Como as bactérias podem ser classificadas quanto os flagelo?

Introdução

• Bactérias:
  • Entre as primeiras formas de vida na Terra
  • Habitam quase todos os ambientes da Terra
  • Vivem simbioticamente com plantas e animais
  • A maioria das bactérias não foi caracterizada.
• Características gerais:
  • Seres unicelulares
  • Procariotas: não possuem envelope/membrana nuclear
• Identificação:
  • Através da técnica de coloração de Gram associada à microscopia
  • A cultura de células é útil na sua identificação exata.
  • A sensibilidade dos testes é considerada para a escolha do tratamento.

Processo de identificação laboratorial:
A identificação de agentes patogénicos bacterianos é um processo passo a passo que geralmente começa com a técnica de coloração de Gram, seguida pelo crescimento em cultura isolada.

Estrutura

Estrutura de uma célula procariota:
O envelope celular compreende uma membrana plasmática (camada verde) e uma parede celular espessa, com peptidoglicanos (camada amarela). Não está presente nenhuma membrana externa lipídica (como visto nas bactérias gram-negativas). A cápsula (camada vermelha) é diferente do envelope celular.

• Organização das células procarióticas:
  • Sem envelope nuclear
  • DNA comprimido em nucleóide
  • Ausência de organelos ligados à membrana
  • O metabolismo ocorre no citoplasma.
• Parede celular:
  • Proporciona estabilidade mecânica
  • Permite a troca de nutrientes e resíduos
  • Peptidoglicano de mureína:
    • Polímero de açúcar e aminoácidos que forma a base da parede celular
    • N-acetil glucosamina e ácido N-acetilmurâmico reticulados com oligopeptídeos
    • Componente de quase todas as paredes bacterianas (exceção: micoplasmas)
  • A espessura da parede celular determina a coloração de Gram.
• Membrana de plasma:
  • Análoga às membranas procarióticas
  • Composta por proteínas e fosfolípidos
  • Ao contrário dos microorganismos eucariotas, carece de esterois
  • Envolve o citoplasma das células
• Flagelos:
  • Aproximadamente 50% dos procariontes movem-se com a ajuda de flagelos:
    • Monotríquico: 1 flagelo
    • Politríquico: > 1 flagelo
  • Compostos por uma proteína estrutural, a flagelina, e não estão envolvidos pela membrana celular
  • Localização: monopolar, bipolar ou por todo o corpo
• Pili (fímbrias):
  • Estruturalmente semelhante ao flagelo, mas muito menor
  • Ajuda na adesão ao hospedeiro/outras bactérias = fator de virulência
  • Utilizado para trocar informações genéticas durante a conjugação
• Nucleóide:
  • Equivalente funcional do núcleo procariótico
  • Não possui membrana
  • Contém material genético:
    • Geralmente 1 cromossoma
    • Pode possuir plasmídeos adicionais
• Inclusões e vesículas:
  • As vesículas de gás permitem que as bactérias fotossintéticas flutuem na água.
  • Organelos para fotossíntese e quimiossíntese
  • Os carboxissomas contêm enzimas chave para a fixação de CO2.
  • Grânulos de armazenamento (por exemplo, enxofre, fosfato, cálcio, glicogénio)

Tabela: Estruturas da célula bacteriana: composição química e funções

Classificação

Coloração de Gram

A coloração de Gram é uma técnica que surgiu com o bacteriologista Hans Christian Joachim Gram e é utilizada para diferenciar grupos de bactérias com base nas diferenças dos constituintes das suas paredes celulares.

Diferenças entre as membranas celulares de bactérias gram-positivas e gram-negativas:
As paredes celulares das bactérias gram-positivas e gram-negativas contêm camadas de peptidoglicanos, porém a camada das bactérias gram-negativas é muito mais fina e envolvida por outra camada externa.

A coloração de Gram ajuda a distinguir entre bactérias gram-positivas e gram-negativas pela coloração das células a vermelho ou violeta.

Processo de coloração de Gram:

• Bactérias tratadas com corante cristal violeta
• A mancha é lavada com álcool.
• As células realçam com o corante de contraste vermelho de safranina.

Coloração de bactérias gram-positivas:

• A parede celular contém uma camada espessa de peptidoglicanos (mureína).
• Retêm a coloração violeta de cristal e não são afetados pelo corante de contraste de safranina
• Aparecem a cor azul-púrpura

Coloração de bactérias gram-negativas:

• A parede celular tem uma camada fina de peptidoglicanos (mureína).
• Não retêm o corante cristal violeta, mas retêm o contraste de safranina
• Aparecem a cor rosa-vermelho

A coloração desempenha um papel importante no diagnóstico/patologia:

• Bactérias Gram-positivas:
  • Comensal mais comum
  • Frequentemente encontradas na pele de indivíduos saudáveis
• Bactérias gram-negativas:
  • Menos sensíveis à penicilina devido à membrana de bicamada lipídica adicional
  • Contêm a 2ª membrana na forma de uma bicamada lipídica
  • Após a degradação, os lipopolissacarídeos da 2ª camada de membrana podem ser libertados como endotoxinas.
  • As endotoxinas são pirogénios que causam febre alta e calafrios

Morfologia

• As bactérias apresentam uma grande diversidade de formas e tamanhos.
• As morfologias mais comuns são cocos e bacilos, que podem organizar-se em vários arranjos
• Arranjos:
  • Pares
  • Tétrades
  • Agrupamentos
  • Correntes
  • Paliçadas

Tabela: Morfologia e arranjo de bactérias

Células bacterianas com várias morfologias e arranjos:
As bactérias existem numa ampla variedade de morfologias e arranjos. Cocos e bacilos em pares e clusters estão entre os mais comuns.

