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Estruturas extracelularesdas bactérias e endosporos

• Cápsula

• Pilis comuns

• Pilis sexuais

• Flagelos

• Endosporos

Estruturas extracelulares das bactérias

A cápsula bacteriana

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Coloração da cápsula bacteriana com tinta da China e fucsina

CélulaCápsula

Observação da cápsula bacteriana com anticorpos fluorescentes anti-antigénio

capsular (K)

Observação da cápsula bacteriana em microscopia de contraste de fase e fundo brilhante

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Streptococcus pneumoniae:

diplococos extracelulares com cápsula

Diplococos Gram + rodeadospor cápsula (zona clara)

Neutrófilos

• A cápsula confere protecção às bactérias contra a acção de: – • Sistema do complemento – • Bacteriófagos – • Anticorpos IgG– • Bacteriocinas (ex. colicinas)

• A cápsula tem carga negativa repelindo as macromoléculas aniónicas e impedindo a ligação e penetração de proteínas de carga negativa cujos receptores se encontram na membrana externa (ex. colicinas e componentes do soro, incluindo as IgGs e os factores do complemento).

Funções da cápsula

fagocitose (2).lnk cápsula protege da fagocitose.lnk

Funções da cápsula: protecçãocontra a fagocitose

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Camadas mucosas e glicocálice• São estruturas que recobrem a parede celular mas que não têm

uma organização bem definida como a cápsula. • São também constituídos por polissacáridos. • Têm um papel importante na adesão das bactérias a tecidos dos

hospedeiros. • Tal como a cápsula, a sua presença nas bactérias poderá dificultar a

fagocitose e, eventualmente, a acção de anticorpos. • Podem ainda ter uma função importante ao nível da prevenção da

dissecação uma vez que possuem um conteúdo grande em água, tal como a cápsula.

Bactérias empacotadas em glicocálice

Camadas S

• São estruturas de natureza proteica que recobrem a parede celular

• Existem em bactérias Gram + e Gram - . • Têm uma estrutura complexa mas nitidamente

diferente da estrutura capsular. • Podem ter como funções a protecção da célula

bacteriana contra iões e flutuações de pH, stress osmótico, enzimas, etc.

• Pode também contribuir para a virulência de algumas espécies bacterianas.

Pilis comuns e pilis sexuais

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A- Fotografia de microscopia electrónica de

E. coli em coloração negativa mostrando

flagelos ondulantes e numerosos pilis

comuns, estruturas tipo cabelo mais pequenas

e rígida.

B- Fotografia de microscopia electrónica de E.

coli em coloração negativa mostrando

o pili sexual (pili F) que é bastante mais

comprido que os pilis comuns. O pili sexual pode

ser distinguido dos outros pilis pela infecção das

bactérias por um bacteriófago que se ligue

especificamente ao pili sexual.

Pilis comuns/Fímbrias

• São estruturas encontradas em bactérias Gram negativas, que recobrem a superfície celular e não estão, em geral, envolvidas na mobilidade das bactérias.

• Uma célula bacteriana pode estar envolvida por mais de 500-1000 fímbrias.

• São compostos por um único tipo de proteína_pilina_ e têm vários µm de comprimento.

• São determinados por genes cromossomais.

Tipos de pilis comuns existentes em bactérias

Movimentos de contracção e distensão

Pilina

Pili tipo IV Pili tipo II

secreção

Pili tipo III

secreção

Membrana da célula hospedeira

Membrana externa

Periplama

Membrana citoplasmática

invasinas

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A adesão às células da uretra por pilis do tipo IV impede a remoção das

bactérias pela urina

Pilis tipo III e invasão das células do hospedeiro pelas bactérias

http://www.cat.cc.md.us/courses/bio141/lecguide/unit1/bacpath/invade.html#pen

Shigella a passar pela membrana mucos e invadindo as células epiteliais da mucosa

• A proposed model for invasion of epithelial cells of the colon.1) The Shigella first cross the mucosa by passing through specialized cells called M cells. The M cell passes the Shigella on to a macrophage from which it subsequentlyescapes - possibly by inducing apoptosis, a programmed cell suicide.2) The Shigella then uses its invasins to enter the mucosal epithelial cells fromunderneath. The invasins cause actin polymer rearrangements in the cell'scytoskeleton resulting in the bacterium being engulfed and placed in an endocyticvesicle in a manner similar to phagocytic cells. Once inside, the Shigella escape from the vacuole into the cytoplasm and multiply.3) The Shigella are able to move through the host cell and spread to adjacent hostcells by a unique process called actin-based motility. In this process, actin filamentspolymerize at one end of the bacterium, producing comet-like tails that propel theShigella through the cytoplasm of the host cell.4) When they reach the boundary of that cell, the actin filaments push the Shigellaacross that membrane and into the adjacent cell.

