introduo-microbiologia

8/2/2019 Introduo-Microbiologia

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Matria de

Microbiologia

Fotografias colorizadas de bactrias observadas ao microscpio eletrnico.Da esquerda para a direita: Bacillus anthracis, Escherichia coli, Neisseria gonorrhoeae

2008


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Introduo Microbiologia

Introduo

Microbiologia:Mikros (= pequeno) + Bio (= vida) + logos (= cincia)A Microbiologia era definida, at recentemente, como a rea da cincia que

dedica-se ao estudo dos microrganismos, um vasto e diverso grupo de

organismos unicelulares de dimenses reduzidas, que podem ser

encontrados como clulas isoladas ou agrupados em diferentes arranjos

(cadeias ou massas), sendo que as clulas, mesmo estando associadas,

exibiriam um carter fisiolgico independente.

Assim, com base neste conceito, a microbiologia envolve o estudo de

organismos procariotos (bactrias, archaeas), eucariotos inferiores (algas,

protozorios, fungos) e tambm os vrus.

Bactrias Archaea Fungos

Vrus Algas ProtozoriosTipos de microrganismos

estudados pelos microbiologistas.

(Adaptado de Tortora et al., Microbiology, 8 ed)


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Classificao dos seres vivos

De acordo com a definio tradicional da microbiologia, esta uma

cincia que at recentemente, era responsvel pelo estudo de organismosclassificados em trs reinos distintos: Monera, Protista e Fungi. No entanto,

a partir dos estudos de Carl Woese, a microbiologia passou a estar

relacionada a trs domnios de seres vivos.Sistemas de classificao dos seres vivos:Linnaeus (sc. XVIII): reinos Animal e Vegetal

Haeckel(1866): introduo do reino Protista

Whittaker (1969): 5 reinos, dividos principalmente pelas

caractersticas morflogicas e fisiolgicas:

Monera: Procariotos

Protista: Eucariotos unicelulares - Protozorios (sem parede celular) e

Algas (com parede celular)

Fungi: Eucariotos aclorofilados

Plantae: Vegetais

Animalia: Animais


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Classificao dos seres vivos, de acordo com Woese (1977)

(Adaptado de Pommerville, J.C.(2004) Alcamo's Fundamentals of Microbiology)

A princpio, acredita-se que estes 3 domnios divergiram a partir de um

ancestral comum. Provavelmente os microrganismos eucariticos atuaram

como ancestrais dos organismos multicelulares, enquanto as bactrias e

archaeas correspondem a ramos que no evoluram alm do estgio

microbiano.Archaea: so organismos procariotos que, freqentemente so

encontrados em ambientes cujas condies so bastante extremas

(semelhantes s condies ambientais primordiais na Terra), sendo por isso,

muitas vezes considerados como sendo ancestrais das bactrias. No

entanto, hoje em dia considera-se as archaeas como um grupo

intermedirio entre procariotos e eucariotos.

Muitos destes organismos so anaerbios, vivendo em locais"inabitveis" para os padres humanos - fontes termais (com temperaturas

acima de 100C), guas com elevadssimos teores de sal (at 5M de NaCl -

limite de dissoluo do NaCl), em solos e guas extremamente cidos ou

alcalinos (espcies que vivem em pH 0, outras em pH 10) e muitas so

metanognicas.


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Genericamente, podemos dizer que as Archaeas definem os limites da

tolerncia biolgica s condies ambientais.

Bacteria: Corresponde a um enorme grupo de procariotos,

anteriormente classificados como eubactrias, representadas pelos

organismos patognicos ao homem, e bactrias encontradas nas guas,

solos, ambientes em geral.

Dentre estas, temos as bactrias fotossintetizantes (cianobactrias) e outras

quimiossintetizantes (E. coli), enquanto outras utilizam apenas substratos

inorgnicos para seu desenvolvimento.

Eukarya: No mbito microbiolgico, compreende as algas, protozorios

e fungos (alm das plantas e animais).

As algas caracterizam-se por apresentarem clorofila (alm de outros

pigmentos), sendo encontradas basicamente nos solos e guas.

Os protozorios correspondem a clulas eucariticas, apigmentados,

geralmente mveis e sem parede celular, nutrindo-se por ingesto e

podendo ser saprfitas ou parasitas.

Os fungos so tambm clulas sem clorofila, apresentando parede celular,

realizando metabolismo heterotrfico, nutrindo-se por absoro.

Como mencionado anteriormente, os vrus so tambm assunto

abordado em microbiologia, embora, formalmente, no exibam as

caractersticas celulares, no sentido de no apresentarem metabolismo

prprio, de conterem apenas um tipo de cido nuclico, etc.

A Microbiologia na atualidadeA definio clssica de "microbiologia" mostra-se bastante imprecisa, e

at mesmo inadequada, frente aos dados da literatura publicados nesta

ltima dcada. Como exemplo pode-se citar duas premissas que j no

podem mais ser consideradas como verdade absoluta na conceituao desta

rea de conhecimento: as dimenses dos microrganismos e a natureza

independente destes seres.


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Em 1985 foi descoberto um organismo, denominado Epulopiscium

fischelsonique, a partir de 1991, foi definido como sendo o maior procarioto

j descrito, exibindo cerca de 500 m de comprimento. Esta bactria foi

isolada do intestino de um peixe marinho (Surgeonfish, peixe barbeiro ou

cirurgio), encontrado nas guas da Austrlia e do Mar Vermelho. Alm deapresentar dimenses nunca vistas, tal bactria mostra-se totalmente

diferente das demais quanto ao processo de diviso celular, que ao invs de

ser por fisso binria, envolve um provvel tipo de reproduo vivparo,

levando formao de pequenos glbulos, que correspondem s clulas

filhas.

Comparao entre o tamanho de uma clula de Epulopiscium e 4 paramcios

(Adaptado do livro Brock Biology of Microorganisms, 10 Ed., 2003)Mais recentemente, em 1999, outro relato descreve o isolamento de

uma bactria ainda maior, isolada na costa da Nambia. Esta, denominada

Thiomargarita namibiensis, pode ser visualizada a olho n, atingindo at

cerca de 0,8 mm de comprimento e 0,1 a 0,3 mm de largura.

Microscopia

de luz polarizada,revelando os

grnulos de enxfre

no interior da

bactria

Thiomargarita

namibiensis.


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Comparao

entre a bactria

Thiomargarita

namibiensis e uma

Drosophila.

(Adaptado de

Schulz, H. N. et al.

(1999). Science,

284:493-495 -

Clique no autor,

caso deseje ler o

artigo original)Como analisar a questo do tamanho dos

microrganismos?Durante muito tempo se acreditava que o tamanho das bactrias era

imposto pelo seu prprio metabolismo, ou seja, se a bactria aumentasse

muito em tamanho, ela seria incapaz de se manter vivel e morreria. Tal

fato decorre da seguinte deduo: A rea superficial da membrana

citoplasmtica seria o fator limitante para a eficincia das trocas com o meio

externo.Sabendo-se que a rea de uma esfera calculada pela frmula e

que o volume de uma esfera obtido pela frmula , a medida que a

rea aumenta, seu volume aumenta muito mais rapidamente. Assim, se uma

bactria comeasse a crescer, aumentando sua rea, a proporo

rea/volume diminuiria. Isto faria com que a clula passasse a apresentar

um volume muito grande, sendo que sua rea superficial seria insuficiente,

em termos de trocas atravs da membrana, para manter sua viabilidade.

A partir dos isolados de bactrias gigantes, o conceito da limitao

de tamanho bacteriano vem sendo abandonado, pois no h mais como

questionar a existncia e viabilidade destas bactrias e, possivelmente,

novos relatos sero incorporados, deixando de ser meras curiosidades.


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Estudos com bactrias primitivasAinda em relao s novas pesquisas desenvolvidas na rea de

Microbiologia, temos o cultivo de bactrias pr-histricas, visando a busca

de compostos com atividade antimicrobiana ou de interesse comercial. Neste

sentido, empresas foram criadas (Ambergene), especializadas na

reativao de formas bacterianas latentes, isoladas de insetos preservados

em mbar. Os resultados obtidos revelam a reativao de mais de 1200

espcies bacterianas, apresentando de 2 a at 135 milhes de anos.

Em 2000, foi publicado um relato descrevendo o isolamento e cultivo de uma

espcie bacteriana a partir do lquido contido em um cristal de sal de 250

milhes de anos. Os estudos de seqenciamento do DNA que codifica o RNA

ribossomal 16S indicam que o organismo pertence ao gnero Bacillus, umabactria em forma de bastonete, Gram positiva, com a capacidade de formar

endsporos. At o momento, esta corresponde espcie bacteriana mais

antiga.

Inseto de onde foi

retirada a bactria

(provavelmente Bacillus), de 135milhes de anos

Aspecto das colnias

crescidas em meio slido

(Adaptado de Cano et al., (1995)

Science, 268:1060-1064)


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A questo da vida em marte

Em 1997, foram publicados relatos de expedies da NASA a Marte,

sugerindo a presena de possveis microrganismos (nanobactrias) em

espcimes minerais, sendo que achados semelhantes foram tambm

detectados em partculas de meteoritos de Marte, que atingiram a Terra. A

favor desta hiptese h o achado de microrganismos que decompem

minerais, frequentemente isolados das profundezas marinhas (A cerca de

1,5 km abaixo do solo).

Os meteoritos apresentam carbono, fsforo, nitrognio, alm da

presena de gua. J em relao s condies ambientais de Marte (muitofrio), temos como contra-argumento o isolamento de Archaea a partir de

ambientes absolutamente inspitos, inicialmente comsiderados como

inadequados vida.

De acordo com alguns pesquisadores, no absurdo considerar que a

vida surgiu em Marte, pois estudos com o meteorito Nakhla, que caiu em

1911 no Egito, com aparentemente de 1,3 bilhes de anos, revelam a

presena de elementos cocides, potenciais fsseis bacterianos, variando de0,25 a 2,0 m de tamanho, o que seria correspondente ao tamanho mdio

atual das bactrias. Curiosamente, estas formas ovais apresentam um teor

maior de carbono no seu interior que nas reas ao seu redor. Alm disso,

exibem tambm um elevado teor de xido de ferro, um composto comum

em clulas fossilizadas.

