microbiologia ambiental aula2_09_11

MICROBIOLOGIA AMBIENTAL

ENGENHARIA AMBIENTAL AULA 2

Prof.ª Mestranda Graziele Ruas

2 Sem 2015/ 1 Sem 2016

Objetivo

• Anatomia funcional de células procarióticas e eucarióticas;

• Metabolismo microbiano – principais conceitos *;

• Crescimento microbiano – principais conceitos**;

• Classificação dos Microorganismos;

• Procariotos: Domínio Archaea e Bactéria.

MICROBIOLOGIA AMBIENTAL 2015/2016 2

Anatomia funcional de células procarióticas e eucarióticas

• Procariotos (do grego pré-núcleo) – DNA não está envolto por

uma membrana;

– DNA não associado com as proteínas histonas;

– Não possuem organelas revestidas por membranas;

– Parede celular quase sempre com o polissacarídeo complexo peptideoglicano;

– Divisão por fissão binária.

• Eucarioto (do grego núcleo verdadeiro) – DNA no núcleo da célula;

– DNA associado com as histonas;

– Organelas revestidas por membranas;

– Paredes celulares quimicamente simples;

– Divisão celular por mitose;


Anatomia funcional de células procarióticas

• CÉLULA PROCATIÓTICA

– Grupo de organismos unicelulares: Bactérias e Archaeas;

– As diferentes espécies de bactérias são diferenciadas pela forma (morfologia), composição química, necessidades nutricionais, atividades bioquímicas e fontes de energia (luz solar ou química).



• Morfologia das Bactérias – Cocos (esféricos ou

ovais); – Bacilos (bastão); – Espiral.



• ESTRUTURAS EXTERNAS À PAREDE CELULAR

– Glicocálice

• Termo geral usado para substâncias que envolvem a célula, é um polímero viscoso e gelatinoso. Produzido dentro da célula e secretado para fora; – Cápsula: quando é organizada e firmemente aderida à parede

celular;

» Contribui para virulência bacteriana, pois frequentemente protegem as bactérias da fagocitose.

– Camada viscosa: fracamente aderida à parede celular.


Anatomia funcional de células procarióticas e eucarióticas

• ESTRUTURAS EXTERNAS À PAREDE CELULAR

– Glicocálice

• Importante para formação dos biofilmes, pois ajudam as bactérias para se fixarem no meio e umas as outras. Esse glicocálice é chamado de Substância Polimérica Extracelular (SPE);

• O SPE protege as células, facilita a comunicação e permite que as bactérias cresçam em diferentes superfícies (Ex: bactéria que causa a cárie = Streptococcus mutans).



• FLAGELOS: longos apêndices filamentosos que promovem a locomoção das bactérias; – Sem flagelos: atríqueas; – Flagelos pode ser: Petríqueos (em toda a célula) ou Polares

(em um ou ambos as extremidades das bactérias);

• MOBILIDADE: permite que as bactérias se movam para um ambiente favorável ou que se afastem de um ambiente adverso (taxia);

• Uma proteína flagelar denominada antígeno H é importante para diferenciar entre variações dentro de spp de bactérias gram-negativas (Ex: ~50 varações de E. coli).



• PAREDE CELULAR – Nas bactérias as paredes celulares são semirrígidas,

complexa e responsável pela forma da célula; – Protege as células das condições adversas do meio

ambiente; – Previne a ruptura das células quando há pressão da

água dentro dela é maio que fora; – Determina a capacidade que algumas bactérias tem

de resistir a antibióticos e causar doenças; – Sua composição química ajuda a diferencias os

principais tipos de bactérias.


Anatomia funcional de células procarióticas – Parede Celular

Gram - Negativas

• Uma ou duas camadas finas de peptideoglicana;

• Membrana externa;

• Não contém ácidos teicoicos;

• São mais suscetíveis ao rompimento mecânico;

• A membrana externa fornece uma barreia aos antibióticos, à fagocitose , detergentes, metais pesados, corantes e sais biliares.