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Pili sexual

• Existem cerca de 1-10 por célula

• São maiores que as fímbrias e são determinados por plasmídios sexuais (ou plasmídio F) que participam na conjugação bacteriana .

• Alguns bacteriófagos (ex. bacteriófago M13) contém os seus receptores nos pilis sexuais.

O pili sexual é fundamental para O fenómeno da conjugação

Pilis comuns (Fímbrias)

Pili sexual

Flagelos e mobilidade bacteriana

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● Os flagelos são apêndices bacterianos de natureza proteica, que se projectam para o exterior da célula.

● São órgãos de locomoção bacteriana

● Têm 15-20 µm de comprimento● Têm 14-20 nm de espessura● São constituídos por subunidades proteicas: flagelina

Composição e estrutura dos flagelos

Localização dos flagelos

Consoante a sua posição classificam-se em:

Monótrico

Anfítricos

Lofótricos

Perítricos

Salmonella sp. Escherichia coli

Vibrio sp.,Pseudomonas sp.,Aeromonas sp.

Coloração de Leifson para observação de flagelos

P. mirabilis V. parahaemolyticus

Flagelação perítrica

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Constituição do flagelo

Anel L

Anel S-M

Filamento (flagelina)

Gancho

Corpo basal- Sistema de anéis que se

inserem no:

LPS (Gram -) _ Anel L

Peptidoglicano_ Anel P

Membrana citoplasmática_ Anel S-M

Proteínas Mot (motor flagelar) e Fli

(ligação do motor)

Anel P

A rotação dos flagelos consome energia e depende do complexo Mot

Energia – protões que atravessam a membrana através do complexo Mot

ROTAÇÃO DO FLAGELO

1000 protões 1 rotação

Mot

Fli

Mot

Flagelos monótricos (polares) e movimentação polar

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Movimentação com flagelos perítricos

Rotação sobre si própria ou movimentação perítrica

Movimentação para a frente

Mobilidade bacteriana sem flagelos

• Pode ocorrer por deslizamento, no caso das Cianobactérias (bactérias fotossintéticas).

• Pode ocorrer por movimentos de contracção e distensão – devido à existência de um filamento co-axial, no caso

das espiroquetas (exs. Treponema pallidum e T. denticola)

– devido à existência de pilis do tipo IV em bactérias Gram negativas.

• Existe ainda a mobilidade invasiva (swarming) que depende de flagelos laterais, diferentes dos flagelos que vimos até aqui.

Mobilidade invasiva (swarming)

Células pequenas, móveis e vegetativas de uma colónia

diferenciam-se em células alongadas e hiperflageladas (flagelos laterais) que se agrupam formando “jangadas” e migrando para longe da colónia.

da Aeromonas caviae (causa diarreias em crianças)

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Mobilidade invasiva dos Proteus sp.

Condições óptimas para observar crescimento invasivo

Meio óptimo: Eiken Agar 0,5% (wt/vol)

Aeromonas sp.

Os genes laf são essenciais para a flagelação lateral

Os genes lafA1 e lafA2 codificam para os flagelos laterais na espécie Aeromonas caviae

As bactAs bactéérias rias laflaf+ apresentam + apresentam mobilidade invasiva e possuem mobilidade invasiva e possuem flagelaflagelaçção lateralão lateral

As bactAs bactéérias rias laflaf-- não apresentam não apresentam mobilidade invasiva e possuem mobilidade invasiva e possuem apenas flagelos polaresapenas flagelos polares

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A mobilidade invasiva pode constituir uma adaptação que facilite a colonização das células do hospedeiro, uma vez que permite o movimento à superfície e em ambientes altamente viscosos.

O endosporo

bacteriano

• São estruturas particularmente resistentes formadas por algumas bactérias Gram +.