Recentemente, a NASA enviou outra sonda para Marte e os dados

recebidos reforam cada vez mais a idia da existncia anterior de vida emMarte, devido aos achados da possvel ocorrncia de gua naquele planeta.


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Comparao entre possveis "microrganismos" presentes em rochas de Marte e microrganismos

que compem a placa dental ho homem.

(Adaptado de An Electronic Companion to Beginning Microbiology)

Assim, com base nestes novos achados e principalmente com estudos

envolvendo as Archaea, a microbiologia vem levantando uma srie de

questes quanto fisiologia e o metabolismo celular, alm de questionar

permanentemente os limites das condies de vida.

Ubiqidade dos microrganismos

Os microrganismos so os menores seres vivos existentes,

encontrando-se em uma vasta diversidade de ambientes e desempenhandoimportantes papis na natureza. Este grupo caracteriza-se por ser

completamente heterogneo, tendo com nica caracterstica comum o

pequeno tamanho dos organismos.

Acredita-se que cerca de metade da biomassa do planeta seja

constituda pelos microrganismos, sendo os 50% restantes distribudos entre

plantas (35%) e animais (15%).

Em termos de habitat, os microrganismos so encontrados em quase

todos os ambientes, tanto na superfcie, como no mar e subsolo. Desta

forma, podemos isolar microrganismos de fontes termais, com temperaturas

atingindo at 130C (clique aqui para ler o relato do isolamento de um

procarioto cujo mximo de temperatura de crescimento foi definido como

130C); de regies polares, com temperaturas inferiores a -10C; de


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ambientes extremamente cidos (pH=1) ou bsicos (pH=13). Alguns

sobrevivem em ambientes extremamente pobres em nutrientes,

assemelhando-se gua destilada. H ainda aqueles encontrados no interior

de rochas na Antrtida.

Em termos metablicos, temos tambm os mais variados tipos, desde

aqueles com vias metablicas semelhantes a de eucariotos superiores, at

outros que so capazes de produzir cido sulfrico, ou aqueles capazes de

degradar compostos pouco usuais como cnfora, herbicidas, petrleo, etc.

Uma vez que os microrganismos precederam o homem em bilhes de

anos, pode-se dizer que ns evolumos em seu mundo e eles em nosso.

Desta forma, no de se estranhar que a associao homem-microrganismo

mostra-se com grande complexidade, com os microrganismos habitando

nosso organismo, em locais tais como a pele, intestinos, cavidade oral,

nariz, ouvidos e trato genitourinrio. Embora a grande maioria destes

microrganismos no causem qualquer dano, compondo a denominada

microbiota normal, algumas vezes estes podem originar uma srie de

doenas, com maior ou menor gravidade. Nesta classe de organismos esto

aqueles denominados patognicos e potencialmente patognicos.

Sabe-se que em cerca de 1013 clulas de um ser humano podem ser

encontradas, em mdia, cerca de 1014 clulas bacterianas. No homem, estas

se encontram em vrias superfcies, especialmente na cavidade oral e trato

intestinal.

Principais funes dos microrganismos na natureza

Alm de seu importante papel como componentes da microbiota

residente de animais e plantas, em nosso dia a dia convivemos com os mais

diversos produtos microbiolgicos naturais tais como: vinho, cerveja,

queijo, picles, vinagre, antibiticos, pes, etc. Paralelamente, no pode ser

deixada de lado a importncia dos processos biotecnolgicos, envolvendo


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engenharia gentica, que permitem a criao de novos microrganismos,

com as mais diversas capacidades metablicas.

Os microrganismos desempenham tambm um importante papel nos

processos geoqumicos, tais como o ciclo do carbono e do nitrognio, sendo

genericamente importantes nos processos de decomposio de substratos e

sua reciclagem. Dentre os compostos utilizados como substrato temos,

alguns de grande importncia atualmente: DDT, outros pesticidas, cnfora,

etc.

O carbono encontra-se na atmosfera primariamente como CO2, sendo

utilizado pelos organismos fotossintetizantes, para sua nutrio.

Virtualmente, a energia para o desenvolvimento da vida na Terra derivada,

em ltima anlise, a partir da luz solar. Esta captada pelas plantas e

microrganismos fotossintetizantes (algas e bactrias), que convertem o CO2

em compostos orgnicos, atravs da reao:CO2 + H2O => (CH2O)n + O2Os herbvoros alimentam-se de plantas e os carnvoros alimentam-se

dos herbvoros.

O CO2 atmosfrico torna-se disponvel para a utilizao na fotossntese

origina-se de duas fontes biolgicas principais: 1) 5 a 10% a partir de

processos de respirao e 2) 90 a 95% oriundos da degradao

(decomposio ou mineralizao) microbiana de compostos orgnicos.

Em termos de ciclo global, h um balano entre o consumo de CO 2 na

fotossntese e sua produo atravs da mineralizao e respirao. Este

balano, no entanto, vem sendo fortemente alterado por atividades

humanas, tais como a queima de combustveis fsseis, promovendo um

aumento da qualntidade de CO2 atmosfrico, resultando no conhecido efeito

estufa.


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A celulose existente nas plantas, embora seja um substrato

extremamente abundante na Terra, no utilizvel pela vasta maioria dos

animais. Por outro lado, vrios microrganismos, incluindo fungos, bactrias e

protozorios a utilizam, como fonte de carbono e energia. Destes

microrganismos, muitos encontram-se no trato intestinal de vriosherbvoros e nos cupins.

Muitos compostos txicos podem ser degradados por microrganismos,

dentre eles, policlorados, DDT, pesticidas.

Outra abordagem que tem se mostrado de grande valia para o homem

refere-se introduo de genes bacterianos em outros organismos (ditos

transgnicos), tais como plantas. Assim, est em franco desenvolvimento a

obteno de plantas transgnicas resistentes a pesticidas ou ao ataque deinsetos.

Microrganismos como agentes de doenas

Os microrganismos, eventualmente provocam doenas no homem, outros

animais e plantas. Apesar dos enormes avanos em relao ao tratamento

de doenas infecciosas, estas vm se tornando novamente um tema

preocupante, em virtude do crescente surgimento de linhagens bacterianas

cada vez mais resistentes s drogas. Atualmente, a Organizao Mundial daSade vem demonstrando crescente interesse nas doenas emergentes e re-

emergentes, de origem infecciosa.

Abaixo apresentamos um quadro cronolgico que deixa clara tais

preocupaes, em relao ao nmero de mortes provocadas por doenas

infecciosas.

(Adaptado do livro Brock Biology of Microorganisms, 10 Ed., 2003)


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Importncia da Microbiologia uma rea da Biologia que tem grande importncia seja como cincia

bsica ou aplicada.

Bsica: estudos fisiolgicos, bioqumicos e moleculares (modelo comparativo

para seres superiores). => Microbiologia Molecular

Aplicada: processos industriais, controle de doenas, de pragas, produo de

alimentos, etc.

reas de estudo:Odontologia: Estudo de microrganismos associados placa dental,

crie dental e doenas periodontais. Estudos com abordagem preventiva.

Medicina e Enfermagem: - Doenas infecciosas e infeces

hospitalares.

Nutrio: - Doenas transmitidas por alimentos, Controle de

qualidade de alimentos, Produo de alimentos (queijos, bebidas).

Biologia: - Aspectos bsicos e biotecnolgicos. Produo deantibiticos, hormnios (insulina, GH), enzimas (lipases, celulases), insumos

(cidos, lcool), Despoluio (Herbicidas - Pseudomonas, Petrleo), Bio-filme

(Acinetobacter), etc.

BIOTECNOLOGIA - Uso de microrganismos com finalidades

industriais, como agentes de biodegradao, de limpeza ambiental, etc.

Um breve histrico da importncia da microbiologia

Efeitos das doenas nas civilizaes

Talvez um dos aspectos mais negligenciados quando se estuda a

microbiologia refere-se s profundas mudanas que ocorreram no curso das


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civilizaes, decorrentes das doenas infecciosas.

De forma geral, as doenas provocavam um abatimento fsico e moral da

populao e das tropas, muitas vezes influenciando no desenrolar e no

resultado de um conflito.

A prpria mobilizao de tropas, resultando em uma aglomerao,

muitas vezes longa, de soldados, em ambientes onde as condies de

higiene e de alimentao eram geralmente inadequadas, tambm colaborava

na disseminao de doenas infecciosas, para as quais nnao exisitam

recursos teraputicos.

Paralelamente, em reas urbanas em franca expanso, os problemas

mencionados acima eram tambm de grande importncia, pois rapidamente

as cidades cresciam, sendo que as instalaes sanitrias geralmente eram

completamente precrias.

Com a prtica do comrcio entre as diferentes naes emergentes,

passou a haver a disseminao dos organismos para outras populaes,

muitas vezes susceptveis a aqueles agentes infecciosos.

Abaixo listaremos, brevemente, um pequeno histrico com alguns exemplos

dos efeitos das doenas microbianas no desenvolvimento de diferentescivilizaes.

O declnio do Imprio Romano, com Justiniano (565 AC), foi acelerado

por epidemias de peste bubnica e varola. Muitos habitantes de Roma foram

mortos, deixando a cidade com menos poder para suportar os ataques dos

brbaros, que terminaram por destruir o Imprio.

Durante a Idade Mdia varias novas epidemias se sucederam, sendo

algumas amplamente disseminadas pelos diferentes continentes e outrasmais localizadas. Dentre as principais molstias pode-se citar: Tifo, varola,

sfilis, clera e peste.

Em 1346, a populao da Europa, Norte da frica e Oriente Mdio era

de cerca de 100 milhes de habitantes. Nesta poca houve uma grande

epidemia da peste, que disseminou-se atravs da rota da seda (a principal


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rota mercante para a China), provocando um grande nmero de mortes na

sia e posteriormente espalhando-se pela Europa, onde resultou em um

total de cerca de 25 milhes de pessoas, em poucos anos.

Novas epidemias da peste ocorreram nos sculos XVI e XVII, sendo que no

sculo XVIII (entre 1720 e 1722), uma ltima grande epidemia ocorreu naFrana, matando cerca de 60% da populao de Marselha, de Toulon,. 44%

em Arles, 30% em Aix e Avignon.