Gram – Positivas

• Muitas camadas de peptideoglicana;

• Espessa e rígida;

• Contém ácidos teicoicos (álcool + fósfato), carga negativa.



TESTE DE GRAM – Desenvolvido em 1884

1. Corante básico púrpura, coloração primária;

2. O corante púrpura é lavado e coberto com iodo, e depois o iodo é lavado.

3. A lâmina é lavado com álcool.

4. O álcool é lavado, adiciona-se safranina (cor rosa) e examina-se a lâmina.




• As bactérias onde o iodo e o púrpura são retidos são denominadas GRAM-POSITIVAS, e as que não retém GRAM-NEGATIVAS;

• O corante safranina é adicionado para que as gram-negativas sejam vistas;

• GRAM-POSITIVAS= mortas mais facilmente por antibióticos;

• GRAM-NEGATIVAS= mais resistentes a antibióticos devido a camada de lipopolissacarídeos.


Cerca de 90 a 95% das bactérias Gram-negativas são patogênicas e muitas Gram-positivas são não patogênicas e algumas, inclusive, são úteis.

Alguns exemplos de micro-organismos Gram-positivos e Gram-negativos Gram-positivos: Stafilococcus aureus, Lactobacillus spp, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, Clostridium tetani e Enterococcus faecalis. Gram-negativos: Pseudomonas aeruginosa, Haemophilus influenzae, Escherichia coli, Helicobacter pylori, Vibrio cholerae, Treponema pallidum, Salmonella, Shigella.


Otite, sinusite, bronquite, conjuntivite.


• ESTRUTURAS INTERNAS À PAREDE CELULAR – Membrana plasmática: permeabilidade seletiva,

enzimas que ajudam na digestão de nutrientes e alvo de agentes microbianos (desinfetantes);

– Inclusões: depósitos de reversa. As células acumulam certos nutrientes quando estes estão abundantes no meio, para usá-lo quando este faltar; • Grânulos de Enxofre: bactérias do gênero Thiobacillus

que obtém energia oxidando enxofre, armazenam o enxofre como reserva de energia.


Anatomia funcional de células eucarióticas

• CÉLULA MAIOR E MAIS COMPLEXA; • Inclui as algas, protozoários e fungos;

– Nas células eucarióticas os flagelos (e cílios) são projeções com citoplasma e revestidos de membrana plasmática;

• PAREDE CELULAR E GLICOCÁLICE – Muitas células eucarióticas possuem parede celular,

mas são mais simples que das células procarióticas.; – As células eucarióticas não tem a peptideoglicana na

estrutura da sua parede celular; substância atacada por antibióticos.


METABOLISMO MICROBIANO

• CATABOLISMO E ANABOLISMO – METABOLISMO = soma de todas as reações químicas

de um ser vivo, essas reações podem liberar ou gastar energia;

• Reações que liberam energia = catabolismo (reações degradativas);

• Reações que requerem energia = anabolismo ou biossintéticas (construção de moléculas – crescimento celular); – As reações catabólicas fornecem energia e matéria prima para as

reações anabólicas.



• FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA Obs: Enzimas – Catalisadores biológicos;

– Temperatura;

– pH;

– Concentração do substrato;

– Inibidores (Ex: cianeto, arsênio e mercúrio). Impedem o funcionamento das enzimas.



RESPIRAÇÃO CELULAR

• PROCESSO GERADOR DE ATP, no qual moléculas são oxidadas;

• Ação de uma cadeia de transporte de elétrons; – AERÓBIO: aceptor final de

elétrons é o Oxigênio;

– ANAERÓBIO: aceptor final de elétrons não é o oxigênio, mas é uma molécula inorgânica (raramente uma orgânica).

FERMENTAÇÃO • Libera energia através de

açúcares ou outras moléculas orgânicas;

• Não requer e não é inibida pelo oxigênio;

• Não usa a cadeia de transporte de elétrons (Ciclo de Krebs);

• Utiliza molécula orgânica como aceptor final de elétrons;

• Produz menor quantidade de ATP.



