introdução à microbiologia

5/21/2018 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

Protozorios

Tipos de microrganismos

estudados pelos microbiologistas.

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


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Esta rea do conhecimento teve seu incio com os relatos de Robert

Hooke e Antony van Leeuwenhoek, que desenvolveram microscpios que

possibilitaram as primeiras observaes de bactrias e outros

microrganismos, alm de diversos espcimes biolgicos. Embora van

Leeuwenhoek seja considerado o "pai" da microbiologia, os relatos deHooke, descrevendo a estrutura de um bolor, foram publicados

anteriormente aos de Leeuwenhoek. Assim, embora Leeuwnhoek tenha

fornecido importantes informaes sobre a morfologia bacteriana, estes dois

pesquisadores devem ser considerados como pioneiros nesta cincia.

Recentemente foi publicado um artigo discutindo a importncia de Robert

Hooke para o desenvolvimento da Microbiologia.

Esquema do microscpio construdo por Robert Hooke e um esquema de um fungo observado

por este pesquisador.

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

Rplica do microscpio construdo porLeeuwenhoek e de suas ilustraes, descrevendo os

"animlculos" observados.

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


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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 Whittaker (1969)

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

No entanto, a partir dos estudos de C. Woese (1977), passamos a

dispor de um sistema de classificao baseado principalmente em aspectos

evolutivos (filogentica), a partir da comparao das sequncias de rRNA de

diferentes organismos. Com esta nova proposta de classificao, os

organismos so agora subdividos em 3 domnios (contendo os 5 reinos),

empregando-se dados associados ao carter evolutivo.

Archaea: Procariotos

Bacteria: Procariotos

Eukarya: Eucariotos


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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 atualidade

A 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


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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Uma das explicaes mais provveis para tal fato reside na existncia

de grandes mesossomos nestes tipos bacterianos, refutando assim a

hiptese de que tais estruturas seriam meros artefatos de microscopia.

Novos estudos vm sendo realizados, os quais esto trazendo informaes

sobre outras estratgias desenvolvidas pelos microrganismos para quesobrevivam, quando apresentam dimenses extremamente maiores que os

microrganismos "convencionais".

Microrganismos atuando como seres multicelulares

Outro aspecto que vem sendo demonstrado refere-se ao carter

multicelular das bactrias. Embora estas exibam a capacidade de

sobreviver como uma clula nica, realizando os processos metablicosnecessrios sua perpetuao, quando as bactrias encontram-se

associadas, formando colnias, ou biofilmes (estruturas rgidas, adesivas, de

natureza geralmente polissacardica, que encontram-se fortemente

ancoradas s superfcies, criando um ambiente protegido que possibilita o

crescimento microbiano), estas passam a se comportar de forma social,

exibindo diviso de tarefas e alterando seu perfil fisiolgico de forma a

apresentar uma cooperao que reflete-se em diferentes nveis metablicos.

Sabe-se que muitos genes de virulncia so expressos somente

quando a densidade populacional atinge um determinado ponto. Da mesma

forma, a capacidade de captar DNA do meio externo, a bioluminescncia,

etc, envolvem a percepo da densidade populacional por parte das

bactrias.

Este tipo de mecanismo de comunicao denominado sensor de

quorum (quorum sensing) e vem sendo amplamente estudado nas mais

diferentes reas da Microbiologia, uma vez que foi descrito tanto para

bactrias como para fungos.


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Estudos com bactrias primitivas

Ainda 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 135

milhes 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 em

Marte, 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-microrganismomostra-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 1013clulas de um ser humano podem ser

encontradas, em mdia, cerca de 1014clulas 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 + O2

Os herbvoros alimentam-se de plantas e os carnvoros alimentam-se

dos herbvoros.

O CO2atmosfrico 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 2na

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 CO2atmosfrico, 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.



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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 rapidamenteas 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 delargura, 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 cocoscorrespondem 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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por meio da microscopia de campo escuro, ou de tcnicas de colorao

empregando a impregnao por sais de prata.

Microscopia ptica de

fluorescncia, de um organismo

espiralado.

Microscopia ptica,

utilizando um procedimento de

impregano com sais de prata,

revelando a bactria causadora

da sfilis, Treponemapallidum

(observe os grandes neutrfilosprximos s bactrias)

Micrografias eletrnicas colorizadas de diferentes bactrias. No sentido horrio: Enterococcus(cocos

ovalados), Francisella(bacilos pequenos, com a regio central abaulada), Fusobacterium(longos

bacilos, geralmente com extremidades mais afiladas) e Neisseriagonorrhoeae(diplococos em forma de

rins).