A epidemia mais recente de peste originou-se na China, em 1892,

disseminando-se pela ndia, atingindo Bombaim em 1896, sendo

responsvel pela morte de cerca de 6 milhes de indivduos, somente na

ndia.

Antes da II Guerra Mundial, o resultado das guerras era definido pelasarmas, estratgias e pestilncia, sendo esta ltima decisiva. Em 1566,

Maximiliano II da Alemanha reuniu um exrcito de 80.000 homens para

enfrentar o Sulto Soliman da Hungria. Devido a uma epidemia de tifo, o

exrcito alemo foi profundamente dizimado, sendo necessria a disperso

dos sobrevivente, impedindo assim a expulso das hordes de tribos orientais

da Europa nesta poca.

Na guerra dos 30 anos (1618-1648), onde protestantes se revoltaram

contra a opresso dos catlicos, alm do desgaste decorrente da longa

durao do confronto, as doenas foram determinantes no resultado final.

Na poca de Napoleo, em 1812, seu exrcito foi quase que completamente

dizimado por tifo, disenteria e pneumonia, durante campanha de retirada de

Moscou. No ano seguinte, Napoleo havia recrutado um exrcito de 500.000

jovens soldados, que foram reduzidos a 170.000, sendo cerca de 105.000

mortes decorrentes das batalhas e 220.000 decorrentes de doenasinfecciosas.

Em 1892, outra epidemia de peste bubnica, na China e ndia, foi

responsvel pela morte de 6 milhes de pessoas.

At a dcada de 30, este era quadro, quando Alexander Fleming,

incidentalmente, descobriu um composto produzido por um fungo do gnero


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Penicillium, que eliminava bactrias do gnero Staphylococcus, um

organismo que pode produzir uma vasta gama de doenas no homem. este

composto - denominado penicilina - teve um papel fundamental na desfecho

da II Guerra Mundial, uma vez que passou a ser administrado s tropas

aliadas, enquanto o exrcito alemo continuava a sofrer pesadas baixas nocampo de batalha.

Alm destas epidemias, vale ressaltar a importncia das diferentes

epidemias de gripe que assolaram o mundo e que continuam a manifestar-

se de forma bastante intensa at hoje. Temos ainda o problema mundial

envolvendo a AIDS, o retorno da tuberculose (17 milhes de casos no Brasil)

e do aumento progressivo dos nveis de resistncia aos agentes

antimicrobianos que vrios grupos de bactrias vm apresentandoatualmente.

Morfologia e ultraestrutura bacterianas(Parte 1)

Morfologia: Tamanho, forma e arranjos bacterianos

As bactrias so extremamente variveis quanto ao tamanho e formas queapresentam. At recentemente acreditava-se que as menores bactrias

apresentavam cerca de 0,3 m (ex: Mycoplasma), entretanto, j existem

relatos de clulas menores, denominadas nanobactrias ou

ultramicrobactrias, com tamanhos variando de 0,2 a 0,05 m de dimetro,

sendo algumas inclusive j cultivadas em laboratrio. H ainda controvrsias

quanto a este grupo, pois vrios autores acreditam ser meros artefatos.

Muitas bactrias medem de 2 a 6 m de comprimento, por 1 a 2 m de

largura, mas certamente estes valores no podem ser definidos como

absolutos, pois eventualmente encontramos bactrias de at 500 ou 800

m, como no caso de Epulopiscium ou Thiomargarita.

Em relao s formas, a maioria das bactrias estudadas seguem um padro

menos varivel, embora existam vrios tipos morfolgicos distintos. De

maneira geral, as bactrias podem ser agrupadas em trs tipos morfolgicos


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gerais: cocos, bacilos e espiralados.

Os cocos correspondem a clulas arredondadas, podem se dividir sem um

plano de orientao definido, o que leva a um grande nmero de arranjos

diferentes. Assim temos os cocos isolados, diplococos (Neisseria,pneumococos), tetracocos, sarcinas (cubos contendo 8 clulas),

estreptococos (cocos em cadeia) e estafilococos (cocos formando massas

irregulares).

Microscopia ptica, corada

pelo mtodo de Gram, de cocos

formando cadeias, um arranjo

denominado estreptococos.

Microscopia eletrnica de

varredura das clulas

apresentadas acima.


pelo mtodo de Gram, de cocos

em um arranjo denominado

estafilococos.


varredura das clulas

apresentadas acima.


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Os bacilos tm forma de bastonetes, podendo apresentar

extremidades retas (Bacillus anthracis), arredondadas (Salmonella, E. coli),

ou ainda afiladas (Fusobacterium). Como seu plano de diviso fixo,

ocorrendo sempre no menor eixo, os bacilos exibem uma menor variedade

de arranjos, sendo via de regra encontrados isolados, como diplobacilos ouainda como estreptobacilos. H ainda um arranjo, denominado em

paliada, tambm denominado letras chinesas, que tpico do gnero

Corynebacterium. Tal tipo de arranjo ocorre porque a parede celular desses

organismos dupla e no momento da diviso celular ocorre a ruptura de

apenas uma das camadas, deixando as clulas unidas pela camada de

parede que no se rompeu. Os bacilos podem ainda apresentar-se como

pequenas vrgulas (Vibrio cholerae) ou em forma de meia lua

(Selenomonas).


pelo mtodo de Gram, de bacilos

arranjados dois a dois (diplobacilos).


transmisso, de um bacilo em

processo de diviso celular.

Espiralados: Sua nomenclatura bastante controvertida ainda. Um tipo de

classificao divide os espiralados em dois grupos, osespiroquetas, que

apresentam uma forma de espiral flexvel, possuindo flagelos

periplasmticos. O outro grupo so os espirilos, que exibem geralmente

morfologia de espiral incompleta e rgidos.

Geralmente os espiralados so microrganismos bastante afilados, de difcil

observao por microscopia de campo claro, sendo muitas vezes analisados


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H ainda formas intermedirias como os cocobacilos; formas

pleomrficas (quando o microrganismo no tem uma morfologia padro), tal

como Mycoplasma; ou ainda formas de involuo, originadas quando o meio

encontra-se desfavorvel ao desenvolvimento. Nesses casos, como o

organismo deixa de realizar os processos metablicos (nutrio e divisocelular) adequadamente, este sofre alteraes morfolgicas.

H tambm bactrias apresentando apndices, tais como extenses

celulares na forma de longos tubos ou hastes (prostecas) (Rhodomicrobium

vannielii). Alm destas bactrias, estudos vm revelando a ocorrncia de

bactrias com formas bastante peculiares, tais como clulas estreladas ou

retangulares.

bactria com morfologia

retangular

bactria com morfologia

semelhante a uma estrela

(Adaptado de Tortora et al., Microbiologia, 1998)


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Bactria pedunculada

(Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)

Ultraestrutra Bacteriana

A ultraestrutura bacteriana comeou a ser estudada em maiores

detalhes nas dcadas de 50 e 60, a partir do melhoramento das tcnicas de

microscopia eletrnica. Os procedimentos adotados incluam a lise celular,

seguida de centrifugao para promover a separao dos vrios

componentes subcelulares, que podiam agora ser purificados e analisados

bioquimicamente.

Parede Celular - Estrutura presente na maioria das bactrias conhecidas,

exceto em micoplasmas e algumas Archaea, que no a possuem.

Corresponde a uma das estruturas mais importantes nas clulas bacterianas,

estando localizada na poro mais externa, acima da membrana

citoplasmtica. Devido sua grande rigidez, a parede celular responsvel

pela manuteno da forma do microrganismo. Como o ambiente intracelular bastante concentrado em relao ao meio externo, (variando de 2 a at 10

atm), a parede atua como uma barreira fsica rgida, que mantm a forma

celular, impedindo que a clula estoure em decorrncia do grande turgor.

Alm disso, a parede celular atua como uma barreira de proteo contra

determinados agentes fsicos e qumicos externos, tais como o choque

osmtico. A parede pode ainda desempenhar importante papel em


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Aspecto das paredes celulares de organismos Gram positivos e negativos


Composio da parede celular

Peptideoglicano (murena ou mucopeptdeo): Composto

exclusivamente encontrado no domnio Bacteria, sendo o responsvel pela

rigidez da parede celular. O peptideoglicano corresponde a um enorme

polmero complexo que, em bactrias Gram positivas pode formar at 20

camadas, enquanto em clulas Gram negativas est presente, formando

apenas uma ou duas camadas.

O peptideoglicano corresponde a um esqueleto, formado por dois

derivados de acares, a N-acetilglicosamina (NAG) e o cido N-

acetilmurmico (NAM), unidos alternadamente, atravs de ligaes do tipo

-1,4. O grupo carboxil de cada molcula de NAM liga-se a um

tetrapeptdeo, composto por aminocidos que alternam-se nas configuraes

L e D. Destes aminocidos, o D-glutamato, D-alanina e o cido meso-

diaminopimlico no so encontrados em qualquer outra protena conhecida.

Acredita-se que sua presena confira maior resistncia da parede contra a

maioria das peptidases.


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Assim, em cada resduo de NAM h um tetrapeptdeo associado. A enorme

rigidez da da parede celular resultante das ligaes entre os tetrapeptdeos

de cadeias adjacentes. Neste aspecto, h uma grande diferena entre as

bactrias Gram positivas e negativas. Nas bactrias Gram negativas (Ala-

Glu-DAP-Ala), a ligao entre os tetrapepdeos direta, ocorrendo entre ogrupamento amino do DAP subterminal (posio 3) e o grupamento carboxi

da D-Ala terminal (posio 4). J nas Gram positivas (Ala-Glu-Lys-Ala), a

ligao indireta, sendo mediada por uma ponte interpeptdica de natureza

varivel (cinco glicinas em S. aureus). A anlise das figuras abaixo deixa

clara a grande estruturao do peptdeoglicano, em virtude das inmeras

ligaes cruzadas existentes ao longo da molcula. Assim, devido a esta

complexa estruturao fsica, o peptideoglicano confere rigidez parede,

embora exiba certo grau de elasticidade e tambm porosidade.

peptideoglicano de clulas Gram

positivaspeptideoglicano de clulas Gram

negativasNas bactrias Gram positivas, cerca de 90% da parede celular

composta pelo peptdeoglicano, que geralmente forma cerca de 20 camadas.