FOTOSSÍNTESE

• Síntese de compostos orgânicos complexos a partir de substâncias simples;

• Converte energia do sol em energia química, essa energia é usada para converter o CO2 em compostos orgânicos (fixação de carbonos);

• Os elétrons são obtidos da água (H).


CRESCIMENTO MICROBIANO

• FATORES NECESSÁRIOS PARA O CRESCIMENTO – FÍSICOS

• Temperatura (psicrófilos, mesófilos e termófilos);

• pH;

• Pressão Osmótica.

– QUÍMICOS • Carbono;

• Nitrogênio, Enxofre e Fósforo;

• Elementos traço;

• Oxigênio;

– FATORES ORGANICOS DO CRESCIMENTO!


CRESCIMENTO MICROBIANO

• BIOFILMES – Comunidade microbianas (funcional e coordenada),

estrutura feita de polissacarídeos, DNA e proteínas (limo);

– Pode ser considerado um hidrogel; – Permite a comunicação química entre as células; – Permite que as bactérias compartilhem nutrientes; – Microrganismos em forma de biofilme são até 100x

mais resistentes a antibióticos; – A maioria das infecções hospitalares são causadas por

bactérias que formam biofilme (Pseudomonas);


CLASSIFICAÇÃOS DOS MICRORGANISMOS

• Os organismos são classificados pelo tipo de célula, diferenças no RNA, estrutura lipídica da membrana, moléculas de RNA e sensibilidade a antibióticos.



BACTÉRIAS

BACTÉRIAS

• PROTEOBACTÉRIAS – Gram-negativas quimio-heterotróficas; – Divididas em 5 classes:

• Alfa-Proteobactérias: são capazes de crescer com níveis baixos de nutrientes (Rhizobium, Agrobacterium, Nitrobacter e Nitrossomonas);

• Beta-Proteobactérias: utilizam substâncias excretadas na digestão anaeróbia (Thiobacillus, Zoogloea – importante na formação do lodo ativado);

• Gama-Proteobactérias (Psedoudomonas, Azotobacter, Azomonas, Legionella, Eschirichia, Salmonella e Enterobacter).

• Delta-proteobactérias: bactérias predadoras de outras bactérias e incluem bactérias do ciclo do enxofre.

• Epsilon-Proteobactérias. MICROBIOLOGIA AMBIENTAL 2015/2016 42

BACTÉRIAS

• Não -Proteobactérias – Gram-negativas e fotossintéticas; – Divididas em :

• Cianobactérias: bactérias fotossintéticas oxigênicas, podem fixar N da atmosfera***, ocupam nichos ambientais similares as algas eucarióticas;

• Bactérias fotossintetizantes púrpuras e verdes: podem ser sulfurosas e não sulfurosas, geralmente anaeróbias, não produzem O2 e sim S◦.


BACTÉRIAS

• Gram-Positivas

• Divididas em: – Firmicutes (bactérias formadoras de esporos);

– Actinobacteria (crescem em forma de filamentos).

• Outros filos: Planctomycetes, Chlamydiae, Spirochaetaes e Fusobacteria.


BACTÉRIAS

• MORFOLOGIA


BACTÉRIAS

• Cápsula – A cápsula é formada pelo glicocálice, o qual consiste em

uma substância polissacarídicas produzida no citoplasma e secretados para a superfície celular.

– Funções da cápsula: • Impedir que a célula seja fagocitadas por células de defesa. • Promover a adesão das bactérias em diferentes substratos (dentes

humanos, trato respiratório, mucosa intestinal, etc.) • Proteger as bactérias contra desidratação e choques mecânicos.


BACTÉRIAS

• - Fímbrias – Fímbrias são apêndices que se estendem da

membrana plasmática passando pela parede celular e cápsula emergindo para o meio externo. As fímbrias podem ocorrer em toda a superfície da célula. • Função das fímbrias: Fixar as bactérias ao substrato e em

outras células.


BACTÉRIAS

• PILI • Os Pili sexuais normalmente são mais longos que

as fímbrias, havendo um ou dois por célula. – Funções dos pili: Responsável pela formação da ponte

citoplasmática que permite a transferência de informação genética durante o processo de conjugação.


