7272979 AULA 1 Sebenta de Bactereologia
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Autores:
Ana Mafalda
Ana Teresa
Dalila
Daniel Silva
Dário Martins
Diana
Fábio Pereira
Filipa Calisto
Inês Domingues
Inês Martins
Joana Santos
Leonor
Marta Gaspar
Marta Silva
Mónica
Nuno Graça
Pedro Ferreira
Sónia Moreira
Vanessa Leonardo
Vanessa Sousa
ÍndiceÍndice
Aula nº 1 – História e Impacto da Microbiologia
Aula nº 2 – Morfologia e estrutura das células bacterianas
Aula nº 3 – Elementos estruturais das células bacterianas (continuação)
Aula nº 4 – Nutrição Microbiana
Aula nº 5 – Crescimento Microbiano
Aula nº 6 -
Aula nº 7 -
Aula nº 8 -
Aula nº 9 -
Aula nº 10 -
Aula nº 11 -
Aula nº 12 -
Aula nº 13 -
Aula nº 14 -
Aula nº 15 –
Aula nº 16 -
Aula nº 17 -
Aula nº 18 -
Aula nº 19 -
Aula nº 20 –
Aula nº 21 –
Aula nº 22 -
Aula nº 23 -
AULA Nº 1 – História e Impacto daAULA Nº 1 – História e Impacto da MicrobiologiaMicrobiologia
A Microbiologia tem sido frequentemente definida como o estudo de organismos e
agentes demasiado pequenos para serem vistos a olho nú, isto é, o estudo de
microorganismos; dado que objectos com menos de 1 mm de diâmetro não podem ser
- 2 -
metros
Limite de Visibilidade
10-3
10-4
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
1000 μm ou 1 mm
200 μm ou 0,2 mm
100 μm
10 μm
1 μm
100 nm
10 nm
1 nm
1 Ǻ
0,2 μm ou 200 nm
VisívelVisível
Microscópio Microscópio ÓpticoÓptico
Microscópio Microscópio ElectrónicoElectrónico
ProtozoárioProtozoáriossFungosFungos
BactériasBactérias
VírusVírus
AlgasAlgas
Fig. 1.1 – a) Limites de tamanho dos vários tipos de microorganismos e requisitos mínimos para os observar. b) Comparação de tamanho entre vários tipos de microorganismos para mais fácil compreensão das suas diferenças de tamanho.
bem vistos e têm que ser examinados com um microscópio, à Microbiologia interessa
sobretudo organismos e agentes tão pequenos como isto, ou mais pequenos ainda,
conforme se mostra na Fig 1.1 a); na parte b) dessa figura mostra-se, para comparação
de tamanho, uma paramécia (um protozoário) com Escherichia coli (uma bactéria) no
seu interior. A paramécia tem um comprimento de 200 μm (= 0,2 mm), enquanto que a
Escherichia coli mede apenas 1,5 μm (= 0,0015 mm)! Se isto já é pequeno, então os
bacteriófagos e vírus são coisas mínimas, já só visíveis através de microscópios
electrónicos (estão na ordem dos nanómetros, em que 1 nm = 1x10-9 m = 1 x 10-6 mm =
0,000001 mm)!!!
Posto isto vejamos agora, de forma muito rápida e simples, os microorganismos
estudados pela microbiologia, em:
O Mundo Microbiano
O Mundo Microbiano é fundamentalmente constituído
por:
Microorganismos eucariontes (5 a 200
μm)
Algas: são microorganismos unicelulares
fotossintéticos que, em conjunto com as
cianobactérias produzem cerca de 75 % do
O2 no planeta, e são a base das cadeias
alimentares aquáticas; a Fig 1.2 mostra
exemplos destes microorganismos;
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Fig 1.2 – Exemplos de algas:Chlamidomonas sp.Gymnodinium sp. dinoflagelado
Protozoários: são microorganismos unicelulares que geralmente
apresentam motilidade; muitos deles funcionam
como predadores do mundo microbiano,
porque obtêm nutrientes ingerindo matéria
orgânica e outros micróbios; são
encontrados em vários meios, e alguns
habitam os tractos digestivos de animais
onde ajudam na digestão de materiais
complexos, como a celulose; são poucos
os que causam doenças em humanos e
outros animais; a Fig. 1.1 mostra uma
paramécia (que é um protozoário) em
esquema, e a Fig. 1.3 mostra uma vista ao
microscópio óptico.
