morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

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Princípios Básicos de Microbiologia Médica Profº Pedro Filho

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Page 1: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Princípios Básicos de Microbiologia Médica

Profº Pedro Filho

Page 2: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano
Page 3: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Dimensão das bactérias (mm/1000)

CITOLOGIA BACTERIANA

Introdução

Page 4: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

• As células são as unidades fundamentais dos seres vivos

• Bactérias são os menores seres vivos independentes

Introdução

Page 5: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano
Page 6: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano
Page 7: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Classificação das Bactérias – Aspectos Macroscópicos

• A diferenciação inicial entre as bactérias pode ser realizada pelas características de crescimento em diferentes meios de cultura;

• A soma de suas características determinam as características diferenciais como a cor, tamanho, forma e odor;

• Utilizando meios de cultura adequados, podem ser determinadas a capacidade de resistir a certos antibióticos, de fermentar açúcares específicos, lisar hemácias;

Morfologia Bacteriana

Page 8: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Cocos - Células esféricas que quando agrupadas aos pares recebem o nome de diplococos. Quando agrupadas em cadeias são denominados estreptococos. Cocos em agrupados cachos de uva recebem o nome de estafilococos.

Diplococos

Streptococcus pneumoniae Neisseria gonorrhoeae

Estreptococos

Streptococcus agalactiae Staphylococcus aureus

Estafilococos

Classificação das Bactérias – Aspectos Microscópicos

Morfologia Bacteriana

Page 9: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Bastonetes - Células em forma de bastão.

Vibriões

Espiroquetas

Classificação das Bactérias – Aspectos Microscópicos

Morfologia Bacteriana

Page 10: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Coloração de Gram

• É um teste rápido, importante e fácil que permite aos clínicos a diferenciação entre as duas mais importantes classes de bactérias, permitindo um diagnóstico inicial e começar;

Técnicas de identificação bacterianas

Page 11: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Técnicas de identificação bacterianas

Page 12: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Sorotipagem

• Testes sorológicos usados em tipos de bactérias que não podem ser cultivados, exemplos, Treponema pallidum – causador da sífilis, Francisella – organismo causador da tularemia, Escherichia coli sorotipo O157, agente causador da colite hemorrágica;

Técnicas de identificação bacterianas

Page 13: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Estruturas bacterianas

x

Morfologia Bacteriana

Page 14: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

O citoplasma das bactérias contém o DNA cromossomal, mRNA, ribossomos, proteínas e metabólitos

Morfologia Bacteriana

Page 15: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Nucleoide – local no citoplasma, onde fica o DNA

Morfologia Bacteriana

Page 16: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Plasmídeo – Formas circulares de DNA extracromossomal

Morfologia Bacteriana

Page 17: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

DNA – Molécula que carrega a informação necessário para o crescimento e desenvolvimento da bactéria

Morfologia Bacteriana

Page 18: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Ribossomo – Maquinaria para síntese de proteínas

Morfologia BacterianaPolissomos ou polirribossomos

Page 19: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Membrana plasmática – Maquinaria para síntese de proteínas

Morfologia Bacteriana

Page 20: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Parede celular – Estrutura responsável pela sustentação mecânica da bactéria

Morfologia Bacteriana

Page 21: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Parede Celular

• Os componentes da parede celular diferenciam as bactérias Gram positivas das Gram negativas;

• Os componentes celulares são, também, peculiares para as bactérias e suas estruturas repetitivas contribuem para as respostas da imunidade inata humana;

Morfologia Bacteriana

Page 22: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Parede Celular

Morfologia Bacteriana

Page 23: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Bactéria Gram positivas

• Bactérias Gram positivas possuem uma parede celular espessa em múltiplas camadas constituída principalmente de peptídoglicano;

Funções do peptídoglicano:

Funciona como exoesqueleto

Essencial para estrutura da bactéria

Está envolvido no processo de duplicação

Proteção contra ambientes hostis

Morfologia Bacteriana

Page 24: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

GRAM POSITIVASEstrutura do Peptideoglicano

Bactéria Gram positivas

Morfologia Bacteriana

Page 25: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Bactéria Gram positivas

• Na parede celular de bactérias Gram positivas pode incluir outros componentes tais como