BACTÉRIAS

• Flagelos – Os flagelos são responsáveis pelo deslocamento das bactérias. – Estendem-se a partir da membrana celular, passam pela parede

celular e atingem a região externa. – O número de flagelos é bastante variável entre as bactérias.


BACTÉRIAS

• Parede celular é um envoltório semi-rígido, composto por peptídioglicanos, é responsável pela forma e proteção da célula bacteriana. – Composição dos peptídioglicanos: Polímero de

carboidratos associados à proteínas. – As bactérias podem ser divididas em dois grandes

grupos, segundo a composição da parede celular: • 1) Bactérias Gram-positivas • 2) Bactérias Gram-negativas


BACTÉRIAS

Membrana Celular • Membrana celular:

lipoprotéica semelhante às membranas dos organismos eucariontes.

• Funções:

1. Proteção 2. Transporte seletivo de

nutrientes 3. Síntese de componentes da

parede celular 4. Secreção de enzimas

digestivas 5. Respiração celular 6. Ancora flagelos, fímbrias e

pili 7. Armazenamento de

pigmentos e enzimas da fotossíntese (em cianobactérias)

Citoplasma • Citoplasma: Sinônimos

(hialoplasma e citosol). Possui 4/5 de água e 1/5 de substâncias dissolvidas ou em suspensão (proteínas, carboidratos, lipídios, íons, etc).

• Possui em seu conteúdo: Ribossomos (única organela), plasmídeos e o cromossomo circular único (região do nucleóide).


BACTÉRIAS

• Endósporo Estruturas de latência que exibem altíssima resistência tanto a agentes físicos como químicos. Quando as bactérias com capacidade de esporular se encontram em ambientes cujas condições tornam-se inadequadas, estas iniciam o processo de esporulação, garantindo assim a manutenção de seu material genético.


Nucleóide

Endósporo em formação

Conteúdo celular em degeneração

Endósporo maduro

BACTÉRIAS

RESPIRAÇÃO

AERÓBIAS

ANAERÓBIAS

FACULTATIVAS

NUTRIÇÃO

AUTOTRÓFICAS

HETEROTRÓFICAS

REPRODUÇÃO

SEXUADA

ASSEXUADA


REPRODUÇÃO


Bactérias-filhas

Estrangulamento citoplasmático

Duplicação cromossônica

Cromossomo Bactéria

Reprodução Assexuada • Bipartição ou Cissiparidade

Células filhas idênticas a célula mãe Não ocorre variabilidade genética

Podemos afirmar que bipartição é a mesma coisa que mitose?

Não!!! O termo mitose refere-se a cariogamia (divisão do núcleo),

como bactérias não tem núcleo não sofrem mitose.

Qual a grande desvantagem da Bipartição?

Não há troca de material genético, portanto não há variabilidade. Se o ambiente modificar, pode erradicar todas as bactérias de uma só vez.

Qual a grande vantagem da Bipartição?

Permite a rápida colonização de bactérias,em meio ambiente

favorável, num pequeno intervalo de tempo.

REPRODUÇÃO


Reprodução Sexuada a) Transdução

REPRODUÇÃO


Reprodução Sexuada b) Transformação

Uma bactéria pode absorver DNA livre no meio ambiente, proveniente de outra bactéria morta,

e inseri-lo ao seu material genético.


Reprodução Sexuada c) Conjugação

Ocorre quando duas ou até três bactérias se unem, normalmente, por uma ponte formada através das pili sexuais, sendo os plasmídeos

passados de uma bactéria para outra.

Difteria (crupe)

Agente Etiológico: Corynebacterium diphthriae

Forma de transmissão: Pelo ar contaminado e pela saliva

Sintomas: Inflamação das amígdalas, faringe e mucosa nasal. A bactéria produz toxina que destrói as fibras cardíacas, células nervosas e renais.

Tratamento: Utilização de antibióticos penicilina e eritromicina.