Fungos: um grupo mais diverso de
microorganismos que englobam formas
unicelulares (como as leveduras) e
multicelulares (como os cogumelos);
alguns fungos são usados em
fermentações (fabrico de pão e de cerveja
por exemplo) e produção de antibióticos, outros causam doenças em
plantas e animais); esemplos de fungos são dados na Fig 1.4.
Microorganismos procariontes (0,4 a 20
μm)
Algas azuis: outro nome para as
cianobactérias; estas bactérias são
especiais na medida que são capazes de
efectuar fotossíntese, contribuindo para
a produção de O2. Ver Fig. 1.5 para
alguns exemplares;
Bactérias: são procariontes
unicelulares; a maior parte tem parede
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Fig. 1.3 – Paramécia vista ao microscópio.
Fig. 1.4 – Exemplos de fungos:Saccharomyces cerevisiae em gemulação, ao microscópio electrónicoUm cogumeloAscomyota em reprodução assexuada, visto ao microscópio electrónico (x1,200)
Fig. 1.5 – Cianobactérias representativas:NostocAnabaéna spiroides e Microcystis aeruginosa
celular que contém
peptidoglicano. São
abundantes em
variadíssimos ambientes
(ex.: solo, água, ar, interior
do nosso organismo, pele,
…) e algumas vivem em
ambientes com condições extremas de temperatura, pH ou salinidade.
Umas causam doenças, outras são benéficas em muitos aspectos:
reciclam elementos da biosfera, degradam tecidos mortos, e produzem
vitaminas; os termos Eubactérias e Arqueobactérias diferenciam os
dois tipos principais de bactérias: Arqueobactérias distinguem-se de
Eubactérias em vários aspectos, nomeadamente nas suas sequências de
RNA ribossomal, não têm peptidoglicanos e têm lípidos de membrana
únicos; para além disso algumas Arqueobactérias geram gás metano e
muitas vivem em ambientes extremos. Ver Fig. 1.6.
Vírus
São entidades acelulares que têm que invadir uma célula para se poderem replicar; são
os mais pequenos de todos os microorganismos, mas isso não os torna menos potentes
como agentes patogénicos; são basicamente constituídos por material genético (DNA ou
RNA) envolvido numa cápsula proteica (a cápside). Na Fig.1.7 são mostrados alguns
exemplos de vírus.
Viróides
São agentes infecciosos que consistem apenas
em RNA
Priões
Como os Viróides, são também agentes
infecciosos mas que consistem só em proteína.
Um exemplo de um Prião é o que causa a
doença de Creutzfeldt-Jakob (a variante humana
da “doeça das vacas loucas”), e o que causa a
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Fig. 1.7 – Exemplos de Vírus:Bacteriófagos (os vírus das bactérias)Rotavírus (x 48500)Estrutura simplificada de um Vírus
própria BSE (Bovine Spongiform Encephalopathy – Encefalopatia Espongiforme
Bovina = “doença das vacas loucas”).
Agora que já se tem uma ideia dos microorganismos que fazem parte do Mundo
microbiano, debrucemo-nos um pouco sobre os…
Marcos Históricos da Microbiologia
A descoberta dos microorganismos
A primeira pessoa que publicou observações extensivas de microorganismos foi
Antony van Leeuwenhoek (1632 – 1723) que
passava muito do seu tempo livre a construir
microscópios compostos de 2 lentes convexas
seguras entre duas placas de prata. Estes
microscópios podiam aumentar cerca de 50 a
300 vezes, e ele poderá ter iluminado as suas
preparações colocando-as entre 2 pedaços de
vidro e a luz fazendo um ângulo de 45º em
relação ao plano da amostra. Isto cria uma
forma de microscopia em campo escuro, onde
os microorganismo aparecem claros sobre um
fundo escuro, e logo, mais facilmente visíveis.