(Fotos obtidas de sites da internet)


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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 morfologiasemelhante 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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microrganismos patognicos, em decorrncia de presena de componentes

que favorecem sua patogenicidade, tais como antgenos ou molculas

envolvidas no reconhecimento celular.

Em 1884, Christian Gram desenvolveu um mtodo de colorao de

bactrias que permitia sua separao em dois grupos distintos, as Gram

positivas (que coravam-se em roxo) e as Gram negativas (que coravam-se

em vermelho). A partir do advento da microscopia eletrnica e do

aperfeioamento das tcnicas de anlise bioqumica dos diferentes

componentes celulares, foi verificado que esta diferena entre as bactrias

Gram positivas e Gram negativas era, provavelmente, devida s diferenas

de composio e estrutura das paredes celulares.

Assim, quando observadas sob microscopia eletrnica de transmisso, asbactrias Gram positivas apresentam uma parede celular espessa (de 20 a

80 nm), de aspecto homogneo, enquanto as clulas Gram negativas

exibem uma parede mais delgada (de 9 a 20 nm) e de aspecto bastante

complexo, aparentemente apresentando mais de uma camada. A

microscopia eletrnica de varredura revelou outras diferenas entre estes

dois grupos de organismos. As Gram positivas exibiam a superfcie mais lisa

e homognea, enquanto as Gram negativas apresentavam-se com maior

complexidade superficial.


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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

positivas

peptideoglicano de clulas Gram

negativas

Nas 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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Esquema ilustrando o espesso peptideoglicano de bactrias Gram positivas


cidos Teicicos: Juntamente com peptideoglicano, os cidos teicicos

compem a parede celular das bactrias Gram positivas. Estes compostos,

presentes em grandes quantidades, correspondem a polmeros de glicerol ou

ribitol ligados a acares ou aminocidos e conectados entre si por meio de

grupamentos fosfato.

Os cidos teicicos associam-se ao peptideoglicano pela ligao do

grupamento 6 hidroxil do cido N-acetilmurmico, podendo alternativamente

associar-se aos lipdeos da membrana citoplasmtica, quando passam a ser

denominados de cidos lipoteicicos. Devido sua carga negativa, os cidos

teicicos contribuem com o carter negativo da superfcie celular de Gram

positivas. Seu papel fisiolgico ainda desconhecido, mas especula-se que

estes possam participar nos processos de passagem de ons pela parede, ou

ligar-se a prtons, mantendo um pH celular relativamente baixo.

Em casos de escassez de fosfato, os cidos teicicos podem ser substitudos

por cidos teicurnicos, deixando assim os fosfatos livres para comporemATP ou DNA, por exemplo.


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Frmula de um cido teicico, contendo ribitol


O componente adicional da Parede Celular de Gram

negativos

Membrana Externa:Esta, embora denominada "membrana"externa um

componente da parede celular, presente apenas nas bactrias Gram

negativas. A membrana externa corresponde a uma segunda bicamada

lipdica (semelhante membrana plasmtica), localizada acima do

peptideoglicano, contendo fosfolipdeos, lipoprotenas, protenas e tambm

lipopolissacardeos. Quando comparada membrana citoplasmtica, a

membrana externa exibe maior permeabilidade a pequenas molculas, tais

como glicose ou outros monossacardeos.

Sua face interna geralmente rica em pequenas lipoprotenas (7,2 kDa),denominadas lipoprotenas de Braun, que ligam-se covalentemente ao

peptideoglicano, ancorando firmemente a membrana externa camada de

peptideoglicano.

Estudos indicam que a membrana externa e a membrana citoplasmtica

mantm contato em algumas discretas regies celulares, denominadas stios

de adeso. Acredita-se que estas regies de juno podem conferir maior


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rigidez parede celular das bactria Gram negativas, alm de fixar melhor a

membrana externa, no deixando-a frouxa, associada somente ao

peptideoglicano. Os stio de adeso foram tambm denominados junes de

Bayer e acredita-se que possam ser importantes locais de passagem de

compostos citoplasmticos, seja componentes envolvidos na sntese damembrana externa ou diferentes nutrientes.

Esquema da parede celular de organismos Gram negativos


A face externa da membrana externa rica em lipopolissacardeos

(LPS), inexistentes na membrana citoplasmtica. Estes componentes so

tambm denominados de endotoxina, uma vez que provocam febre, choque

e eventualmente morte, quando injetados em animais. O LPS uma

molcula complexa, composta por 3 regies distintas: lipdeo A,

polissacardeo central e cadeia polissacardica lateral O, ou Antgeno O.