Profilaxia: Vacina Tríplice

DOENÇAS ASSOCIADAS

Difteria (crupe)

Doenças Associadas

Disenteria Bacilar

Agente Etiológico: Bactérias do gênero Shigella

Forma de transmissão: Água e alimentos contaminados com as fezes dos doentes.

Sintomas: Infecção intestinal, dores abdominais, diarréias sanguinolentas e vômitos.

Tratamento: Utilização de antibióticos e soro caseiro.

Profilaxia: Educação sanitária e saneamento básico.

Doenças Associadas

Disenteria Bacilar

Doenças Associadas

Febre Tifóide

Agente Etiológico: Salmonella thyfi


Sintomas: Febre, dor de cabeça, fadiga, bradicardia, hemorragias nasais, diarréia e vômitos.

Tratamento: Utilização de antibióticos específicos.

Profilaxia: Educação sanitária e saneamento básico.

Febre Tifóide

Mosca doméstica – uma

das principais veiculadoras

da febre tifóide.

Doenças Associadas

Tétano

Agente Etiológico: Clostridium tetani (anaeróbico estrito)

Forma de transmissão: Contaminação acidental de ferimentos profundos com terra contaminada com esporos da bactéria.

Sintomas: Enrijecimento muscular por todo o corpo causada pela toxina tetânica. Bloqueio da via de relaxamento dos músculos (espamos musculares).

Tratamento: Utilização de soros.

Profilaxia: Vacina tríplice (antitetânica).

Doenças Associadas

Tétano

Doenças Associadas

Tuberculose

Agente Etiológico: Mycobacterium tuberculosis (Bacilo de Koch)

Forma de transmissão: Pelo ar contaminado e pela saliva.

Sintomas: Tosse constante, as vezes com sangramento, febre, suores noturnos, falta de apetite, emagrecimento e indisposição.

Tratamento: Medicamentos específicos que elimina as bactérias.

Profilaxia: Vacinação (BCG), evitar contanto com pessoas contaminadas, evitar permanecer em ambientes fechados.

Doenças Associadas

Tuberculose

Doenças Associadas

Cólera

Agente Etiológico: Vibrio cholerae


Sintomas: Vômitos, diarréia intensa, desidratação severa. Os sintomas são causados por uma toxina produzida pelas bactérias.

Tratamento: Medicamentos específicos que elimina as bactérias.

Profilaxia: Educação sanitária e saneamento básico. A vacina é pouco eficaz e de curta duração. Só é recomendada para quem viaja para locais onde existe a doença.

Doenças Associadas

Cólera

Doenças Associadas

Coqueluche

Agente Etiológico: Bordetella pertussis

Forma de transmissão: Pelo ar e saliva contaminados com a bactéria.

Sintomas: Tosse persistente (tosse de cachorro), causada devido a infecção dos brônquios e bronquíolos.

Tratamento: Uso de antibióticos específicos

Profilaxia: Vacinação (Tríplice)

Doenças Associadas

Coqueluche

Doenças Associadas

Botulismo

Agente Etiológico: Clostridium botulinum (anaeróbico estrito)

Forma de transmissão: Intoxicação alimentar pela toxina botulínica (geralmente alimentos enlatados com embalagem estufadas apresentam a toxina).

Sintomas: Paralisia muscular e dificuldades respiratórias.

Tratamento: Uso de antitoxinas. A vacina é pouco eficiente.

Profilaxia: Não consumir produtos enlatados que apresentem aspectos anormais. A partir de casos suspeitos, identificar as prováveis fontes de contaminação para adoção das medidas de controle pertinentes.

Doenças Associadas

A toxina botulínica é usada em pequenas doses BOTOX, como tratamento estético temporário. A sua intensa capacidade paralítica é desejada por indivíduos que procuram

esconder as suas rugas (as rugas são causadas por contrações musculares) e outras imperfeições faciais.

Botulismo

Doenças Associadas

Pneumonia

Agente Etiológico: Streptococos peneumoniae

Forma de transmissão: Pelo ar

Sintomas: Infecção pulmonar aguda com calafrios, febre, dor nas costas e tosse com expectoração sanguinolenta.

