 resume os métodos que usam a temperatura no controle demicrorganismos.

Tabela 11: O uso da temperatura no controle de microrganismos (fonte: Pelczar et al., 1996).

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Método Temperatura Aplicações Limitações

Calor úmido

Autoclave

Água em ebulição

Pasteurização

121,6oC à pressão de 15

lb/pol2, 15 – 30 min

100oC, 10 min

62,8oC por 30 min, ou71,7oC por 15 s

Esterilização deinstrumentos, bandejas de

tratamento, tecidos,utensílios, meios e outros

líquidos

Destruição de célulasvegetativas em

instrumentos, recipientes

Destruição de célulasvegetativas de

microrganismospatogênicos e de muitos

outros microrganismos noleite, suco de frutas e em

outras bebidas

Ineficiente contramicorganismos presentes

em materiais impermeáveisao vapor; não pode ser

utilizado em materiaistermossensíveis

Endósporos não sãomortos; não pode ser

utilizado comoesterilizante

Não é esterilizante

Calor seco

Forno de ar quente

170 – 180oC por 1 – 2 h Esterilização de materiaisimpermeáveis ou

danificáveis pela umidade(óleos, vidrarias,

instrumentos cortantes,metais)

Destrói materiais que nãosuportam altas

temperaturas por muitotempo

Incineração Centenas de oC Esterilização de alças desemeadura, eliminação de

carcaças de animaisinfectados, eliminação deobjetos contaminados quenão podem ser reutilizados

O tamanho do incineradordeve ser adequado à

queima rápida e completada maior carga; apresenta

potencial de poluição do ar

Baixas temperaturas

Congelamento

Nitrogênio líquido

Menor que 0oC

-196oC

Preservação de alimentos eoutros materiais

Preservação dosmicrorganismos

Principalmentemicrobiostático em vez de

microbicida

Alto custo do nitrogêniolíquido

5.4.3 Radiações

As radiações ionizantes (raios X e raios gama) têm tido aplicação naesterilização de materiais biológicos. Este método é chamado de esterilização fria,porque estas radiações produzem relativamente pouco calor no material irradiado e,assim, é possível esterilizar substâncias termossensíveis, especialmente nas indústriasalimentícia e farmacêutica.

A luz ultravioleta é outro tipo de radiação empregada na esterilização demateriais. A porção ultravioleta do espectro inclui todas as radiações compreendidasentre 150 e 3.900 Å, mas a eficácia bactericida mais alta situa-se em comprimentos deonda ao redor de 2650 Å. Embora a energia radiante da luz solar seja parcialmente

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composta de luz ultravioleta, a maior parte dos comprimentos mais curtos é filtrada pelaatmosfera terrestre (ozônio, nuvens e fumaça). Consequentemente, a radiaçãoultravioleta, na superfície da Terra, é restrita à faixa de 2.870 a 3.900 Å, do que seconclui que a luz solar, em certas condições, tem capacidade microbicida, embora emgrau limitado. A luz ultravioleta é absorvida por muitas substâncias celulares, mas, de

modo mais significativo, pelos ácidos nucleicos, onde ocorre o maior dano. Existemmuitas lâmpadas que emitem alta concentração de luz UV na região mais efetiva, 2.600a 2.700 Å. Essas lâmpadas germicidas são amplamente utilizadas para reduzir apopulação microbiana em salas cirúrgicas de hospitais e em câmaras assépticas deindústrias farmacêuticas, onde são envasados produtos estéreis e, ainda, na indústriaalimentícia para o tratamento de superfícies contaminadas. Uma importanteconsideração prática, referente ao uso deste meio de destruição microbiana, é que a luzUV tem uma capacidade de penetração muito pequena. Mesmo uma fina camada devidro filtra uma grande parte da luz e, assim sendo, apenas os microrganismos existentesna superfície de um objeto diretamente exposto à radiação UV são susceptíveis à

destruição.