Esquema do lipopolissacardeo, encontrado na face externa da membrana

externa



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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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Cpsula, Glicoclix e camada limosa - A cpsula pode ser

definida como uma camada externa parede celular, geralmente

apresentando-se como um material viscoso, fortemente associado

superfcie celular, geralmente de natureza polissacardica e raramente

protica. Por outro lado, o termo camada limosa algumas vezes definido

como uma uma zona difusa, contendo material pouco organizado, sendo

facilmente removida.A presena da cpsula normalmente confere vantagens s bactrias, pois

suas principais funes incluem: ligao s clulas do hospedeiro, fator de

virulncia por dificultar a fagocitose e tambm a proteo, seja aumentando

a resistncia ao dessecamento, uma vez que armazena grandes quantidades

de gua, fonte de nutrientes e proteo contra a infeco por bacterifagos,

ou interao com anticorpos.

Em odontologia, a presena da cpsula pode ser considerada como um

importante fator de virulncia para o principal agente cariognico - S.

mutans, que sintetiza um cpsula composta por um homopolissacardeo

denominado glucano (produto da degradao da sacarose em glicose e

frutose). Tal polmero adere-se firmemente parede celular do

microrganismo e permite sua aderncia ao esmalte, favorecendo sua

colonizao.

Outros microrganismos apresentam cpsula de natureza heteropolimrica -

S. pneumoniae. Eventualmente, a cpsula pode ser de naturezapolipeptdica, como em B. anthracis(cido glutmico, na forma D).


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Micrografia ptica, empregando a

tcnica de colorao negativa,

revelando clulas capsuladas.

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

Micrografia eletrnica de

transmisso, revelando a delgada

cpsula circudando a clula

(Adaptado de "An eletctronic companion to microbiology")

Fmbrias e Pili - Muitas bactrias Gram negativas apresentam

apndices finos (3 a 10 nm), retos e curtos, denominados fmbrias.

Geralmente estas so bastante numerosas, podendo atingir nmeros de

1000 ou mais por clula. Como so muito pequenas e delgadas, somente

podem ser visualizadas pela microscopia eletrnica. As fmbrias s o de

natureza protica, compostas por subunidades repetitivas de uma protena

denominada genericamente de pilina. As fmbrias possuem, geralmente em

sua extremidade, e algumas vezes ao longo da estrutura, protenas

distintas, denominadas adesinas, as quais mediam a adeso especfica da

clula bacteriana a diferentes substratos.


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Micrografia eletrnica de

varredura de bacilos apresentando

fmbrias

Esquema 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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envolvidas nos processos de adeso a substratos.

Flagelos - Estruturas longas, delgadas e relativamente rgidas,

apresentando cerca de 20 nm de espessura e 15 a 20 m de comprimento,

responsveis pela locomoo das bactrias. Devido sua pequena

espessura, os flagelos somente podem ser visualizados por meio de

coloraes especficas, microscopia de campo escuro, ou por icroscopia

eletrnica.

De acordo com o nmero e distribuio dos flagelos, as bactrias podem ser

classificadas como: atrquias (sem flagelos), monotrquias (um nico

flagelo), anfitrquias (um flagelo em cada extremidade) , lofotrquias (um

tufo de flagelos em uma, ou ambas as extremidades) e peritrquias(apresentando flagelos ao longo de todo o corpo bacteriano).

Bactria monotrquia

(Adaptado de Atlas, 1997 - Principles of

Microbiology)

Bactria anfitrquia

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

Bactria lofotrquia(Adaptado de Tortora et al., 1998 -

Microbiology)

Bactria lofotrquia

(Adaptado de Atlas, 1997 - Principles of

Microbiology)


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Bactria peritrquia

(Adaptado de Tortora et al., 1998 -

Microbiology)

Bactria peritrquia


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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Gram negativas ( esquerda) e Gram positivas ( direita)

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

Detalhe ampliado da estrutura de um flagelo de clulas Gram negativas


Sntese flagelar -Muitos genes esto envolvidos na sntese do flagelo e na

mobilidade celular. Em E. coli e Salmonella foram identificados mais de 40

genes (fla), que codificam protenas estruturais, de exportao de

componentes para o exterior e de regulao de muitos eventos bioqumicos

envolvidos na sntese de novos flagelos. A sntese de flagelos fortemente

regulada, tanto por fatores metablicos como por sinais emitidos durante adiviso celular. Acredita-se que as subunidades de flagelina sejam

transportadas ao longo do filamento e se autoarranjam espontaneamente,

quando atingem a ponta.