Tratamento: Uso de antibióticos

Profilaxia: Vacina pouco eficiente, o mais recomendado é não permanecer em locais sem ventilação por muito tempo, verificar periodicamente as condições de aparelhos ar condicionados, esterilização de carpetes e tapetes.

Doenças Associadas

Pneumonia

Doenças Associadas

Hanseníase (Lepra)

Agente Etiológico: Mycobacterium leprae (Bacilo de Hansen)

Forma de transmissão: Contato direto com pessoas doentes, pela pele ou pelo ar, após contatos íntimos e prolongados com o portador.

Sintomas: Aparecimento de manchas na pele, ulcerações e deformidades, lesões nas terminações nervosas causando perda de sensibilidade.

Tratamento: Uso de antibióticos (há cura se for diagnosticado e tratado nas fases iniciais)

Profilaxia: Educação sanitária, tratamento imediato dos doentes, vacinar todos os familiares e pessoas que convivem intimamente com o doente (vacina BCG)

Doenças Associadas

Hanseníase (Lepra)

Doenças Associadas

Meningite bacteriana

Agente Etiológico: Nisseria meningitidis

Forma de transmissão: Pelo ar e saliva contaminados com a bactéria.

Sintomas: Diarréia grave, vômito, convulsões, hemorragias internas, hipotensão arterial, choque e, freqüentemente, a morte.

Tratamento: Uso de antibióticos intravenosos.

Profilaxia: Vacinação

Doenças Associadas

Meningite bacteriana

Doenças Associadas

Leptospirose

Agente Etiológico: Leptospira interrogans

Forma de transmissão: Água e alimentos contaminados pela urina de ratos e cães.

Sintomas: Calafrios, febre alta, dores articulares, lesões renais, icterícia e anemia.

Tratamento: Uso de antibióticos (penicilina).

Profilaxia: Educação sanitária, adotar medidas que minimizem a proliferação de ratos, realizar vistoria de bueiros e redes de esgoto para evitar possíveis entupimentos que promovam inundações, quando entrar em contato com regiões inundadas ou com lama, usar luvas e botas de borracha.

Doenças Associadas

O rato de esgoto (Rattus novergicus) é o principal responsável pela infecção humana, em razão de existir em grande número e da proximidade com seres humanos. A bactéria multiplica-se nos rins desses animais sem causar danos, e é eliminada pela urina, às vezes por toda a vida do animal.

Leptospirose

Doenças Associadas

ENTEROBACTÉRIAS

• Enterobacteriales

– Entérico, pois habitam o trato gastrointestinal do homem e outras animais de sangue quente;

– Escherichia

• E. coli é umas das bactérias mais comuns no trato intestinal humano. Sua presença na água e nos alimentos indicam contaminação fecal;

• Algumas variações da E. coli podem causar sérias infecções.



ARCHAEAS

ARCHAEAS

• Não contém peptideoglicana na Parede Celular; • Diferentes sequencias de RNA; • Morfologia: Cocos, Bastonetes e Espiralados; • Encontram-se em condições ambientais extremas

– extremófilas; • Não se conhece nenhuma Archaea patogênica; • Archaea metanogênicas - produção de metano,

são anaeróbios obrigatórios; • A maioria é quimiorganotrófica (energia de

compostos orgânicos). MICROBIOLOGIA AMBIENTAL 2015/2016 89

ARCHAEA

• FILOS

– EURYARCHAEOTA;

• Principais Gêneros – Methanobacterium;

– Methanocaldococcus;

– Methanosarcina.

– CRENARCHAEOTA;

– KORARCHAEOTA (ainda sendo pesquisado).


Relembrando...


ATIVIDADE DE HOJE

• 1) Descreva o método de Coloração de GRAM e porque ele é importante para a microbiologia ambiental e médica.

• 2) O que são biofilmes, quais suas funções, características e importância?

• 3) Conceitue: – Procariontes; – Eucariontes; – Respiração; – Fermentação; – Enterobactérias.


Dúvidas???

• Email: [email protected]


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