O restante da parede composto essencialmente por cido teicico. Nas

bactrias Gram negativas, apenas cerca de 10% da parede corresponde ao

peptideoglicano, existindo geralmente como uma camada nica ou dupla. Os

demais componentes da parede celular de bactrias Gram negativas sero

analisados posteriormente.


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O lipdeo A corresponde poro mais interna da molcula, ancorando o LPS

poro hidrofbica da membrana externa. Este componente corresponde

poro txica do LPS e geralmente composto por cido esterico,

palmtico, mirstico, lurico ou caprico. Estes cidos graxos esto ligados aum dissacardeo de NAcGlicosamina-P. A poro polissacardica localiza-se

acima do lipdeo A, em direo ao exterior, sendo composta por duas

regies, o polissacardeo central e polissacardeo O, que mais externo, de

natureza repetitiva. Em Salmonella, o cerne composto por 10 acares

pouco usuais. Conectado ao cerne, h o Ag O, que geralmente composto

por 3 a 5 acares bastante peculiares e variveis. A natureza destes

acares pode ser modificada pelos microrganismos, resultando em um

mecanismo de evaso do sistema imune. O LPS tambm confere carga

nagativa superfcie celular.

O LPS se associa a protenas, formando a face externa da unidade de

membrana.

A membrana externa apresenta um grupo especializado de protenas,

denominadas genericamente de porinas, que atuam como canais para a

passagem de pequenas molculas hidroflicas, participando assim do

processo de nutrio. As porinas podem ser especficas, contendo stios deligao para 1 ou mais substratos, ou inespecficas, compondo canais

aquosos.

A maioria das porinas correspondem a protenas transmembrnicas, com 3

subunidades idnticas, que formam orifcios de cerca de 1 nm, sendo que,

aparentemente, possuem mecanismos para a abertura e fechamento. Para

algumas substncias, a membrana externa mais restritiva.

Compostos que afetam a Integridade da Parede Celular

Ao da Lisozima na PC: Esta enzima, sintetizada por alguns organismos e

por glndulas endcrinas do homem, age clivando as ligaes do tipo -1,4,

presentes no peptideoglicano. Nas clulas Gram positivas, o tratamento com

lisozima origina protoplastos (clulas sem parede celular), enquanto nas


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Gram negativas, a lisozima origina esferoplastos (clulas com resqucios de

parede celular).

Ao da penicilina na PC: Este antibitico impede a ligao dos

tetrapeptdeos. A droga se liga irreversivelmente s PBPs, que so protenasenvolvidas no processo de biossntese do peptideoglicano. Paralelamente, as

autolisinas, que atuam em conjunto com a maquinaria de biossntese,

passam a degradar pores do peptideoglicano. Como a sntese est

bloqueada, o resultado lquido a formao de uma parede defeituosa.

A Camada S

Algumas bactrias e vrias Archaea apresentam uma camada de natureza

protica ou glicoprotica estruturada (como um piso de tacos), denominada

camada S. Esta camada, as bactrias, encontra-se acima da parede celular e

at o momento, suas funes no se encontram totalmente esclarecidas.

Acredita-se que esta camada proteja a clula contra flutuaes osmticas,

de pH e ons, alm de auxiliar na manuteno da rigidez da parede. Alguns

autores especulam que a camada S pode mediar a ligao dos orgnaismos a

superfcies.

Microscopia eletrnica de uma clula contendo a camada S.

(Adaptado de Prescott et al., 2002)


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Micrografia eletrnica de

varredura de bacilos apresentando

fmbriasEsquema ilustrando a organizao

estrutural de uma fmbria, assinalando a

presena de molculas do tipo adesina,

situadas na extremidade da estrutura(Adaptado de An Electronic Companion to Microbiology)

Muitas bactrias podem ainda apresentar outro tipo de apndice,

denominado pilus F ou fmbria sexual, o qual exibe semlhanas estruturais

com as fmbrias. No entanto, este tipo de fmbra normalmente encontrado

em um menor nmero nas clulas, variando de 1 a 10. O pilus F

corresponde a uma estrutura bastante longa e menos rgida que as fmbrias

convencionais, estando envolvido no reconhecimento de outras bactrias,

em um processo de transferncia de genes denominado conjugao.

Micrografia eletrnica colorizada, revelando a longa fmbria sexual (pilus F).

Observar tambm a presena de fmbrias.Atualmente, diferentes tipos diferentes de fmbrias vm sendo

descritos, sendo vrios destes associados adeso, ou virulncia.

Bactrias Gram positivas podem, muitas vezes, apresentar estruturas

fibrilares (diferentes de fmbrias) em sua superfcie, provavelmente tambm


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Bactria peritrquia

(Adaptado de Tortora et al., 1998 -

Microbiology)

Bactria peritrquia

(Adaptado de Tortora et al., 1998 - Microbiology)

Estrutura - Estruturalmente, o flagelo pode ser subdivido em 3 regies:

filamento, corpo basal e gancho, sendo estas duas ltimas importantes para

a insero e movimento do filamento. O filamento dos flagelos apresenta

estrutura helicoidal, com comprimento de onda constante para cada espcie.Este corresponde a um cilindro longo e oco, composto por unidades

repetitivas de uma protena denominada genericamente de flagelina, que

pode variar de 30 a 60 kDa, dependendo do microrganismo. Sua

extremidade distal revestida por uma protena seladora. Algumas bactrias

apresentam bainhas de diferentes naturezas revestindo o filamento, tal

como em Vibrio cholerae, ou Bdellovibrio. O gancho apresenta maior

espessura que o filamento, sendo composto por diferentes subunidadesproticas. O corpo basal corresponde poro mais complexa do flagelo,

apresentando 4 anis ligados a um basto central em bactrias Gram

negativas, enquanto em Gram positivas so observados apenas 2 anis. Os

anis externos L e P associam-se ao LPS e peptidioglicano, respectivamente,

enquanto os anis S e M esto associados membrana citoplasmtica.

Esquema da estrutura dos flagelos bacterianos, em clulas


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MotB, que formam um canal de prtons, sendo que MotB tambm ancora o

complexo ao peptideoglicano.

Esquema ilustrando a movimentao de bactrias peritrquias

(Adaptado de Tortora et al., 1998 - Microbiology)

Flagelos periplasmticos - Estes flagelos so encontrados apenas nos

espiroquetas (sendo muitas vezes denominados de filamentos axiais). Como

o prrpio nome indica, estes flagelos situam-se no periplasma, localizando-

se abaixo da membrana externa destas bactrias. Os flagelosperiplasmticos originam-se a partir dos polos celulares, voltando-se em

direo ao centro da clula, envolvendo a membrana citoplasmtica do

corpo bacteriano.

Micrografia

eletrnica colorizada, revelando os

flagelos periplasmticos (amarelo)

(Adaptado de Tortora et al., 1998 -

Microbiology)

Micrografia eletrnica revelando o flagelo

periplasmtico, situado abaixo da membrana

externa

(Adaptado de An Electronic Companion to

Microbiology)


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periplasmtico. O periplasma pode atingir de 1 a cerca de 70 nm de espessura,

correspondendo a at 40% do volume total da clula.

Em Gram negativas, tem grande importncia, pois vrias enzimas e outras protenas

esto localizadas, incluindo hidrolases, protenas de ligao envolvidas no transporte e

quimiorreceptores. Bactrias quimiolitotrficas e denitrifcantes apresentam muitas vezesprotenas transportadoras de eltrons no periplasma, outras apresentam enzimas envolvidas na

sntese de peptideoglicano. A presena do periplasma bactrias Gram positivas ainda motivo

de controvrsias, devido ao enorme potencial secretor que este grupo apresenta.

Membrana Citoplasmtica -Estrutura delgada, com cerca de 8 nm, composta por uma

bicamada fosfolipdica (podendo apresentar 7 tipos de fosfolipdeos diferentes), entremeada de

protenas (cerca de 200 tipos distintos), atuando como importante barreira osmtica, altamente

seletiva. Normalmente, as membranas de organismos procariotos apresentam maiores

concentraes de protenas que as membranas eucariticas, tendo em vista a ausncia deorganelas citoplasmticas nas bactrias.

A bicamada fosfolipdica composta por glicerol ligado a duas cadeias de cidos

graxos, atravs de ligaes do tipo ster, com protenas entremeadas. Tanto as protenas

como os fosfolipdeos podem mover-se lateralmente ao longo da membrana. Esta

estabilizada principalmente por interaes hidrofbicas e por pontes de H.

Paralelamente, os ons Ca+2 e Mg+2 tambm participam, interagindo ionicamente com as

cargas negativas dos fosfolipdeos.Via de regra, os fosfolipdeos bacterianos contm cidos graxos com cadeias no ramificadas

de 16 a 18 tomos de carbono. Esta composio pode ser varivel, de acordo com as

condies ambientais. Assim, quando cultivadas em temperaturas baixas, h um aumento da

proporo de cidos graxos insaturados, aumentando consequentemente a fluidez da

membrana. Por outro lado, aumetando o grau de saturao, as cadeias tornam-se mais rgidas,

pois as molculas tm maior capacidade de associao.


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Grnulos de poliidroxibutirato


Os magnetossomos so partculas intracelulares de magnetita (Fe3O4), que originam um

dipolo magntico na clula, que pode responder aos campos geomagnticos. Estes foram

descritos em algumas bactrias aquticas e algas. Outras bactrias aquticas apresentam

vesculas de gs, que conferem mobilidade nas diferentes camadas de gua. So estruturas

em forma de fuso, ocas, compostas por protenas, tendo tamanhos variveis (30 - 300 nm de

dimetro e at 1000 nm de comprimento). Consistem de um orifcio oco envolto por uma

membrana (armao) protica extremamente delgada (2 nm). Nesta membrana encontram-se

por 2 tipos de protenas que originam uma estrutura rgida, impermevel agua e permevel a

gases. A protena predominante tem cerca de 7.5 kDa, contendo 50% de resduos de

aminocidos hidrofbicos (Ala, Val, Leu, Ile), provavelmente voltados para o interior dapartcula, evitando a entrada de gua.