Movimentao - A movimentao dos flagelos ocorre atravs de um

mecanismo de rotao do filamento, em velocidades que podem atingir at

270 ou 1100 rps, o que permite uma locomoo de at 100 m/segundo,

correspondendo a 100 vezes o seu comprimento/minuto. Os flagelosatuariam de maneira anloga a propulsores de um barco, sendo o sentido da

rotao importante para o tipo de movimentao resultante. Em muitas

clulas monotrquias, a rotao no sentido anti-horrio promove a

movimentao para frente, enquanto a rotao no sentido horrio faz com

que a clula se locomova no sentido oposto.


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Em outras monotrquias, quando o flagelo gira no sentido horrio promove a

locomoo.

Tipos de movimentao de clulas monotrquias


No caso de bactrias peritrquias, quando os flagelos giram no sentido anti-

horrio as clulas se movem para frente. Estes dobram seus ganchos e seus

filamentos se agrupam, formando um feixe, que gira e propele a clula.

Quando a rotao ocorre no sentido horrio, os flagelos se separam e a

bactria passa a vibrar somente, at que os flagelos voltem a girar no

sentido anti-horrio, impulsionando novamente a clula para frente.

Para que haja a movimentao, o basto localizado entre o gancho e o anel

M tem a capacidade de rodar livremente na membrana citoplasmtica.

Acredita-se que o anel S esteja fixo na parede celular, sem a possibilidade

de rodar. Os anis P e L sustentariam o basto. H evidncias que o corpo

basal atuaria como uma estrutura passiva que giraria no interior de um

complexo proteco inserido na membrana, semelhante a um rotor de um

motor eltrico, que gira no centro de um anel de eletromagnetos (estator). A

energia necessria para a rotao provida pela fora prton motiva. Adissipao do gradiente de prtons cria uma fora que gira o flagelo no

sentido anti-horrio, impelindo o microrganismo. O rotor seria composto

pelo basto central, pelo anel M e por um anel C, ligado ao M atravs da

membrana citoplasmtica. Estes anis so formados por vrias protenas,

sendo a FliG bastante importante. No estator, temos as protenas MotA e


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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


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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Movimentao por meio de deslizamento

Muitos procariotos so mveis, apesar de no possurem flagelos. Estas

bactrias so capazes de se movimentar sobre superfcies slidas, por um

processo denominado deslizamento. A motilidade por deslizamento

apresentada por vrios membros de Bacteria, sendo, no entanto, estudada

somente em alguns poucos grupos. O movimento deslizante

consideravelmente mais lento 10 m/seg para algumas bactrias, quando

comparado s velocidades atingidas pelo movimento flagelar mas, da

mesma forma, permite a locomoo das bactrias em seus habitats.

Mecanismos da Motilidade Por Deslizamento

Embora at o momento nenhum mecanismo de deslizamento tenha sido

comprovado, existem alguns modelos definindo o processo, alm de

evidncias sugerindo a existncia de mais de um tipo de mecanismo. Em

cianobactrias, medida que as clulas deslizam, secretam um

polissacardeo limoso em sua superfcie externa. Aparentemente, este

polissacardeo estabelece o contato entre a superfcie celular e a superfcie

slida, contra a qual a clula desliza. medida que o polissacardeo limoso

excretado se adere superfcie, a clula gradativamente puxada. Esta

hiptese sustentada pela observao de poros excretores de compostos

limosos na superfcie de vrias cianobactrias filamentosas.

Em Flavobacterium johnsoniae, provavelmente o mecanismo de

deslizamento envolve a movimentao de protenas na superfcie celular. De

acordo com este modelo, protenas especficas de motilidade, ancoradas nas

membranas citoplasmtica e externa, parecem propelir a clula para frente

por um mecanismo de cremalheira contnua. Ao que parece, o movimento

das protenas da membrana citoplasmtica promovido pela liberao de

energia oriunda da fora prton motiva que, de alguma maneira, transmite

esta energia s protenas da membrana externa, localizadas ao longo de

uma pista de corrida na superfcie celular. Acredita-se que o movimento


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das protenas da pista de corrida contra uma superfcie slida, literalmente

empurre a clula para frente.

Assim como as outras formas de motilidade, o deslizamento apresenta

grande relevncia ecolgica. Este movimento permite que a clula explore

novos recursos, ou interaja com outras clulas, de maneira benfica.

Esquema proposto para a movimentao deslizante de Flavobacterium(Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003)


Periplasma (gel periplasmtico) - Corresponde a um espao situado entre a

membrana externa e membrana citoplasmtica, encontrado em clulas Gram negativas.