5.5 Controle pelos agentes químicos 

Nenhum agente químico antimicrobiano único é o melhor ou o ideal paraqualquer ou todas as finalidades. Algumas especificações podem orientar a preparaçãode novos compostos e devem ser consideradas nos métodos de avaliação dosdesinfetantes destinados ao uso prático. São elas: a atividade microbiana, solubilidade,estabilidade, inocuidade para o homem e os animais, homogeneidade, ausência decombinação com material orgânico estranho, toxicidade para microrganismos em

temperatura ambiente ou corporal, poder de penetração, ausência de poderes corrosivose tintoriais, poder desodorizante e capacidades detergentes.

5.5.1 Escolha do agente químico antimicrobiano

Os fatores que devem ser considerados na escolha de um agente químicoantimicrobiano são:

1. Natureza do material a ser tratado: um exemplo extremo pode ser citado - umagente químico usado para desinfetar utensílios contaminados pode ser completamenteinsatisfatório para aplicação na pele. Conseqüentemente, a substância escolhida deve ser

compatível com o material no qual é aplicada.2. Tipos de microrganismos: os agentes químicos são completamente eficazes

sobre bactérias, vírus, fungos e outros microrganismos. Os esporos são mais resistentesque as formas vegetativas. Existem diferenças entre bactérias gram-positivas e gram-negativas, com relação à resistência aos desinfetantes. Sendo assim, o agente escolhidodeve ser conhecidamente efetivo contra o organismo a ser destruído.

3. Condições ambientais: fatores com temperatura, pH, tempo, concentração epresença de material orgânico podem influir na taxa e na eficiência da destruiçãomicrobiana.

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5.5.2 Principais grupos de desinfetantes e anti-sépticos

Alguns dos principais grupos de agentes químicos desinfetantes e anti-sépticossão listados a seguir e a tabela 12 mostra a aplicação destes agentes no controle demicrorganismos.

1. Fenol e compostos fenólicos2. Álcoois

3. Halogênios (iodo e cloro)

4. Metais pesados e seus compostos

5. Detergentes

Outros agentes químicos são aplicados na esterilização de materiais e sãodenominados de esterilizantes químicos. São particularmente utilizados para a

esterilização de materiais médicos sensíveis ao calor, como bolsas de sangue paratransfusão, seringas plásticas descartáveis e equipamentos de cateterização. Também sãoutilizados para esterilizar ambientes fechados, incluindo câmaras assépticas utilizadaspara procedimentos que devem ser livres de microrganismos. Os principais esterilizantesquímicos utilizados são:

a)  Óxido de etileno: composto orgânico (C2H4O) que é líquido a temperaturas abaixode 10,8o C, mas acima desta temperatura torna-se um gás. Tem grande poder depenetração, podendo atravessar e esterilizar o interior de grandes pacotes comobjetos, roupas e certos plásticos. Desvantagem: é inflamável e é potencialmenteexplosivo em forma pura;

b)  β– Propiolactona: é um composta líquido incolor em temperatura ambiente.Destina-se à esterilização de instrumentos e materiais termossensíveis. Tem baixopoder de penetração e seu uso foi restringido devido a sua provável propriedadecarcinogênica.

c)  Glutaraldeído: é um líquido oleoso e incolor. É utilizado em medicina paraesterilizar instrumentos urológicos, lentes de instrumentos, equipamentosrespiratórios e outros equipamentos específicos. Como desvantagem, tem umaestabilidade limitada.

d)  Formaldeído: é um gás que se mostra estável somente em altas concentrações e

em temperaturas elevadas. Em temperatura ambiente, ele polimeriza-se formandouma substância sólida incolor, o paraformaldeído. O formaldeído é comercializadoem solução aquosa como  formalina, que contém 37 a 40% (p/v) da substância.Este é utilizado para a esterilização de instrumentos e a forma gasosa é utilizadapara a desinfecção e esterilização de áreas fechadas. Desvantagem: tem fracopoder de penetração, é corrosivo, é extremamente tóxico e seus vapores sãoirritantes às mucosas.

Tabela 12: Alguns desinfetantes e anti-sépticos comumente utilizados (fonte: Pelczar et al., 1996).