Clulas apresentandomagnetossomos em seu interior(corpsculos negros enfileirados)

(Adaptado de Prescott et al., Microbiology, 2000)

Preparao de magnetossomos(Adaptado de Prescott et al., Microbiology,

2000)


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As caractersticas apresentadas por alguns dos membros deste domnio parecem refletir

as condies primitivas da Terra, quando tal domnio comeou a evoluir como um ramo

filogenticio distinto. Ao que parece, vrias archaea conservaram mais do que as eubactrias

estas caractersticas fisiolgicas primitivas, o que seria responsvel pela distribuio atual no

planeta.

Assim, as archaea compreendem um grupo heterogneo de microrganismos que podem

ser caracterizados, em sua maioria, como habitantes de ambientes inspitos, geralmente

crescendo em condies consideradas at ento como extremas e limtrofes para a vida.

Classificao das Archaea

Atualmente, considera-se que este domnio apresente trs filos: Crenarchaeota,

Euryarchaeota e Korarchaeota.

rvore filogentica do domnioArchaea

(Adaptado de Madigan et al., 2003 - Brock Biology of Microorganisms)

O filo Crenarchaeota, separa-se muito prximo da raiz da rvore universal, sendo

composto por organismos hipertermfilos (Thermoproteus, Pyrolobus e Pyrodictium),

compreendendo os organismos capazes de crescer nas maiores temperaturas conhecidas.

Estes hipertermfilos so, em sua maioria, quimiolitotrficos autotrficos, sendo entoclassificados como produtores primrios. Neste grupo h tambm organismos isolados (mas

ainda no cultivados em laboratrio) de ambientes frios, tais como guas ocenicas.


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A metanocondroitina um polmero de 4 acares (galactosamina, cido glucornico,

N-acetil-galactosamina e glicose), muito semelhante ao tecido conectivo animal, composto por

sulfato de condroitina.

Aquelas archaea que coram-se como Gram negativas podem ter paredes compostas

por protenas, polissacardeos ou glicoprotenas. As paredes proticas podem variar entre si,podendo ser do tipo monocamada de natureza cristalina, ou policamadas, de protenas

tubulares. As glicoprotenas so tambm comuns, muitas vezes contendo grandes quantidades

de aminocidos carregados negativamente. As halobactrias so um exemplo do modelo

descrito acima, onde as cargas negativas da parede interagem com os ons Na + do ambiente,

estabilizando a parede.

O gnero Halococcus apresenta a parede celular composta por um

heteropolissacardeo altamente sulfatado, nunca observado em qualquer outro ser vivo.

Eventualmente, algumas archaea exibem uma camada protica adicional ao redor da

parede celular, ou compondo a prpria parede, denominada camada S, em um estado

cristalizado.

Membrana Citoplasmtica: corresponde a uma estrutura nica, apresentando

composio qumica e arranjo totalmente diferentes das membranas citoplasmticas de quase

todas as bactrias e de todos eucariotos.

Membrana Bacteria Archaea Eucarya

Contedo protico alto alto baixo

Composio lipdica fosfolipdeos

Sulfolipdeos,

glicolipdeos,

hidrocarbonetos

ramificados, isoprenoides,

fosfolipdeos

Fosfolipdeos

Estrutura dos

lipdeoscadeia linear cadeia ramificada cadeia linear

Ligao dos lipdeos ster ter (di e tetraeter) ster

As membranas de archaea geralmente apresentam um alto contedo protico e vrios lipdeos:

glicolipdeos, sulfolipdeos, fosfolipdeos (raros) e lipdeos apolares do tipo isopreno. A

presena de hidrocarbonetos ramificados aumenta a fluidez da membrana, uma vez que

dificultam a formao de estruturas cristalinas. Dentre os principais lipdeos esto aqueles do

tipo glicerol-ter-isopreno (hidrocarbonetos de 20, 25 ou 40 Carbonos).


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Assim, pode-se notar que muitas archaea exibem metabolismo quimioautotrfico.

Ecologia de archaea

Embora inicialmente fossem consideradas organismos restritos a ambientes extremos,

muitas archaea vm sendo isoladas de ambientes favorveis aos demais organismos

procariticos e eucariticos. No entanto, dentre as vrias archaea descritas at o momento, a

maioria encontrada em poucos ambientes especializados terrestres e aquticos, tais como

lagos extremamente salinos, ambientes estritamente anaerbios e/ou ambientes extremamente

quentes. At pouco tempo, a menor temperatura onde foi possvel se fazer o cultivo in vitro de

archaea era de 30C.

Dados recentes indicam, por outro lado, que este grupo de microrganismos pode

tambm ser isolado de ambientes frios. Atualmente sabemos que estes organismos so

importantes membros da microbiota aqutica de regies frias do planeta. Ao que parece, asarchaea podem corresponder a at 34% da biomassa procaritica das guas costeiras

superficiais da Antrtida.

De maneira geral, e pelo fato da maioria das archaea conhecidas serem isoladas de

ambientes quentes, salinos e/ou anaerbios, este domnio didaticamente dividido em trs

grandes grupos: termoflicos, halfilos e metanognicos.

No entanto, vale ressaltar mais uma vez que dados mais recentes comprvam a ampla

distribuio geogrfica e ecolgica desse grupo de organismos.

Termofilia: Sabe-se que vrias archaea tm temperatura tima superior a 80C e

temperatura mxima de crescimento acima de 100C (Pyrodictium brockiitem timo de 105C

e Pyrolobus fumariide 106C, embora cresa em at 113C). Ainda no se sabe at onde pode

ir esta faixa de temperatura.

Pyrolobus fumariifoi isolado de uma fenda no Oceano Atlntico, a uma profundidade de

3.650 metros, crescendo em uma faixa de temperatura de 90 a 113C, pH de 4 a 6.5 e

concentraes de NaCl variando de 1 a 4%. Experimentos realizados em laboratrio mostram

que culturas na fase exponencial de crescimento sobrevivem ao tratamento em autoclave

(121C) por 1 hora.

A termofilia requer adaptaes fisiolgicas especializadas, pois as protenas e cidos

nuclicos no podem ser desnaturados e a membrana deve manter-se funcional nestas

temperaturas.


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Molibdnio: presente em certas enzimas como a nitrato redutase assimilativa.

Cobre: importante para enzimas respiratrias.

Mangans:ativador de muitas enzimas.

Nquel: presente em hidrogenases.

Fatores de crescimento: correspondem a compostos orgnicos especficos, que so

necessrios em quantidades muito pequenas devido incapacidade das clulas os

sintetizarem (vitaminas, aminocidos, purinas e pirimidinas), os quais so geralmente

fornecidos como componentes dos meios de cultura (peptonas, extrato de levedura) utilizados

para o crescimento in vitro dos microrganismos. Na natureza, tais fatores so normalmente

encontrados nos hbitats naturais dos microrganismos. Por exemplo, bactrias do gnero

Porphyromonas requerem vitamina K como fator de crescimento, sendo esta fornecida pelo

prprio hospedeiro eucarioto.

As vitaminas correspondem ao fator de crescimento mais comum para os

microrganismos. Estas so definidas como compostos orgnicos necessrios em pequenas

quantidades, para o crescimento e funes no relacionadas nutrio, atuando na maioria

das vezes como parte de coenzimas. Esto descritas abaixo algumas das funes

desempenhadas pelas principais vitaminas requeridas pelos microrganismos:

biotina - Biossntese de cidos graxos, b-decarboxilaes, fixao de CO2;

tiamina (B1) - a-decarboxilaes e transcetolase

piridoxina (B6) - transformaes de aminocidos e ceto cidos


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cobalamina (B12) - reduo e transferncia de fragmentos nicos de carbono, sntese de

desoxirribose.

As bactrias dos gneros Streptococcus e Lactobacillus tm uma necessidade por

vitaminas maior do que aquela exibida pelo homem.

O processo de nutrio em procariotos

Nos procariotos contendo parede celular os processos de nutrio ocorrem atravs da

absoro dos nutientes, a partir do ambiente externo. Entretanto, devido s caractersticas

diferenciais na composio e estrutura da parede celular dos organismos Gram positivos e

Gram negativos, este processo apresenta algumas diferenas nestes dois grupos de

organismos.

Nutrio em Gram positivos: Estas bactrias caracterizam-se por sintetizar uma srie

de exoenzimas, as quais so liberadas no meio, clivando os nutrientes, que so capatados por

protenas transportadoras. Os fungos (clulas eucariticas), posuem um sistema de nutrio

semelhante ao das bactrias Gram positivas, nutrindo-se pela absoro, aps a clivagem

extracelular de compostos complexos.

Nutrio em Gram negativos

Papel da parede celular em Gram negativas

A parede celular das bactrias Gram positivas composta por vrias camadas depeptdeoglicano, enquanto nas Gram negativas observa-se uma maior complexidade qumica e

estrutural da parede, decorrente da presena de camadas lipoprotica e lipopolissacardica,

localizadas externamente camada de peptdeoglicano, originando a membrana externa. Estas

diferenas, por si s, contribuem em grande parte s diferenas observadas na forma de

captao dos nutrientes.

Devido presena de uma membrana externa de carter hidrofbico (LPS), as

bactrias Gram negativas apresentam um grande nmero de porinas associadas camada

lipopolissacardica. As porinas correspondem a protenas, formadas por trs subunidades

idnticas, que originam um canal de cerca de 1 nm de dimetro, cujo mecanismo de abertura e

fechamento permanece ainda desconhecido. Desta forma, as porinas permitem a passagem de

molculas hidroflicas, de baixa massa molecular.


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Estas protenas podem atuar de forma inespecfica, formando canais aquosos, ou

especfica, exibindo stios de ligao para substratos de at 5 kDa, ou ainda, acopladas a

protenas transportadoras.

Papel das protenas periplasmticas em bactrias Gram negativas

O periplasma corresponde poro celular localizada entre a membrana plasmtica e a

membrana externa, geralmente exibindo constituio gelatinosa, provavelmente devido ao

grande nmero de enzimas e protenas presentes, assim como pela prpria presena do

peptdeoglicano e lipoprotenas. De forma geral, so encontrados trs tipos de protenas no

periplasma de clulas Gram negativas: hidrolases, que atuam na degradao inicial dos

nutrientes;protenas de ligao, que iniciam os processos de transporte e os quimioreceptores,

envolvidos em processos de quimiotaxia. O transporte inicial das molculas para o citoplasma,

a partir do periplasma, um processo que requer gasto energia, por meio da utilizao de ATP.