Leeuwenhoek enviou as suas descrições das
suas observações à Royal Society de Londres,
onde é hoje claro que ele observou bactérias e
protozoários. Por mais importantes que
fossem as suas observações, a Microbiologia
permaneceu estagnada por 200 anos. Pouco
progresso foi feito porque as observações
microscópicas não permitiam colher
informação para entender a Biologia desses
microorganismos, e eram também precisas
técnicas laboratoriais que permitissem isolar
microorganismos e pô-los em cultura. Muitas
destas técnicas foram desenvolvidas enquanto
os cientistas se debatiam com o conflito sobre
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Fig. 1.8 – a) Antony van Leeuwenhoekb) Réplica do microscópio usado por Leeuwenhoek e demonstração do seu manuseamentoc) Desenhos de Leeuwenhoek das bactérias da boca Humana
a Teoria da Geração Espontânea. Esta teoria defendia que os microorganismos
podiam desenvolver-se a partir de matéria não-viva. A teoria foi posta à prova por
muitos cientistas, mas só Louis Pasteur (1822 – 1895) conseguiu resolver a questão de
uma vez por todas. Ele começou por filtrar ar através de algodão e descobriu que
objectos semelhantes a esporos de plantas tinham ficado no algodão. Se um pedaço do
algodão fosse colocado em meio estéril, com ar filtrado através dele, havia crescimento
de micróbios. A seguir ele preparou frascos com soluções nutritivas, aqueceu os seus
gargalos numa chama e conferiu-lhes várias formas curvas, mantendo-os abertos para a
atmosfera [Fig. 1.9 b)]. Pasteur depois ferveu
as soluções por uns minutos e deixou-as
arrefecer. Não houve crescimento (isto é, não
houve geração espontânea), mesmo estando os
frascos expostos ao ar. Pasteur concluiu que
não houve crescimento porque o pó e os
germes tinham ficado encurralados nas
paredes dos gargalos curvos. Se os gargalos
fossem partidos, o crescimento começava de
imediato. Pasteur não só resolveu a questão da
controvérsia, como também mostrou como
manter as soluções estéreis. As experiências de Pasteur deram lugar à Era Dourada da
Microbiologia (Golden Age of Microbiology). Em 60 anos (1857-1914), foram
descobertos micróbios que causavam doenças, grandes avaços na compreensão do
metabolismo microbiano fora alcançados e técnicas de isolamento e caracterização de
micróbios foram melhoradas. O papel da imunidade na prevenção de doenças e controlo
dos micróbios também foi identificado, vacinas foram desenvolvidas e técnicas de
prevenção contra infecções cirúrgicas foram introduzidas.
O reconhecimento do papel dos microorganismos com agentes
etiológicos (= causadores) de doenças
Grande parte da Humanidade acreditava que as doenças eram devidas a forças
sobrenaturais, vapores venenosos (miasmas) e desequilíbrios entre os 4 humores que se
pensava estarem presentes no corpo. A teoria dos humores sempre tinha sido bem aceite
desde o tempo do médico grego Galeno (129 – 199).