• Os endosporos são muito resistentes às seguintes condições de stress ambiental:

�Calor �Radiação U.V. �Desinfectantes químicos �Dissecação

• A posição do endosporo na célula difere de acordo com as espécies bacterianas sendo, portanto, um elemento útil de identificação. Assim os esporos podem ter localização:

�Central �Subterminal �Terminal

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Exósporo

Cortex

Citoplasma

Parede do esporo

Invólucros

do esporo

• É constituído por ácidos nucleicos, ácido dipicolínico e a maior parte do potássio, cálcio, manganésio e fósforo presente no endosporo. Cerca de 15% do peso seco do endosporo é constituído por ácido dipicolínico complexado com iões de cálcio. • No protoplasto também estão presentes quantidades substanciais de proteínas básicas de baixo peso molecular, as SASPs, que são rapidamente degradadas durante a germinação do endosporo. Estas proteínas constituem 10-20% da quantidade total de proteínas do esporo dormente.

• É constituído principalmente por peptidoglicano, em que 45-60% dos resíduos de ácido murâmico não têm o substituinte peptídico ou N-acetil normais formando, alternativamente, uma amidainterna conhecida por lactâmicomurâmico.

• Os invólucros do esporo constituem a maior parte do esporo e são sobretudo de natureza proteica. • Poderão conter pequenas quantidades de lípidos e carbohidratoscomplexos e quantidades elevadas de fósforo. • O invólucro externo confere resistência aos compostos alcalinos.

Diferenças entre endosporos e células vegetativas

Próximo de pH5.5-6.0 (no 'core')Próximo de pH7PH citoplasmático

PresenteAusenteProteínas SASPs

Reduzido, 10-20% do 'core'Elevado, 80-90%Conteúdo em água

ResistenteSensívelAcção da lizosima

Corável somente com métodos especiaisCorávelColorabilidade

ElevadaReduzidaResistência a compostos químicos

ElevadaReduzidaResistência a radiações

ElevadaReduzidaResistência ao calor

Reduzido ou ausentePresenteARNm

AusentePresenteSíntese de macromoléculas

Reduzido ou ausenteElevadoMetabolismo (utilização de oxigénio)

ReduzidaElevadaActividade enzimática

PresenteAusenteÀcido dipicolínico

ElevadoReduzidoConteúdo em cálcio

RefráctilNão refráctilAspecto microscópico

Exosporo

Invólucro

Córtex espesso

Célula Gram (+) típicaEstrutura

EndosporoCélula vegetativaCaracterísticas

Adaptado de: Madigan, M.T., Martinko, J.M., Parker, J. 1997. Brock Biology of Microorganisms. pp. 97,Prentice Hall.

● Os endosporos são as formas bacterianas mais resistentes aos agentes biocidas.

● Tanto os invólucros do esporo como o cortex são importantes na resistência do esporo aos biocidas.

● As SASPs parecem ser determinantes para a resistência do endosporo às radiações ultravioletas e aos biocidasquímicos (ex. peróxido de hidrogénio).

● Alguns biocidas actuam sobre o endosporo durante a fase de germinação (fase inicial da passagem do endosporo àforma vegetativa). È o caso dos derivados fenólicos e dos parabenos.

● Outros agentes biocidas actuam ao nível do crescimento do endosporo (fase final da passagem do endosporo à forma vegetativa bacteriana). É o caso da clorhexidina e dos compostos de amónio quaternário. O glutaraldeído actua em ambas as fases.

Resistência intrínseca dos endosporos bacterianos aos biocidas

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Resistência do endosporo no calor

É devida a vários factores: – Estabilização do ADN por intermédio de

formação de complexos com o dipicolinato de cálcio

– Desidratação do protoplasto

– Maior estabilidade das proteínas

Endosporulação e passagem do endosporo à forma vegetativa

�A endosporulação é um processo complexo com sete passos que começa normalmente quando o crescimento bacteriano pára devido à falta de nutrientes. Dura cerca de 10h no Bacillus megaterium.

�Por sua vez, a passagem de um endosporo a uma célula vegetativa ocorre em apenas três fases:

1) Activação – Processo reversível que prepara o esporo para a germinação e que normalmente resulta de tratamentos diversos como, por exemplo, o aquecimento.

2) Germinação – Caracterizada pelo inchaço do endosporo, ruptura do invólucro do esporo, perca de resistência ao calor e a outros stress ambientais, libertação de componentes do endosporo e aumento de actividade metabólica. A germinação pode começar, após a activação induzida pela adição de nutrientes (ex. aminoácidos e açucares).

3) Crescimento – o protoplasto fabrica novos componentes, emerge do invólucro e origina-se uma nova forma vegetativa.