Embora questionveis, relatos espordicos descrevem a existncia de um espao observado

entre o peptideoglicano e a membrana citoplasmtica de organismos Gram positivos. O

periplasma apresenta consistncia de gel, provavelmente devido ao grande nmero de

protenas presentes nesta regio. Em virtude disto, este "espao" passou a ser denominado gel


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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+2e Mg+2tambm 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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Esquema da membrana citoplasmtica bacteriana


Via de regra, exceto no caso dos micoplasma (bactrias desprovidas de parede celular),

micoplasmas, as membranas procariticas no apresentam esteris, como observado em

eucariotos. Entretanto, muitas bactrias apresentam molculas pentacclicas, semelhantes a

esteris, denominadas hopanides, talvez conferindo maior rigidez membrana. A presena deesteris na membrana citplasmtica de micoplasmas pode ser justificada pela ausncia da

parece celular, neste grupo de organismos.

Similaridade estrutural entre os esteris (a), colesterol (b) e hopanides (c)


Mesossomos - correpondem a extensas invaginaes da membrana citoplasmtica,

em forma de vesculas, lamelas ou tbulos. Geralmente so encontrados com maior

abundncia em Gram positivos, mas tambm presentes em Gram negativos. At hoje, sua

existncia e funes so ainda debatidas pelos pesquisadores. Diversas funes tm sido

atribudas aos mesossomos, tais como a participao na segregao dos cromossomos

durante a diviso, papel respiratrio, papel na esporulao, ou at mesmo como sendo um

mero artefato decorrente dos procedimentos utilizados para a preparao microscpica dos

espcimes. A partir do acahado de extensos mesossomos em bactrias de grandes

dimenses, acredita-se que sua principal funo seja de aumentar a superfcie da membrana,

aumentando assim o contedo enzimtico das clulas.

Matriz Citoplasmtica - composta por cerca de 70% de gua, alm dos demais

compostos celulares, tais como o DNA, incluses e plasmdeos. Caracteristicamente, o


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citoplasma celular apresenta um grande concentrao de ribossomos e protenas, tais como

protenas atuando como um sistema de citoesqueleto.

Nucleide e plasmdeos- Os procariotos so organismoshaplides, geralmente

apresentando apenas 1 nico cromossomo no envolto por carioteca. Eventualmente, algumas

bactrias podem apresentar 2 ou 3 cromossomos. O cromossomo bacteriano normalmentecirucular e encontra-se bastante enovelado, em uma regio celular denominada nucleide. Em

bactrias, o cromossomo no apresenta-se associado a histonas, sendo estabilizado por outras

protenas de natureza bsica. Geralmente o DNA cromossomal corresponde a uma molcula

bastante grande, podendo ser 1000 vezes maior que a prpria clula. Em E. coli, o DNA possui

cerca de 4,7 Mb, exibindo aproximadamente 1 mm de comprimento, quando linearizado.

(Adaptado de An Electronic Companion to

Microbiology)

Vrias bactrias apresentam tambm molculas de DNA extracromossomal,

denominadas plasmdeos, as quais so geralmente circulares, contendo muitas vezes genes

que conferem caractersticas adaptativas vantajosas ao microrganismo. Seu nmero e

dimenses so bastante variveis.

Corpsculos de incluso -So grnulos de armazenagem, de diferentes naturezas,

sendo geralmente utilizados como fonte de material de reserva ou energia, muitas vezesinsolveis. Estes podem apresentar-se sem qualquer envoltrio ou envoltos por uma nica

camada lipdica delgada (diferente de uma membrana), ou por protenas.

Dentre os compostos orgnicos armazenados temos o glicognio, o amido e

poliidroxibutirato. J dentre os inorgnicos temos polifosfatos (volutina ou metacromticos) e

enxofre.


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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)


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

2000)


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Bactrias se movendo em direo aum campo magntico


Esquema de uma vescula de ar,indicando como as protenas que a

formam se associam(Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of

Microorganisms, 2003)

Domnio Archaea

Consideraes Gerais

Por volta da dcada de 70, vrios organismos procariticos foram isolados a partir de

uma srie de ambientes considerados extremamente inspitos, quase que incompatveis com a

presena de seres vivos. Estes ambientes naturais caracterizavam-se por apresentar

temperaturas bastante elevadas (prximas a 100C), extrema acidez (pH prximo a 2), altas

salinidades (cerca de 10 a 15%) e, muitas vezes, ausncia completa de oxignio. Como vrias

destas caractersticas correspondiam s possveis condies encontradas na Terra primitiva,

os pesquisadores acreditavam que os organismos procariticos presentes nestes ambientes

deveriam corresponder a clulas primitivas, talvez "fsseis vivos", representando as formas de

vida ancestrais das bactrias modernas. Por esta razo, estes organismos foram denominados

"arqueobactrias".