Papel da membrana citoplasmtica na nutrio de Gram positivos e negativos

A membrana citoplasmtica, estrutura vital para qualquer tipo de clula, uma barreira

que separa o contedo celular do meio externo. A membrana corresponde a uma barreira

altamente seletiva, permitindo que as clulas concentrem metablitos especficos em seu

interior. No domnio Bacteria, a membrana apresenta-se como uma bicamada fosfolipdica,

contendo protenas dispersas por toda sua superfcie. A estutura global da membrana

estabilizada atravs de interaes do tipo pontes de hidrognio, interaes hidrofbicas e pela

presena de ons Ca++

e Mg++

, os quais se combinam com as cargas negativas dosfosfolpides. Embora em archaea, a membrana apresente estrutura totalmente distinta,

podendo ser do tipo bicamada ou monocamada, muitas vezes desprovida de fosfolipdeos, tal

estrutura desempenha os mesmo papis fisolgicos descritos para as membranas de qualquer

ser vivo.

Assim, a membrana tem papel essencial nos processos de nutrio procaritica, uma

vez que todos os nutrientes e produtos de degradao devem atravess-la. Devido sua

permeabilidade seletiva, a maioria das molculas so incapazes de simplesmente atravessar a

membrana de forma passiva. Ao contrrio, estas devem ser ativamente transportadas atravsda membrana.

O interior de uma clula procaritica consiste em uma soluo aquosa hipertnica em

relao maioria dos hbitats onde os procariotos so geralmente encontrados. Assim, a gua

tem a capacidade de passar livremente para o citoplasma, pelo processo de osmose. Outros

compostos, tais como pequenas substncias apolares e lipossolveis (cidos graxos, lcoois,

benzeno) so capazes de solubilizar-se na membrana e entrar na clula. Molculas carregadas


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como ons, aminocidos, compostos polares, devem ser transportados especificamente uma

vez que, devido sua natureza, no so capazes de atravessar a membrana.

Processos de transporte atravs da membrana

A presena de protenas transportadoras na membrana permite que a clula capte

compostos que naturalmente no penetrariam na clula, devido natureza semi-permevel da

membrana. Estas protenas podem ser agrupadas em trs classes: uniportadoras,

simportadoras e antiportadoras.

As protenas uniportadoras so aquelas que que transportam uma nica substncia de

um lado para outro da membrana. As duas outras classes so descritas como

cotransportadoras, uma vez que para transportar uma substncia qualquer, necessitam

transportar outra, concomitantemente. As simportadoras so aquelas que carreiam ambos os

compostos em uma mesma direo enquanto nas antiportadoras o transporte se d emdirees opostas.

Este tipo de transporte, mediado por protenas, permite clula apresentar

concentraes internas de determinados compostos superiores quelas encontradas no meio

externo.

Uma das principais caractersticas do processo de transporte mediado por protenas

reside na sua elevada especificidade, assim, determinados transportadores carreiam apenas

um nico tipo de molcula, embora a maioria apresente afinidade por uma classe de molculas

Tipos de transporte mediado por protenas

Difuso facilitada

Neste tipo de processo, a ligao do nutriente protena transportadora induz uma

mudana de conformao na protena, formando um canal pelo qual o nutriente tem acesso ao

citoplasma. Embora haja a participao de transportadores neste processo, a ao das leis das

massas impede que ocorra a formao de um gradiente de concentrao, mantendo assim as

concentraes intra e extracelular semelhantes.

Este processo de difuso mediada por transportadores denominado difuso facilitada, o qual

no envolve gasto de energia.

Os mecanismos descritos a seguir caracterizam-se por requerem um gasto de energia,

uma vez que estes permitem um acmulo dos compostos transportados no interior da clula.

Desta forma, estes mecanismos envolvem o transporte contra um gradiente de concentrao,


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sendo a energia necessria para o bombeamente dos compostos para o interior da clula.

Nestes casos, a energia pode advir da clivagem de ATP ou pela dissipao de gradientes de

prtons ou ons Na+ atravs da membrana. Este gradiente inico estabelecido durante

reaes que liberam energia e podem ser utilizados como fonte potencial de energia para a

captao de nutrientes contra um gradiente de concentrao.

Translocao de grupo

Neste tipo de transporte, o nutriente sofre uma alterao qumica durante sua passagem

atravs da membrana. Uma vez que o produto translocado para o interior da clula agora

diferente daquele presente no meio externo, no h a formao de um gradiente de

concentrao.

Molculas de acares tais como glicose, frutose, N-acetilglicosamina, purinas e pirimidinas

so exemplos de translocao de grupo, sendo fosforiladas durante o processo pelo sistema

fosfotransferase.

Em E. coli, o sistema fosfotransferase composto por 24 protenas, sendo 4

necessrias para o transporte de um dado acar.

O sistema fosfotransferase tem tambm papel na regulao do transporte dos acares, uma

vez que na presena de glicose e outro acar, o sistema fosforila preferencialmente as

molculas de glicose.

Tranporte ativo

Alguns acares, a maioria dos aminocidos, vrios ons inorgnicos e cidos orgnicos

so transportados atravs deste tipo de mecanismo. A energia necessria para efetuar os

processos advm ou do ATP ou, mais comumente, da formao de um gradiente de prtons

(ons hidrognio) por toda a membrana, denominado fora prton motiva. Como resultado, a

membrana fica energizada e este potencial eletroqumico responsvel pela captao dos

nutrientes.

Cada transportador tem stios especficos tanto para o substrato como para os prtons.

Com a entrada do nutriente, o prton tambm atravessa e membrana e com isso vai diminuindoo gradiente e a fora motiva.

Ctions tipo K+ podem ser transportados ativamente por uniportadores, em resposta

diferena de cargas, uma vez que o interior da clula fica carregado negativamente.

Os nions provavelmente so transportados juntamente com prtons, por

simportadores. Molculas no carregadas, como aminocidos ou acares, so transportadas

tambm por simportadores, juntamente com um ou mais prtons.


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Alm da fora motora resultante do gradiente de prtons, o transporte ativo tambm pode ser

executado utilizando a energia liberada pela hidrlise de ATP, como no caso do transporte de

maltose em E. coli.

A Cultura de microrganismos in vitro: A partir do conhecimento dos requerimentos

nutricionais, podem ser confeccionados meios que permitam o crescimento microbiano in vitro.

Cultura pura: corresponde a uma cultura contendo um nico tipo de organismo. Esta

importante, uma vez que permite o estudo dos microrganismos isoladamente. Para isso,

precisamos conhecer as necessidades nutricionais e ambientais dos microrganismos.

Os meios de cultura consistem em meios aquosos, adicionados de nutrientes e,

eventualmente, gar (polissacardeo = ster sulfato de galactana, retirado de algas - Gelidium),

caso se deseje a consistncia slida. H duas classes de meios: os quimicamente definidos

(sintticos) e os indefinidos (complexos). Tipos de meios em relao consistncia: Lquidos,Semi-slidos e Slidosn Tipos de meios, quanto composio: Simples, Enriquecidos,

Seletivos, Diferenciais.

Crescimento microbiano

Introduo ao Crescimento Microbiano

Em microbiologia, o termo crescimento refere-se a um aumento do nmero de clulas e

no ao aumento das dimenses celulares.

Crescimento Populacional: definido como o aumento do nmero, ou da massa

microbiana.

A taxa de crescimento a variao no nmero ou massa por unidade de tempo. O

tempo de gerao o intervalo de tempo necessrio para que uma clula se duplique. O tempo

de gerao varivel para os diferentes organismos, podendo ser de 10 a 20 minutos at dias,

sendo que em muitos dos organismos conhecidos, este varia de 1 a 3 horas. O tempo de

gerao no corresponde a um parmetro absoluto, uma vez que dependente de fatores

genticos e nutricionais, indicando o estado fisiolgico da cultura. O tempo de gerao pode

ser calculado quando uma cultura encontra-se em fase exponencial, pela frmula abaixo:

N=No.2n, onde N= nmero final de clulas, No= nmero inicial de clulas, n= nmero de

geraes.


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n= log(N) - log(No)/0.301

g = t/n , onde g= tmpo de gerao, t= tempo de crescimento e n= determinado acima.

Medidas do crescimento microbiano

O crescimento dos microrganismos pode ser mensurado por diferentes tcnicas, tais

como pelo acompanhamento da variao no nmero ou peso de clulas, por exemplo. Dentre

as diferentes tcnicas utilizadas, descreveremos alguns exemplos.

Contagem total de clulas: esta metodologia envolve a contagem direta das clulas

em um microscpio, seja de amostras fixadas (e coradas) ou analisadas a fresco, (sendo

aplicados cerca de 10 l da suspenso, na maioria dos casos), utilizando-se cmaras de

contagem. A contagem direta uma tcnica rpida, mas tem como principais limitaes a

impossibilidade de distino entre clulas vivas e mortas (o que pode ser contornado pelo uso

de corantes vitais, para leveduras) e contagens errneas, devido s pequenas dimenses dealgumas clulas, ou pela formao de agregados celulares.

Em preparaes no coradas, deve-se utilizar microscpio de contraste de fase, o qual

deve ser empregado apenas quando as clulas no esto muito diludas (


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Contagem de viveis: Procedimento tambm conhecido como contagem em placa,

que estima o nmero de clulas viveis (isto , capazes de se reproduzir) em uma amostra.