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Desinfetante ou anti-séptico

Concentração Aplicações Nível de atividade *

Compostos fenólicos

Hexilresorcinol,

o-Fenilfenol,cresóis

0,5 – 3,0 %

Solução aquosa

Desinfecção de objetosinanimados como

instrumentos, superfícies

de mesa, assoalhos etermômetros retais(cresóis)

Intermediário a baixo

Alcoóis

Álcool etílico,

Álcool isopropílico

Álcool + iodo

70 – 90 %

70% + 0,5–2,0% de iodo

Anti-sepsia da pele,desinfecção de

instrumentos cirúrgicos etermômetros

Intermediário

Iodo

Iodóforo (polivinilpir-

rolidona)Tintura de iodo

1,0%

iodo a 2% + iodeto desódio a 2% + álcool 70%

Anti-sepsia da pele,pequenos cortes e

abrasões; utilizado também

para desinfecção de águapotável e de piscinas

Intermediário

Compostos clorados

Hipocloritos ecloraminas

0,5 – 5,0g de cloro livrepor litro

Desinfecção de água,superfícies não metálicas,

equipamentos de laticínios,utensílios de restaurantes,

materiais domésticos

Baixo

Compostos quaternários 0,1 – 0,2% Saneamento ambiental desuperfícies e equipamentos

Baixo

Compostos mercuriais

Mertiolate, Mercúriocromo

1,0%

Anti-sepsia da pele,desinfecção de

instrumentos; utilizadotambém como preservante

em alguns materiaisbiológicos

Baixo

* Nível de atividade microbicida: alta = mata todas as formas de vida microbiana, inclusive os esporosbacterianos; intermediário = mata o bacilo da tuberculose, fungos e vírus mas não os esporos bacterianos;baixo = não mata esporos bacterianos, bacilo da tuberculose ou vírus não lipídicos em um tempoaceitável.

5.6 Antibióticos e outros agentes quimioterápicos 

Os agentes quimioterápicos são substâncias empregadas no tratamento dasdoenças infecciosas e daquelas que são causadas pela proliferação de células malignas.Estas substâncias são preparadas em laboratórios químicos ou obtidas demicrorganismos, algumas plantas e animais. Em geral, as drogas naturais sãodiferenciadas dos compostos sintéticos pela denominação específica de antibióticos.

Alguns destes são preparados por via sintética, mas a maioria é comercialmenteproduzida por biossíntese. As antitoxinas e outras substâncias formadas pelosorganismos de animais infectados não são consideradas como agentes quimioterápicos,o mesmo sendo válido para os compostos que causam a destruição ou inibição demicrorganismos in vitro, usualmente classificados como desinfetantes, anti-sépticos ougermicidas.

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Um agente quimioterápico satisfatório deve:

1. Destruir ou inibir a atividade de um parasita, sem lesar as células dohospedeiro ou, apenas, com pequenos danos sobre estas células;

2. Ser capaz de entrar em contato com o parasita, atingindo concentrações

efetivas nos tecidos e nas células hospedeiras;3. Deixar inalterados os mecanismos naturais de defesa do hospedeiro, tais como

a fagocitose e a síntese de anticorpos.

As drogas do tipo sulfa são um dos agentes quimioterápicos sintéticos maisconhecidos e utilizados. A sulfa foi primeiramente obtida pelo químico alemão GerhardDomagk, em 1935. O tipo mais simples de sulfa é a sulfonamida, que é estruturalmenteanáloga ao ácido para-aminobenzóico (PABA), que é um precursor na síntese do ácidofólico, dentro da célula bacteriana. A sulfonamida compete com o PABA pelo sítio ativo

de uma enzima envolvida na síntese do ácido fólico, provocando uma diminuição naprodução do mesmo, que é essencial na síntese de importantes constituintes celulares.

As sulfonamidas são particularmente úteis no tratamento de infecções causadaspor meningococos e Shigella, de infecções respiratórias por estreptococos eestafilococos e das infecções urinárias devidas a microrganismos Gram-negativos. Sãoimportantes na prevenção da febre reumática, da endocardite bacteriana, da infecção deferimentos e de infecções urinárias, após cirurgia ou cateterismo.