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Fig. 1.9 – a) Louis Pasteur a trabalhar no seu laboratório.b) A experiência da Geração Espontânea (ver texto)
Só no século XIX é que apoios para a ideia de que os microorganismos eram causas de
doenças, se começaram a acumular. Alguns exemplos são o de Agostino Bassi (1773 –
1856) que demonstrou que um microorganismo podia causar uma doença quando em
1835 ele concluiu que uma doença dos bichos da seda era devida a um fungo; o próprio
Louis Pasteur descobriu a pedido do governo Francês que outra doença dos bichos da
seda (que estava a arruinar a indústria da seda) era devida a um protozoário. Provas
indirectas vieram do
cirurgião inglês Joseph Lister
(1827 – 1912) na prevenção
de infecções. Lister
desenvolveu um sistema de
cirurgia anti-séptica feito
para prevenir a entrada de
micróbios em ferimentos: os
instrumentos eram
esterilizados e fenol era
aplicado a pensos cirúrgicos e
por vezes era aplicado na área de cirurgia. O sistema revolucionou a cirurgia e deu
provas fortes para o papel dos microorganismos em doenças porque o fenol (que mata
bactérias) também prevenia infecções nos ferimentos. Apesar disto a primeira
demonstração directa do papel de bactérias em
doenças veio dos estudos de antrax pelo médico
alemão Robert Koch (1843 – 1910). Koch usou os
critérios propostos pelo seu antigo professor,
Jacob Henle (1809 – 1885) para estabelecer a
relação entre o Bacillus anthracis e o antrax,
tendo publicado as suas descobertas em 1876. Os
seus postulados só foram delineados por inteiro
após o seu trabalho na causa da tuberculose. Ele
demonstrou que a tuberculose era causada por um
bacilo, Mycobacterium tuberculosis (também
conhecido por bacilo de koch), e recebeu o
prémio Nobel da Fisiologia ou Medicina em 1905. Os postulados de Koch tornaram-se
no pilar de suporte no relacionamento de micróbios com doenças. São eles:
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Fig. 1.10 – Pioneiros das práticas de assepsia. Aqui vê-se um cirurgião a pulverizar a área com um anti-séptico.
Fig. 1.11 – Robert Koch, a examinar uma amostra no seu laboratório.
1) O microorganismo tem que estar presente em todos os casos da doença mas
ausente em organismos sãos;
2) O microorganismo tem que ser isolado e crescido em cultura pura;
3) A mesma doença tem que resultar quando o microorganismo é inoculado num
hospedeiro são;
4) O mesmo microorganismo tem que ser isolado de novo do hospedeiro doente ou
morto.
Por vezes, os
postulados não são
exequíveis, como
acontece com o caso
da lepra:
Mycobecterium
leprae não pode ser
isolado em cultura
pura.
Muitas outras
doenças foram
relacionadas com os
seus agentes
infecciosos no séc.
XIX, como
exemplifica a tabela 1.1. Para além disto,
também se desenvolveram instrumentos e
meios para efectuar isolamento e cultura de
microorganismos. A implementação do agar
por Fannie Eilshemius Hesse como agente
solidificador e a produção das caixas de Petri
por Richard Petri são os exmplos mais
marcantes.
Patogenes virais também foram estudados
neste tempo. A descoberta dos vírus e o seu
papel na doença tornou-se possível pela
construção de um filtro de porcelana, feito por
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Doença Agente Investigador Data
Antrax Bacillus anthracis Koch 1876
GonorreiaNeisseria
gonorrhoeaeNeisser 1879
Febre Tifóide Salmonella typhi Gaffky 1884
Malária Pasmodium spp. Laveran 1880
TuberculoseMycobecterium
tuberculosisKoch 1882
DifteriaCorynebacterium
diphtheriae
Klebs e
Loeffler1883-1884
PneumoniaStreptococcus
pneumoniaeFraenkel 1886
Tosse
ConvulsaBordetella pertussis
Bordet e
Gengou1906
Tabela 1.1 – Doenças e seus agentes etiológicos descobertos no séc XIX.