Esta metodologia envolve a coleta de alquotas de uma cultura microbiana em diferentes

tempos de crescimento, as quais so ento inoculadas em meio slido. Aps a incubao dos

meios, geralmente por uma noite, o nmero de colnias contado. Como uma colnia

normalmente originada a partir de um organismo, o total de colnias que se desenvolvem nomeio corresponde ao nmero de clulas viveis presentes na alquota analisada. Esta tcnica

deve sempre realizada empregando-se vrias dilues (100 a 104 clulas) das amostras. A

contagem de viveis pode ser feita pela semeadura em superfcie ou em profundidade ("pour

plate"). Geralmente o volume a ser inoculado no deve ultrapassar 0,1 ml, para evitar a

confluncia das colnias. Se a tcnica de semeadura em profundidade for utilizada, pode-se

inocular de 0,1 a 1,0 ml de clulas. Esta tcnica precisa quando o nmero de colnias (ou

placas de lise, no caso de partculas virais ) contadas situa-se entre 30 e 300 e quando as

condies culturais e ambientais esto adequadas para os microrganismos analisados. Este

tipo de contagem est sujeito a grandes erros (agregados, duas clulas prximas, originando

uma colnia), que podem ser minimizados pela realizao de triplicatas para cada diluio.

Esta metodologia amplamente utilizada, exibindo elevada sensibilidade, detectando baixos

nmeros de clulas e permitindo tambm a contagem de diferentes tipos de microrganismos,

pelo emprego de meios seletivos (meios que favorecem o crescimento de um determinado tipo

ou grupo de organismo) e/ou seletivos e diferenciais (meios que alm de favorecerem o

desenvolvimento de um tipo ou grupo de organismo, tambm permite sua distino, a partir de

alguma caracterstica fenotpica).

Tambm podem ser usadas membranas filtrantes, onde os lquidos so filtrados e as

membranas colocadas diretamente sobre os meios de cultura.


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Anlises qumicas: A partir da quantificao de protenas ou de nitrognio, ou por meio

da anlise de diferentes atividades metablicas.

Nmero Mais Provvel (NMP): Amplamente utilizado em laboratrios de microbiologia

de alimentos ou ambiental, na quantificao de microrganismos em gua, leite e outros

produtos. Esta metodologia basicamente utilizada para a pesquisa de coliformes totais ecoliformes fecais, que so microrganismos indicadores de poluio fecal, o que pode ter como

consequncia a presena de outros organismos, tais como protozorios e vrus. Esta tcnica foi

desenvolvida aps anlises estatsticas complexas. A determinao do NMP realizada

inoculando-se 3 sries de 5 tubos, com 10, 1 e 0,1 ml da gua ou do produto homogeneizado

em soluo salina, em meios seletivos para coliformes totais contendo tubos de Durham

invertidos em seu interior. Estes so incubados por 48 hs/37C sendo ento analisados quanto

ao crescimento e presena de gs no interior dos tubos de Durham.

Tal resultado considerado como positivo para a presena de coliformes totais.Amostras dos tubos positivos so ento repicados para caldos seletivos para coliforme fecais,

tambm contendo tubos de Durham, os quais so incubados por mais 24 ou 48 hs a 42C. De

todos os tubos positivos faz-se uma semeadura em placa com meio seletivo e posterior

identificao bioqumica. De acordo com o nmero de tubos que apresentam gs determina-se

o NMP, pela consulta de uma tabela desenvolvida por Hoskins (1934). Este um teste apenas

presuntivo para a presena de coliformes.

Curva de crescimento (cultura descontnua)

Quando uma cultura microbiana desenvolve-se em um sistema fechado, pode-se confeccionar

uma curva de crescimento. Esta pode ser dividida em diferentes etapas: lag, log, estacionria e

de declnio.

Curva de Crescimento Padro, em um sistema fechado


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Lag: perodo varivel, onde ainda no h um aumento significativo da populao. Ao

contrrio, um perodo onde o nmero de organismos permanece praticamente inalterado.

Esta fase apenas observada quando o inculo inicial proveniente de culturas mais antigas.

A fase lag ocorre porque as clulas de fase estacionria encontram-se depletadas de vrias

coenzimas essenciais e/ou outros constituintes celulares necessrios absoro dos nutrientes

presentes no meio.

A fase lag tambm observada quando as clulas sofrem traumas fsicos (choque

trmico, radiaes) ou qumicos (produtos txicos), ou quando so transferidas de um meio rico

para outro de composio mais pobre, devido a necessidade de sntese de vrias enzimas.

Assim, durante este perodo observa-se um aumento na quantidade de protenas, no peso seco

e no tamanho celular.

Log ou exponencial: nesta etapa, as clulas esto plenamente adaptadas, absorvendo

os nutrientes, sintetizando seus constituintes, crescendo e se duplicando. Deve ser levado emconta tambm que neste momento, a quantidade de produtos finais de metabolismo ainda

pequena. A taxa de crescimento exponencial varivel, de acordo com o tempo de gerao do

organismo em questo. Geralmente, procariotos crescem mais rapidamente que eucariotos.

Nesta fase so realizadas as medidas de tempo de gerao. Geralmente, ao final da fase log,

as bactrias passam a apresentar fentipos novos, decorrentes do processo de comunicao

denominado "quorum sensing".

Estacionria: Nesta fase, os nutrientes esto escasseando e os produtos txicos esto

tornando-se mais abundantes. Nesta etapa no h um crescimento lquido da populao, ou

seja, o nmero de clulas que se divide equivalente ao nmero de clulas que morrem. Na

fase estacionria que so sintetizados vrios metablitos secundrios, que incluem antibiticos

e algumas enzimas. Nesta etapa ocorre tambm a esporulao das bactrias.

Foram detectados alguns genes (sur) que so necessrios sobrevivncia das clulas

na fase estacionria. Alm destes, existem outros genes (fatores s alternativos da RNA

polimerase, protenas protetoras contra dano oxidativo).

Declnio: A maioria das clulas est em processo de morte, embora outras aindaestejam se dividindo. A contagem total permanece relativamente constante, enquanto a de

viveis cai lentamente. Em alguns casos h a lise celular.

Culturas descontnuas tendem a sofrer mutaes que podem repercutir na populao como um

todo. As prprias condies ambientais tendem a promover variaes de carter fenotpico

(reversvel) nas culturas.


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Crescimento em culturas contnuas: tcnica muito usada nos processos industriais

de obteno de produtos microbiolgicos. Nestes casos, tem-se o interesse em manter as

clulas em fase log ou estacionria. Utilizam-se fermentadores ou quimiostatos, que permitem

um crescimento em equilbrio dinminco, havendo assim um controle da densidade

populacional e da taxa de crescimento. Estes so respectivamente controlados pela

concetrao do nutriente limitante (fonte de C ou N) e pela taxa de fluxo (taxa de diluio). Embaixas concentraes do nutriente limitante, a taxa de crescimento proporcional

concentrao do nutriente (que virtualmente zero).

Crescimento sincronizado: inicialmente obtido por processos que retardavam a

sntese de DNA. Atualmente, utiliza-se mtodos de separao mecnica das clulas menores,

recm-divididas. Pode ser feita pela filtrao em vrios papis de filtro, que retm clulas

maiores, em fase de diviso.

Efeito dos fatores ambientais no crescimento

O crescimento dos microrganismos grandemente afetado pelas condies fsicas e

qumicas do ambiente onde se encontram, sendo que estas podem influir positivamente ou

negativamente de acordo com o microrganismo em questo.

Temperatura: Corresponde a um dos principais fatores ambientais que influenciam o

desenvolvimento bacteriano. A medida que h um aumento da temperatura, as reaes

qumicas e enzimticas na clula tendem a tornar-se mais rpidas, acelerando a taxa de

crescimento. Entretanto, em determinadas temperaturas inicia-se o processo de desnaturaode protenas e cidos nuclicos, inviabilizando a sobrevivncia celular.

Assim, todos os microrganismos apresentam uma faixa de temperatura onde

desenvolvem-se plenamente. Nesta faixa de temperatura podemos determinar as temperaturas

mnima, tima e mxima (temperaturas cardeais), para cada microrganismo. A temperatura

mxima provavelmente reflete os processos de desnaturao mencionados acima, enquanto os

fatores que determinam a temperatura mnima ainda no so bem conhecidos, embora

certamente a fluidez da membrana seja um dos fatores determinantes destes nveis trmicos

baixos.


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Temperaturas cardeais dos microrganismos(Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)

Dentre os diferentes microrganismos observa-se uma ampla variedade de faixas de

temperatura, onde para alguns o timo encontra-se entre 5 e 10C, enquanto para outros de

90 a 100C. Assim, os microrganismos podem ser classificados em quatro grupos, de acordo

com os timos de temperatura: psicrfilos (0 a 20C, timo de 15C - Flavobacterium),

mesfilos (12 a 45C, 37C - E. coli), termfilos (42 a 68C, 62C - Thermococcus), e

hipertermfilos (80 a 113C, 105C - Pyrodictium brockii).

Tipos de bactrias em relao temperatura


Psicrfilos: os ambientes frios so predominantes na Terra (oceanos, polos, solos)

entretanto este grupo (bactrias, fungos e algas) muito pouco estudado. Destes, os mais


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conhecidos so as algas que crescem sob o gelo ou em geleiras ( Chlamydomonas nivalis),

dando colorao vermelha.

H os microrganismos psicrotolerantes que so aqueles cujo timo encontra-se entre

20 e 40C e que sobrevivem a 0C. So um grupo amplo (bactrias, fungos, algas e

protozorios) que podem contaminar alimentos e outros substratos refrigerados.

Mesfilos: crescem numa faixa de 20 a 40C, com um timo em torno de 37C, sendo

os principais microrganismos encontrados em animais de sangue quente.

Termfilos e Hipertermfilos: timos de 45 e 80C, respectivamente. So

encontrados nos solos, silagem, fontes termais e no fundo ocenico, em fontes. Geralmente

so procariotos, sendo as Archaea as mais resistentes, apresentando enzimas e protenas

termoestveis, provavelmente devido substituio de aminocidos, conferindo um novo

folding. Tm tambm uma maior concentrao de cidos graxos saturados na MC. As Archaeano tem cidos graxos na MC, mas sim hidrocarbonetos de cadeias com diferentes

comprimentos, compostas por unidades repetitivas de 5 C (fitano), ligadas a glicerol fosfato, por

ligao ter.

Os termfilos e hipertermfilos tem grande interesse biotecnolgico porque tendem a

fazer os processo mais rapidamente, com menor contaminao por outros microrganismos e

possuem enzimas mais termoestveis.

pH: Os ambientes naturais tem uma faixa de pH de 5 a 9, o que comporta o crescimento

de diferentes tipos de microrganismos.