No entanto, a partir dos trabalhos de Carl Woese e colaboradores (h cerca de 25

anos), realizando estudos comparativos de sequncias de DNA que codificavam rRNA (16S e

23S) de diferentes organismos, foram definidos 3 grandes domnios compreendendo todos os

seres vivos. Assim, de acordo com a proposta de Woese, os seres vivos poderiam ser

agrupados em trs grandes domnios: Bacteria (anteriormente denominadas eubactrias),

Archaea(as "arqueobactrias") e Eucarya (Eucariotos). Estes trs domnios teriam derivado de

um hipottico ancestral comum de todas as clulas.

A anlise da rvore filogentica apresentada abaixo, revela como a denominao

"arqueobactrias" inadequada e quo obsoleta a idia de que as "arqueobactrias" seriam


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os ancestrais das bactrias atuais, pois estes organismos no correspondem aos ancestrais da

bactrias atualmente conhecidas.

rvore filogentica universal, apresentando os trs domnios da vida

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

Esta rvore revela claramente que as "arqueobactrias" no correspondem aos

ancestrais das bactrias atuais, visto que sua possvel origem ocorre quase que

concomitantemente origem das bactrias mais primitivas.

Outro aspecto que a rvore permite deduzir o fato das "arqueobactrias" ocuparem

uma posio intermediria entre os domnios Bacteria e Eucarya, sugerindo que estas

correspondem a um grupo de organismos diferentes de bactrias e de clulas eucariticas. De

fato, estudos genticos e fisiolgicos posteriormente revelaram que tais organismos

apresentam caractersticas de bactrias, de eucariotos, alm de caractersticas exclusivas, no

encontradas em qualquer outro domnio. Por esta razo, deixaram de ser denominadas

"arqueobactrias", recebendo a denominao archaea.

Uma questo ainda no elucidada refere-se ao porqu de encontrar-se um grande

variedade de archaeaextremfilas, habitanto ambientes de altas temperaturas, salinidade, ou

extremos de pH. Por outro lado, o acmulo de conhecimentos sobre este grupo vem mostrando

que as archaea podem ser encontradas nos mais diversos ecossistemas, desde ambientes

aquticos frios, sistema digestrio do homem e outros animais, em tecidos vegetais.

Certamente no absurdo cogitar que no futuro sejam descobertas archaeapatognicas ao

homem ou outros seres vivos.


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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 archaeaconservaram mais do que as eubactrias

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

planeta.

Assim, as archaeacompreendem 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 eKorarchaeota.

rvore filogentica do domnioArchaea


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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Lagoa quente, rica em

enxofre, que convertido a cido

sulfrico, por espcies de archaea.

Sulfolobus, exemplo de uma archaea

do filo Crenarchaeota, habitante da lagoa

ilustrada acima.


O filo Euryarchaeota um grupo fisiologicamente diverso, sendo composto por dois grupos: 1)

as archaea metanognicas, que so anaerbias, (Methanococcus, Methanobacterium e

Methanosarcina), encontradas em ambientes de condies extremas, e 2) as haloflicas

extremas, que so aerbias (Halobacterium, Halococcus). As metanognicas compreendem os

organismos mais anaerbios conhecidos, ou seja, o oxignio mesmo em concentraes

baixssimas, exerce um efeito extremamente letal sobre estes organismos. Neste filo h ainda o

gnero Thermoplasma, composto por bactrias acidfilas, termoflicas, que no apresentam

parede celular. As haloflicas geralmente coram-se como Gram negativas, no apresentam

esporos e, em sua maioria, so imveis, geralmente apresentando grandes plasmdeos,

contendo cerca de 25 a 30% do DNA da clula. Dentre as metanognicas, encontra-se o

gnero Methanopyrus, que cresce em temperaturas de at 110C.


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Lago hipersalino no Egito,

rico em carbonato de sdio. O pH

destas guas encontra-se na faixa de

10, sendo habitado por archaea

halfilas extremas, tais como

Halobacterium salinarum. A colorao

vermelha decorrente da presena

de pigmentos carotenides, presentes

nestes organismos.

Thermoplasma, uma archaeadesprovida de parede celular.

Pilha de refugo da minerao de

carvo, que muitas vezes sofre auto-

combusto. Hbitat da archaea

Thermoplasma.


O filo Korarchaeota composto quase que somente por isolados identificados apenas a

partir do sequenciamento de 16S rRNA, sendo considerado um grupo de hipertermfilos. At o

momento, poucos espcimes de Korarchaeotaforam cultivados em laboratrio.