Fig. 1.12 – a) doença do mosaico do tabaco;b) representação esquemática do vírus do mosaico do tabaco (a amarelo a cápside, e a vermelho o RNA). O diâmetro da cápside é de 20 nm.c) O aspecto do vírus ao microscópio electrónico (x 400,000)
Charles Chamberland, em 1884. O filtro foi usado para estudar a doença do mosaico do
tabaco, por Dimitri Ivanowski e Martinus Beijerinck, de onde se descobriu que os
extractos da planta, mesmo sendo filtrados, eram infecciosos. Dado que o agente
passava por filtros designados para reter bactérias, o agente tinha que ser ainda mais
pequeno do que uma bactéria. Beijerinck propôs que o agente fosse um “vírus filtrável”,
e, eventualmente, mostrou-se que os vírus eram agentes infecciosos acelulares
minúsculos.
O nascimento da imunologia
O reconhecimento dos microorganismos como agentes causadores de doenças abriu
portas ao progresso na determinação de como os animais resistem a doenças e no
desenvolvimento de técnicas que protegessem humanose gado dos microorganismos. Os
primeiros avanços foram conseguidos por Edward Jenner que demonstrou que a
imunidade contra a varíola pode ser conferida por inoculação de amostras retiradas de
pústulas de vacas infectadas (1798). Mais tarde, Pasteur e Roux descobrem que
incubando microorganismos por longos intervalos de forma sucessiva fazia com que
eles perdessem a sua patogenicidade; com isto ganharam terreno no combate à cólera da
galinha, injectando as galinhas com estas culturas
atenuadas, às quais Pasteur chamou de vacina (do Latim
vacca, vaca) em honra a Jenner. Pouco depois, Pasteur e
Chamberland desenvolvem a vacina do antrax tratando
culturas com bicromato de sódio ou incubando-as a 42-
43ºC. Depois foi a vez da vacina da raiva, desenvolvida
por um método diferente: o patogene era atenuado
fazendo-o crescer num hospedeiro anormal, o coelho. Foi
com esta vacina que Pasteur tratou um rapaz de 9 anos,
Joseph Meister. Como forma de agradecimento pelo desenvolvimento de vacinas,
pessoas de todo o mundo contribuíram para a construção do Instituto Pasteur em Paris.
Paul Erlich e Shibasaburo Kitasato descobrem que a injecção da toxina diftérica
inactivada, em coelhos, leva à produção de uma antitoxina, uma substância no sangue
que neutralizava a toxina e protegia da doença (essas antitoxinas são o que se conhece
hoje em dia com anticorpos). Elie Metchnikoff descobre depois a fagocitose dos
microorganismos pelos glóbulos brancos em 1884.
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Fig. 1.13 – Elie Metchnikoff a trabalhar no seu laboratório
Marcos históricos do desenvolvimento dos agentes quimioterápicos
Todos os acontecimentos potenciaram o desenvolvimento de agentes químicos que
pudessem ser usados em terapia. Embora algumas das descobertas tenham sido
acidentais, alguns exemplos são dados aqui:
1900: Paul Erlich tratou uma forma de tripanosomiase no rato utilizando o
corante vermelho de trypan; utilizou derivados arseniacais no tratamento da
Sífilis;
1929: Alexander Fleming descobre a penicilina;
1935: Domagk trata uma infecção estreptocócica com um derivado da
sulfamida;
1940: Chain consegue produzir penicilina de forma estável;
1944: Waksman descobre a estreptomicina – Streptomyces griseus.
O Impacto da microbiologia
Citando o falecido cientista e escritor Steven Jay Gould, “nós vivemos na Era das
Bactérias”. Elas foram os primeiros organismos vivos no nosso planeta e vivem onde a
vida é possível. Mais, a biosfera depende da actividade delas e elas influenciam a
actividade humana de várias formas:
Na alimentação: os microorganismos são usados no fabrico de pão, vinho,
queijos e iogurtes;
Na Saúde: são causa de inúmeras doenças infecciosas;
Na Agricultura: fazem a nitrificação dos solos por fixação do azoto atmosférico,
e algumas provocam doenças em plantas;
No ambiente: estão directamente ligadas ao ciclo do carbono, do azoto e do
enxofre;
Na indústria: são fonte de vitaminas, antibióticos, álcool, ácidos orgânicos,
esteróides, enzimas, aminoácidos, etc…
Devido a isto a Microbiologia é uma disciplina que tem múltiplos ramos que assentam
todos sobre aspectos básicos e aspectos aplicados. Os aspectos básicos preocupam-se
com a biologia dos microorganismos e incluem os ramos da Bacteriologia, Micologia,
Virologia, genética microbiana, bioquímica, fisiologia microbiana e estrutura
microbiana. Os aspectos aplicados dizem respeito aos problemas práticos tais como
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doenças, água e tratamento de águas residuais, conservas alimentares e produção de
alimentos, e uso de micróbios na indústria.