Bactrias - faixa entre 7, com algumas acidfilas (Thiobacillus de 0,5 a 6,0 com timo entre 2 e

3,5) e outras alcaliflicas (Bacillus e Archaea).

Fungos - tendem a ser mais acidfilos que as bactrias (pH


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Distribuio de alguns microrgansmos, de acordo com o pH


Tenso de O2: Extremamente importante no desenvolvimento, uma vez que os

microrganismos comportam-se de forma bastante distinta, sendo classificados como aerbios,

anaerbios facultativos, anaerbios estritos, anaerbios aerotolerantes e microaerfilos

(requerem concentraes baixas de O2).

As condies de anaerobiose podem ser conseguidas pelo uso de agentes redutores nos

meios de cultura, tais como o tioglicolato de sdio, que reage com o oxignio, formando gua;

pela remoo mecnica do oxignio, sendo substitudo por nitrognio e CO 2; pelo uso de

sistemas comerciais do tipo "GasPak", que gera hidrognio e CO2 com um catalisador de

paldio. Adiciona-se gua ao sistema, a qual gera hidrognio, que reage com o oxignio na

superfcie do catalisador, formando gua; ou ainda pelo uso de "glove box" anaerbias ou a

mesa inoculadora desenvolvida pelo VPI.

Classes de organismos, em relao tenso de oxignio



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gua: Essencial a qualquer microrganismo, embora as necessidades sejam variadas.

o solvente universal, mas sua disponibilidade varivel (solues com acares ou sais tm

menos gua disponvel).

Aw: presso do vapor em equilbrio com a soluo/ pv da gua, variando de 0 a 1.

Os organismos que vivem em ambientes onde a disponibilidade de gua baixadesenvolvem mecanismos para extrair gua do ambiente, pelo aumento da concentrao de

solutos internos, seja bombeando ons para o interior ou sintetizando ou concentrando solutos

orgnicos (solutos compatveis), que podem ser aucares, lcoois ou aminocidos (prolina,

betaine, glicerol).

Presso osmtica: Fator extremamente importante, principalmente a partir do maior

conhecimento sobre as Archaea, visto que vrios membros deste domnio requerem altas

concentraes de sais para seu desenvolvimento.

Classes de organismos, em relao salinidade

Fatores adicionais:

Fonte luminosa para fototrficos autotrficos. Presso atmosfrica, para aqueles que

vivem em profundidades.

Reproduo em procariotos

Introduo

A diviso celular um processo complexo, que ocorre de variadas maneiras,

dependendo do tipo de organismo. Em eucariotos, os microtbulos do fuso mittico atuam

como a fora motriz durante a segregao cromossomal. Nas clulas animais e em fungos, um


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anel de actina-miosina se forma na poro mediana de uma clula em diviso, sendo que a

fora gerada pela interao entre estas duas protenas promove o crescimento interior do septo

de diviso. Nas plantas, a formao do septo complexa, devido parede celular espessa.

Assim, surge na regio central da clula um disco, que cresce de forma centrfuga. Em todos

estes casos o stio de diviso celular definido indiretamente pelos microtbulos, pois o

posicionamento do fuso mittico parece ser crucial no direcionamento do plano de diviso. Nasplantas um feixe transiente de microtbulos envolve a clula no plano de diviso, com um

possvel papel na seleo do stio de diviso.

Embora intensamente estudado, o processo de diviso celular em procariotos ainda

pouco conhecido, existindo alguns modelos propostos. Uma das principais concluses obtidas

destes estudos refere-se ao fato da diviso celular em procariotos corresponder a um processo

extremamente complexo e regulado, tanto em termos espaciais como temporais. Assim, h

uma srie de mecanismos que regulam os eventos de duplicao e segregao do

cromossomo e a formao do septo de diviso, garantido a eficincia do processo. Outro

importante achado refere-se intensa participao de protenas citoplasmticas, atuando como

anlogos do citoesqueleto de clulas eucariticas, no processo de diviso celular.

At o momento, os estudos indicam que a maioria dos procariotos se divide por fisso

binria, originando duas clulas filhas idnticas logo aps a duplicao e segregao

cromossomal. O ciclo celular bacteriano pode ser divido em duas fases: 1) Um ciclo de DNA,

que inclui a replicao e segregao dos cromossomos e 2) um ciclo de diviso, com a

citocinese e separao das clulas filhas.

No entanto, estudos com outras bactrias, tais como a bactria pedunculada Caulobacter

crescentus, revelam um processo mais complexo de diviso, originando clulas distintas

morfolgica e fisiologicamente. Relatos mais recentes da literatura descrevem a ocorrncia de

diferentes procesos de reproduo no domnio Bacteria.

Assim, em Epulopiscium, uma bactria "gigante" simbionte intestinal do peixe cirurgio,

foi observada a ocorrncia de viviparidade, com a formao de 1 a 7 clulas filhas ativas

metabolicamente, as quais so liberadas aps a lise da clula me. Neste mesmo gnero e em

Metabacterium polyspora, foi descrita a formao de mltiplos esporos intracelulares. Tais

relatos deixam claro o quanto ainda desconhecemos sobre a reproduo em procariotos e que

estes organismos so capazes de exibir mais de um mecanismo de reproduo.

Visando abordar de maneira geral os eventos associados reproduo procaritica por

meio da fisso binria, passaremos a descrever os principais resultados obtidos a partir de

pesquisas realizadas especialmente com Escherichia colie Bacillussubtilis.


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O processo de fisso binria - Uma viso geral

Fisso binria em B. subtilis Esta bactria corresponde a um excelente modelo de

estudo devido sua capacidade de originar endsporos, quando em condies desfavorveis.

Neste sentido, um dos aspectos que mais chamou a ateno dos pesquisadores foi que

durante a reproduo o septo de diviso era formado na regio mediana da clula, enquanto naesporulao o septo localizava-se na regio prxima a um dos plos celulares (Fig. 1). A fisso

binria ocorre quando a clula cresce, atinge cerca do dobro de seu comprimento e se divide.

Paralelamente, h a duplicao e segregao do DNA (Fig. 1a). Por outro lado, na

esporulao, h a duplicao do cromossomo, mas o septo formado tem localizao polar,

sendo esta a regio de formao do endsporo (Fig. 1b).

Adaptado de Angert (2005) Nature Rev. Microbiol., 3:214-224.

Fig. 1 Ciclos de vida em B. subtilis. Em (a) ciclo vegetativo. Em condies

favorveis, a clula aumenta de tamanho, replica o cromossomo (azul) e se divide por fisso

binria. O aparato de diviso montado, com a protena FtsZ (verde) formando um anel no

meio da clula, onde ocorre a diviso. Em condies de exausto ambiental (Fig. 1b), a clula

forma esporos. As duas cpias do cromossomo assumem uma nova configurao, que se

estende de um plo a outro. A maquinaria de diviso montada nos dois plos, mas a diviso

ocorre somente em um deles. Parte de um dos cromossomos fica presa por um septo de

diviso, sendo empacotado pelas protenas do septo, em um compartimento fechado (pr-

esporo). O pr-esporo ento englobado pela clula me. O pr-esporo preparado para a

dormncia, pois protenas se ligam, protegendo o DNA, o citoplasma mineralizado e

formada uma barreira protica ao redor da estrutura.

Vrios so os aspectos ainda pouco elucidados sobre a diviso celular. Por exemplo,

como ocorre a segregao do DNA? Como o septo de diviso localizado corretamente? Os

estudos vm mostrando que as bactrias possuem uma srie de protenas citoplasmticas que

atuam como um verdadeiro citoesqueleto, sendo responsveis pela correta migrao do DNA e

posicionamento do septo. Existem autores que vm utilizando o termo "replissomo" para

descrever a complexa maquinaria celular envolvida no processo de diviso. Alm disso, dados


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recentes tambm revelam que os lipdeos de membrana so importantes componentes do

replissomo. Dentre os diversos componentes da maquinaria, uma protena denominada MreB,

semelhante actina, est implicada na segregao do DNA.

Um dos componentes mais estudados corresponde protena FtsZ, um homlogo estrutural da

tubulina que, durante a fisso binria, se organiza como um anel no centro da clula e atua

como ponto de ancoragem de outros elementos do aparato. Estes outros componentesredirecionam o crescimento da parede celular e protegem o DNA de danos enquanto o

envelope invagina. FtsZ uma protena muito conservada e uma das primeiras protenas a

se organizar no fututro stio de diviso. Nos prximos tpicos discutiremos a protena FtsZ em

maior detalhe.

Em condies normais, o septo de diviso somente formado aps a segregao do

DNA duplicado. Vrios so os processos que resultam em tal situao. Um deles corresponde

prpria ocluso do futuro stio de diviso pelo nucleide ainda no segregado. Ao que parece,

o DNA se liga a uma srie de lipdeos da membrana, no permitindo que o anel FtsZ seja

montado. Outras protenas, denominadas sistema MinCD, impedem a montagem do complexo

FtsZ nos plos.

Alm destas, vrias outras vm sendo estudadas, tais como EzrA, que afeta a estabilidade dos

polmeros FtsZ, otimizando sua montagem apenas nos locais corretos. No caso de danos ao

DNA, as protenas YneA e SulA desestabilizam o anel, impedindo a diviso.

O processo de segregao dos cromossomos bacterianos

Esta etapa da diviso celular procaritica foi analisada a partir dos estudos com B. subtilis,

como mencionado anteriormente, uma bactria capaz de esporular. A partir dos estudos com

mutantes incapazes de realizar o processo completo de segregao cromossomal, foi

verificado que sempre um mesmo segmento de DNA era o primeiro a atingir os plos celulares.

O mapeamento deste segmento de DNA revelou que tal seqncia correspondia regio

situada adjacente oriC, que a origem de replicao do DNA cromossomal.

Em E. coli, a replicao do cromossomo ocorre quando o complexo protena DnaA-ATP

se liga a stios em oriC. A ligao promove o desenovelamento da oriC, o recrutamento de uma

helicase (DnaB) e a montagem de um replissoma. A iniciao da replicao regulada,

ocorrendo uma vez a cada ciclo celular. A Figura 2 esquematiza o ciclo de iniciao da

duplicao do DNA mediado pela protena DnaA.

8/2/2019 I

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