Pesquisas realizadas em uma fenda termal localizada no fundo do mar da Islndia, em

2002, levaram identificao de uma nova espcie de archaeaapresentando caractersticas

bastante distintas, quando comparada aos demais membros desse domnio. A espcie

Nanoarchaeum equitans diferencia-se das demais archaea por ser aparentemente muito

primitiva (ou modificada), sendo encontrada em associao com outra archaea (Igniococcus

sp.). Este organismo de morfologia arredondada bastante diminuto, apresentando cerca de

400 nm de dimetro e um pequeno genoma, de 0,5 Megabases. De acordo com seus

descobridores, as grandes diferenas apresentadas por Nanorachaeum em relao

seqncia de RNA ribossomal, sugerem que tal organismo seja classificado em um novo filo,

proposto como Nanoarchaeota.


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Micrografia de fluorescncia,

empregando um corante especfico

para DNA, revelando as clulas de

Igniococcus (maiores) e de

Nanoarchaeum equitans (menores).

No quadro direita, micrografia

eletrnica evidenciando a estreita

associao das duas archaea.

Boucher & Doolittle (2002) Nature, 417:27-28

(clique no autor, caso deseje ver o artigo original)

Micrografia de fluorescncia

empregando corantes especficos para os rRNAs

de Igniococcus (verde) e Nanoarchaeum

(vermelho)

Huber et al. (2002) Nature, 417:63-67.

(clique no autor, caso deseje ver o artigo original)

Estrutura celular das Archaea

Quanto morfologia, podem ser esfricas, bacilares, espiraladas, achatadas, quadradas,

discides e muitas vezes de morfologia irregular ou pleomrficas. Suas dimenses so

extremamente variveis, de 0,1 a 15 m, com alguns filamentosos atingindo 200 m.

As archaea apresentam vrias caractersticas especiais, que permitem seu

desenvolvimento em uma vasta gama de ambientes. Estas incluem alteraes de composio

de membrana, composio variada de paredes celulares, presena de protenas tipo histonas,

ntrons, mecanismos de splicing, entre outros.

Parede celular: Apresenta composio e estruturao extremamente variveis neste

grupo de microrganismos. Esta variabilidade sugere que o ancestral comum seria desprovido

de parede, sendo as diversas paredes resultantes de evoluo independente, de acordo com

os diferentes ambientes e grupos de archaea.


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Diferentes composies de parede celular presentes em archaea.

(Adaptado de Atlas, R.M. (1997) - Principles of microbiology)

Quando coradas pelo mtodo de Gram, algumas archaea comportam-se como Gram

positivas e outras como Gram negativas, embora suas paredes sejam completamente distintas

daquelas de eubactrias. Como observado na figura acima, suas paredes celulares

apresentam uma grande diversidade quanto composio qumica e, diferentemente das

eubactrias, no apresentam peptideoglicano. Alm disso, existem tambm outras archaeaque

no exibem parede celular (Thermoplasma).

O gnero Thermoplasma cresce bem em temperaturas de 55C e pH 2, em meios

complexos. Estes organismos apresentam a membrana citoplasmtica bastante diferente,

contendo compostos semelhantes a lipopolissacardeos, contendo ligaes tetrater. Um outro

gnero, filogeneticamente relacionado a Thermoplasma, Picrophilus, que cresce em pHs de

0,06 a 0,7.

Vrias archaeaexibem uma parede espessa, rgida, semelhante parede Gram positiva

(Methanobacterium, Methanopyrus, Halococcus), entretanto, os polmeros que compem a

estrutura podem ser: pseudopeptideoglicano ou metanocondroitina.

O pseudopeptideoglicano diferencia-se do peptideoglicano pela ocorrncia de cido

talosaminurnico em substituio ao murmico, pela ligao do tipo b-1,3 ao invs de b-1,4

entre os acares e pela ausncia de D-aminocidos nas pores peptdicas da molcula.

Nestas bactrias, a lisozima no exibe qualquer atividade de degradao da parede, uma vez

que seu stio de ao so as ligaes b-1,4. Da mesma forma, a penicilina ineficaz contra

estes organismos porque o mecanismo de sntese de parede distinto nas archaea.


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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 archaeaexibem 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 lipdeosster ter (di e tetraeter) ster

As membranas de archaeageralmente 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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Uma caracterstica da poro lipdica da membrana o fato desta no ser composta por cidos

graxos convencionais. Em seu lugar encontram-se longas cadeias de hidrocarboneto

ramificadas. Os hidrocarbonetos ligam-se ao glicerol por ligaes do tipo ter (ao invs de

ster) e podem apresentar-se como bicamadas (como em todas as membranas) ou como

monocamadas. Quando formam bicamadas, denominam-se glicerol diter e quando originam

monocamadas, diglicerol tetrater.Quando h a monocamada, esta modula sua fluidez atravs da ciclizao de alguns elementos

da cadeia de hidrocarboneto, formando anis pentacclicos.