Que futuro tem a Microbiologia?
Existem muito boas perspectivas acerca do futuro da Microbiologia, principalmente
por duas razões: a primeira é que a Microbiologia tem uma missão muito mais clara do
que a que têm muitas outras disciplinas científicas; a segunda, é porque a Microbiologia
tem um enorme significado prático.
A Microbiologia Clínica e de Saúde Pública, bem como a Imunologia continuarão a
ser áreas de exploração intensa, pois várias doenças infecciosas (tanto novas como
velhas) estão mais uma vez a dispersarem-se e a ser destrutivas: novas pandemias como
a SARS (Síndrome Aguda Respiratória Severa), a Gripe das Aves, bem como outras
menos recentes, como sejam a SIDA, a malária, a Tuberculose, a Cólera, Hepatites B e
C e Gastroenterites são bons exemplos. Para além disto, há que ter em conta que muitos
agentes infecciosos estão a ganhar resistência aos métodos terapêuticos usados
(sobretudo contra os antibióticos). Microbiologistas também serão necessários para criar
novos medicamentos e vacinas, e para vários outros assuntos relacionados (por
exemplo, para estudar e aprofundar o conhecimento sobre as defesas do organismo, e
sobre como os patogenes interagem com as células do hospedeiro, ou ainda para se
saber aproveitar as relações simbióticas ímpares entre os microorganismos e o Homem,
de modo a que se possam traçar estratégias de vectorização de fármacos e de vacinas).
Mais: a Microbiologia Industrial e Ambiental também têm muitos desafios e
oportunidades: os microorganismos são cada vez mais importantes na indústria e no
controlo ambiental, e é necessário aprender a usá-los de novas formas: microorganismos
podem ser fonte de alimentos de alta qualidade, de enzimas para uso industrial, podem
ser usados para degradar poluentes e resíduos tóxicos, ou como vectores para tratar
doenças e aumentar a produtividade agrícola, para além da contínua necessidade de
proteger as colheitas de danos microbianos.
Há uma área que também precisa de maior pesquisa: a Diversidade Microbiana.
Estima-se que menos de 1% dos micróbios da Terra tenham sido cultivados, de modo
que conseguir cultivar os micróbios que ainda não foram postos em cultura vai ser área
de mais esforços. Também há muito que fazer em relação a microorganismos que vivem
em ambientes extremos. Por último, a microbiologia defronta-se com uma nova ameaça,
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que não é menos importante: o Bioterrorismo (recordem-se os ataques de Bioterrorismo
com Antrax em Nova York, Washington e na Florida, em 2001 – lembram-se dos
envelopes com pó?).
Esta foi uma vista muito generalizada sobre a Microbiologia, na
medida em que se discutiram assuntos muito variados, que dizem
respeito aos vários ramos desta disciplina. A presente sebenta é de
Bacteriologia, e as próximas aulas passarão a ser exclusivamente
dedicadas a esse ramo.
Bibliografia usada para a aula nº 1:
Slides das Teóricas
Prescott, Harley, and Klein’s MICROBIOLOGY , de Joanne M. Willey, Linda M.
Sherwood e Christopher J. Woolverton, Edição Internacional – 7ª edição, McGrawHill,
Cap. 1
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