Os antibióticos formam um tipo especial de agentes quimioterápicos,

geralmente obtidos de organismos vivos. O termo antibiótico designa um produtometabólico de um organismo que é prejudicial ou inibidor para certos microrganismos,em concentrações muito pequenas.

Propriedades de um antibiótico útil:

1. Atividade letal ou inibitória sobre muitas espécies diferentes demicrorganismos patogênicos, ou seja, devem representar o que se denomina antibióticos

de largo espectro.

2. Capacidade de prevenir o desenvolvimento fácil de formas microbianasresistentes.

3. Ausência de efeitos colaterais indesejáveis, tais como reações alérgicas ou desensibilidade, lesões nervosas, irritação renal ou do trato gastrointestinal.

4. Ineficácia sobre a flora microbiana normal, evitando-se assim, a perturbaçãodo equilíbrio natural e, consequentemente, impedindo o estabelecimento de infecçõespor germes totalmente não-patogênicos ou, especialmente, por formas patogênicashabitualmente controladas pela flora normal.

Os antibióticos podem inibir ou destruir os microrganismos de diversos modos:

1. Inibindo a formação da parede celular.

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2. Lesando a membrana citoplasmática.

3. Interferindo com a síntese protéica.

4. Inibindo o metabolismo dos ácidos nucleicos.

A sensibilidade dos microrganismos aos antibióticos pode variar. BactériasGram-positivas são geralmente mais sensíveis a antibióticos que as Gram-negativas,embora alguns antibióticos atuem somente sobre estas últimas. Um antibiótico que agesobre as bactérias Gram-positivas e Gram-negativas é dito antibiótico de largo espectro.Um antibiótico de espectro restrito age somente sobre um único grupo demicrorganismos. No entanto, este último pode ser valioso no controle demicrorganismos resistentes a outros antibióticos.

Certos microrganismos, porém, são resistentes a alguns antibióticos. Estaresistência pode ser uma propriedade inerente do microrganismo ou pode ser adquirida

(através da mutação ao acaso dos genes cromossômicos). A resistência devida àpropriedade inerente do microrganismo pode ter várias razões: (1) o organismo pode nãoter a estrutura sobre a qual o antibiótico atua inibindo; por exemplo, algumas bactériatais como os micoplasmas, não possuem uma parede celular típica bacteriana, sendoassim resistentes à penicilina; (2) o organismo pode ser ‘impermeável’ ao antibiótico;(3) o organismo pode ser capaz de alterar o antibiótico, tornando-o inativo; (4) oorganismo pode modificar o “alvo” do antibiótico; (5) o organismo pode alterar, atravésde modificação genética, a via metabólica que o antibiótico bloqueia; (6) o organismopode ser capaz de eliminar o antibiótico, “jogando-o” para fora da célula (efluxo).

A penicilina foi o primeiro dos antibióticos modernos e ainda é um dos maisúteis. Juntamente com a sulfa, só passou a ser largamente utilizada no início dos anos40, em plena Segunda Guerra Mundial. É produzida pelo fungo Penicillium notatum,Penicillium chrysogenium e outras espécies de bolores. P. notatum foi isolado pelaprimeira vez pelo médico inglês Alexander Fleming, em 1929. A penicilina é seletivapara bactérias Gram-positivas, alguns espiroquetas e os diplococos Gram-negativos( Neisseria).

A tabela 13 mostra alguns dos principais antibióticos utilizados.

Embora a penicilina seja, ainda, um dos antibióticos mais valiosos, a busca dadroga ideal continua. Entre os compostos aceitáveis, estão aqueles que atuam sobre osmicrorganismos patogênicos insensíveis ou que se tornaram resistentes à penicilina. Asdrogas mais importantes são produzidas por quatro gêneros de microrganismos:

 Bacillus, Penicilium, Streptomyces e Cephalosporium, normalmente existentes no solo.Assim sendo, o solo tem sido profundamente pesquisado na procura de micróbioscapazes de produzir novos antibióticos.