As protenas de membrana podem ser tambm bastante diferentes daquelas observadas em

outros tipos celulares.

Estrutura e composio da membrana presente em vrias archaea.


Cromossomo: bastante semelhante ao cromossomo das eubactrias, uma vez que

nico e, na maioria dos casos, circular. Por outro lado, sua organizao semelhante aos

eucariotos, uma vez que observam-se protenas (do tipo histona) associando-se ao DNA,

atuando na manuteno da estrutura do DNA, afetando tambm a expresso gnica. Foi

observado que em muitos hipertermfilos a associao das protenas ao DNA promove um

enovelamente do tipo positivo no DNA, enquanto em eucariotos, este negativo.


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Foi tambm relatada a presena de introns no cromossomo de Archaea, em genes de

RNA de hipertermfilos e halfilos, sendo processado atravs de endonucleases.

Transcrio: Em relao aos promotores, aparentemente sua estrutura tem maior

semelhana com promotores de eucariotos que de procariotos. A RNA polimerase mais

complexa que a de bactrias, podendo ser composta por 8 polipeptdeos em metanognicas ehaloflicas (enquanto em Bacteriaso 4). Nas hipertermfilas, podem existir 10 polipeptdeos

distintos (assemelhando-se RNA polimerase de eucariotos).

Ribossomos: So do tipo 70S, semelhantes aos de bactrias, entretanto, sua

composio protica bastante distinta, tornando-os resistentes aos antibiticos que afetam a

sntese protica bacteriana. A traduo tambm diferentes das Bacteria, assemelhando-se

mais aos Eucarya, sem a participao da formil-metionina no incio do processo. A toxina

diftrica, que inibe a traduo de clulas eucariticas tambm inibe o processo emArchaea.

Flagelos: Muitas archaea, inclusive aquelas sem parede celular, podem apresentar

flagelos. Estes diferem totalmente dos flagelos bacterianos, uma vez que no apresentam a

estruturao em corpo basal, gancho e filamento. Nas Archaea, o flagelo no apresenta os

anis observados nas bactrias e, geralmente, composto por vrios tipos de flagelina, que

exibe composio similar a vrias fmbrias. Ao que parece, o flagelo composto por flagelina,

que se organiza a partir da membrana citoplasmtica, projetando-se para o exterior da clula.

Metabolismo

As archaea apresentam uma enorme diversidade metablica. Muitas so

quimiorganotrficas, com metabolismo semelhante s demais clulas, outras so

quimiolitotrficas, utilizando o H2como doador de eltrons nas reaes de oxi-reduo.

Vrias archaeaso anaerbias e geralmente termfilas e suas vias para obteno de

energia geralmente envolvem

1) Reduo do CO2a metano ou converso do acetato a CO2e ento metano; sendo

incorporado pela via do Acetil-Coa

CO2+ 4H2k CH4+ 2H2O nas metanognicas

2) Reduo de SO4 a H2S;

SO42-+ H++ 4H2 k HS-+ 4H2O

3) Reduo de Enxfre elementar a H2S.

S + H2k HS-+ H+


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Assim, pode-se notar que muitas archaeaexibem 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 archaeadescritas 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

archaeaera 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, halfilose 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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Curiosamente, a estrutura primria (seqncia de aminocidos) de vrias protenas de

Archaea no exibem diferenas significativas quando comparada a outros organismos.

Provavelmente, o principal fator para esta caracterstica seja o dobramento destas protenas.

Uma caracterstica das protenas de termoflicos refere-se substituio de aminocidos mais

flexveis por aqueles que conferem maior rigidez molcula. Alm disso, foi sugerido que as

protenas poderiam ser estabilizadas pela presena de altos teores de aminocidoshidrofbicos. As archaea termfilas tambm exibem um enorme nmero de chaperonas, que

garantem o dobramento correto das protenas nas temperaturas mais elevadas.

Em termos de genoma, observa-se muitas vezes valores maiores de G+C nas

hipertermfilas, estabilizando assim os cidos nuclicos. Entretanto, tal caracterstica no pode

ser considerada como regra. Muitas termoflicas apresentam altas concentrao de 2,3-

difosfoglicerato cclico, um composto que protege contra a depurinizao. Vrias outras

produzem uma DNA girase reversa, que enovela o DNA no sentido positivo, que mais estvel

que o negativo, o qual encontrado na maioria das outras clulas. Alm disso, muitas vezes

so encontradas protenas do tipo histona ou outras, que se

introdução à microbiologia

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