Visão geral da classificação

Bactérias gram-positivas:
A maioria das bactérias pode ser classificada de acordo com um procedimento de laboratório chamado coloração de Gram.
As bactérias com paredes celulares que possuem uma camada espessa de peptidoglicano retêm a coloração de cristal violeta utilizada na coloração de Gram, mas não são afetadas pela contracoloração de safranina. Estas bactérias aparecem azul-púrpura na coloração, o que indica que são gram-positivas. As bactérias podem ainda ser classificadas de acordo com a morfologia (filamentos ramificados, bacilos e cocos em aglomerados ou cadeias) e capacidade de crescer na presença de oxigénio (aeróbio versus anaeróbio). Os cocos também podem ser identificados. Os estafilococos podem ser reduzidos com base na presença da enzima coagulase e na sua sensibilidade ao antibiótico novobiocina. Os estreptococos são cultivados no meio agar de sangue e classificados com base no padrão de hemólise (α, β ou γ). Os estreptococos são ainda mais reduzidos com base na sua resposta ao teste de pirrolidonil-β-naftilamida (PYR), sensibilidade a antimicrobianos específicos (optoquina e bacitracina) e capacidade de crescer em meio de cloreto de sódio (NaCl).

Bactérias gram-negativas:
A maioria das bactérias pode ser classificada de acordo com um procedimento de laboratório chamado coloração de Gram.
As paredes celulares bacterianas com uma camada fina de peptidoglicanos não retêm a coloração cristal violeta utilizada na técnica coloração de Gram. No entanto, as bactérias gram-negativas retêm a coloração de contraste de safranina e aparecem com cor vermelho-rosado. Estas bactérias podem ainda ser classificadas de acordo com a sua morfologia (diplococos, bastonetes curvos, bacilos e cocobacilos) e capacidade de crescerem na presença de oxigénio (aeróbios versus anaeróbios). As bactérias Gram-negativas podem ser identificadas com precisão através de culturas em meios específicos (Agar Tríplice Açúcar Ferro (TSI)), com a identificação das enzimas (urease, oxidase) e determinação da capacidade de fermentar a lactose.
* Cora pouco com coloração de Gram
** Bastonete pleomórfico/cocobacilos
*** Requer meios de transporte especiais

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Toxinas

Endotoxinas

• Geradas durante a rutura da parede celular bacteriana quando as bactérias morrem
• Ativam o complemento do hospedeiro e cascatas de coagulação
• Causam choque sético
• Sintomas não específicos da doença:
  • Febre
  • Dor
  • Choque
  • Fadiga
  • Desconforto

Exotoxinas

• Produzidas e secretadas
• Podem resultar em sintomas graves específicos da doença
• 3 categorias principais:
  • Enterotoxinas
  • Neurotoxinas
  • Citotoxinas
• Exemplos:
  • Cólera
  • Botulismo
  • Difteria
  • Toxinas do tétano

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Metabolismo

As bactérias são microorganismos heterotróficos que carecem de substâncias orgânicas para sobreviver.

Classificado com base nos requisitos de oxigénio:

• Aeróbios obrigatórios (aerófilos): O oxigénio é necessário para manter o metabolismo.
• Anaeróbios obrigatórios:
  • Sem enzimas respiratórias presentes
  • A energia é gerada através da glicólise anaeróbia.
  • O oxigénio é tóxico.
• Microaerófilos:
  • O oxigénio é necessário para o crescimento
  • Níveis muito elevados interrompem o crescimento
• Anaeróbios facultativos: podem crescer na presença ou ausência de oxigénio

Reprodução

As bactérias podem trocar o material genético:

• Podem incorporar DNA estranho no seu genoma
• Podem recombinar dentro do pool genético existente
• Podem transferir características genéticas entre si:
  • Conjugação: transferência parassexual por contacto via pili
  • Transdução: através de bacteriófagos (vírus que infetam bactérias)
  • Transformação: introdução de DNA livre, isolado e estranho no genoma

Esquema dos diferentes tipos de transmissão genética em bactérias

Fatores de virulência

A virulência é a capacidade de um microorganismo infetar o hospedeiro e causar doenças. Os fatores de virulência são moléculas que auxiliam a bactéria na colonização do hospedeiro e podem ser de natureza secretora, associada à membrana ou citosólica.

Tabela: Mecanismos de virulência, fatores de virulência e função

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Referências

1. Baron, S., Editor. Medical Microbiology. 4th edition. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch at Galveston; 1996. Introduction to Bacteriology.
2. Woese, C.R., Fox, G.E. November 1977. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (11): 5088–90.
3. Cabeen, M.T., Jacobs-Wagner C. August 2005. Bacterial cell shape. Nature Reviews. Microbiology. 3 (8): 601–10.

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