Tabela 13: Produtos metabólicos de bactérias e fungos, usados como antibióticos (fonte: Pelczar, 1980).

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ANTIBIÓTICO(PRODUTO)

FONTE MICROBIANA ESPECTRO PRIMÁRIO MODO DE AÇÃO

Ampicilina Penicillium sp. Bactérias gram-positivas enegativas

Inibe a síntese da paredecelular

Anfotericina B Streptomyces nodosus Fungos, agentes de váriasmicoses

Interfere com a função damembrana citoplasmática

Bacitracina  Bacillus subtilis Bactérias gram-positivas Inibe a síntese da paredecelular

Carbomicina(Magnamicina)

Streptomyces halstedii Rickettsias; bactérias gram-positivas

Inibe a síntese protéica

Cefalosporina C Cephalosporium sp. Bactérias gram-positivas Inibe a síntese da paredecelular

Ciclohexamida(Actidione)

Streptomyces griseus Fungos, especialmentefitopatogênicos

Inibe a síntese protéica

Ciclosserina Streptomyces orchidaceous

e Streptomyces lavendulae

 Mycobacterium tuberculosis Inibe a síntese da paredecelular

Cloranfenicol(Cloromicetina)

Streptomyces venezuelae Largo espectro Interfere com a sínteseprotéica

Clortetraciclina(Aureomicina)

Streptomyces aureofaciens Largo espectro Interfere com a sínteseprotéica

Colistina(Colimicina)

 Bacilus colistinus Pseudomonas spp. Deteriora a membranacitoplasmática

Dimetiltetraciclina Streptomyces aureofaciens

(mutante)Largo espectro Interfere com a síntese

protéica

Eritromicina(Iloticina)

Streptomyces erythraeus Rickettsias; bactérias gram-positivas

Interfere com a sínteseprotéica

Estreptomicina Streptomyces griseus Bactérias gram-positivas egram-negativas; Mycobacterium tuberculosis

Induz a síntese de proteínasanormais

Fumagilina(Amebacilina)

 Aspergillus fumigatus Amebas Interfere com a sínteseprotéica

Griseofulvina Streptomyces griseus Fungos patogênicos Interfere com a parede celularfúngica e com a síntese deácidos nucleicos

Kanamicina Streptomyces

kanamyceticus

 Mycobacterium tuberculosis Induz a síntese de proteínasanormais

Lincomicina Streptomyces lincolnensis Bactérias gram-positivas Inibe a síntese protéica

Meticilina Penicillium sp. Estafilococos Inibe a síntese da paredecelular

Neomicina Streptomyces fradiae Bactérias gram-positivas egram-negativas; Mycobacterium tuberculosis

Induz a síntese de proteínasanormais

Cont. da tabela 13

Nistatina Streptomyces noursei Candida intestinal; micoses Danifica a membranacitoplasmática

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Novobiocina(Catomicina)

Streptomyces griseus;

Streptomyces niveus;

Streptomyces spheroides

Bactérias gram-positivas Inibe a polimerização doADN

Oleandomicina Streptomyces antibioticus Rickettsias; bactérias gram-positivas

Inibe a síntese protéica

Oxitetraciclina(Terramicina)

Streptomyces rimosus Largo espectro Interfere com a sínteseprotéica

Penicilina G Penicillium chrysogenum Bactérias gram-positivas Inibe a síntese da paredecelular

Polimixina B  Bacillus polymyxa Bactérias gram-negativa Deteriora a membranacitoplasmática

Tetraciclina Streptomyces aureofaciens Largo espectro Interfere com a sínteseprotéica

Vancomicina Streptomyces orientalis Bactérias gram-positivas; Neisseria, Clostridium tetani

Inibe a síntese da paredecelular

Viomicina Streptomyces floridae Mycobacterium tuberculosis Interfere com a sínteseprotéica

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Observação: (SBI) = Livros disponíveis na Biblioteca do IFSC