• Ácido teicoicos – São solúveis em água, são essenciais para a viabilidade celular, e são responsáveis pela virulência da bactéria;

• Ácido lipoteicoicos – Estão ligados a membrana plasmática através de ácidos graxos ancorados. São os antígenos de superfície;

Morfologia Bacteriana

Page 26: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

ÁCIDOS TEICÓICO e LIPOTEICÓICO

• Polimeros Hidrossoluveis

• Antígenos de Superfície

• Auxílio na seleção de moléculas

Morfologia Bacteriana

Page 27: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Bactéria Gram Negativas

• A parede celular de bactérias Gram negativas são estrutural e quimicamente mais complexas do que as da bactérias Gram positivas;

Morfologia Bacteriana

Além de manter a estrutura bacteriana, permite o

transporte de moléculas importantes, fornece proteção

para condições ambientais adversas.

Page 28: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Bactéria Gram Negativas

A parede celular de bactérias Gram negativas são estrutural e quimicamente mais complexas do que as da bactérias Gram positivas;

Morfologia Bacteriana

Lipopolissacarideo (LPS) ou endotoxina, é um potente desencadeador de resposta imune inata. O LPS ativa os linfócitos B, células dendríticas, macrófagos, e outras células a liberar IL-1 e IL-6, TNF. Induz à produção de febre e pode causar choque séptico. Causa a reação de Shwartzman.

Page 29: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Estruturas externas

É fracamente antigênica e antifagocítica sendo um

importante fator de virulência. Impende a

passagem de moléculas tóxicas, e serve para

aderência no tecido do hospedeiro

Streptococcus mutans utiliza a sua cápsula para se aderir e perfurar o esmalte dentário

Morfologia Bacteriana

Page 30: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Estruturas externas

São responsáveis pela adesão da bactérias as mucosas, sendo de fundamental importância para a virulência bacteriana.

Morfologia Bacteriana

Page 31: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Divisão Celular

• A divisão celular inicia com a replicação do cromossomo;

• Extensão da parede celular;

• Formação do septo;

Morfologia Bacteriana

Page 32: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Esporos bacterianos

• Geralmente são formados por bactérias Gram positivas;

• Sob condições ambientais inóspitas, como privação nutricional, as bactérias podem passar do estado vegetativo para o estado de dormência;

• O esporo é uma estrutura de múltiplas capas, desidratada que protege e permite que a bactéria exista em “estado de animação suspenso”;

Morfologia Bacteriana

Page 33: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Esporos bacterianos

• O esporo tem – Uma membrana externa;– Duas camadas de peptidoglicano;– Um revestimento proteico semelhante a

queratina;

Morfologia Bacteriana

Page 34: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Esporos bacterianos

• Ácido dipicolínico é produzido para ser ligado ao cálcio e assim, estabilizar o interior do esporo;

Morfologia Bacteriana

Page 35: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Esporos bacterianos

Morfologia Bacteriana

Page 36: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Esporos bacterianos

Forma de resistência:

calor;

dessecação;

agentes químicos;

agentes físicos.Morfologia Bacteriana

Page 37: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Esporos bacteriano

• A germinação do esporo ocorre após um estresse mecânico causando a ruptura do revestimento externo;

• Após a iniciação do processo de germinação o esporo absorve água do meio e está pronto para produzir uma bactéria idêntica a original;

Morfologia Bacteriana

Page 38: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Page 39: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Conjunto de reações bioquímicas necessárias à vida, compreende o catabolismo e anabolismo

catabolismo – reações químicas que liberam energia a partir da degradação de substância orgânicas

anabolismo – reações químicas que consomem energia e permitem a síntese de precursores metabólicos,

macromoléculas e estruturas celulares

Metabolismo

Page 40: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Metabolismo

Catabolismo

AnabolismoEnergiaEnergia

Crescimento

E

Multiplicação

Page 41: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

luminosa

Fotossintetizantes

Compostos Inorgânicos (Fe2+, NO2-, H2)

Litotróficos

Compostos Orgânicos (Glicose)

Heterotróficos ou Organotróficos

ATPATP

Biossíntes de Macromoléculas

Montagem de Estruturas

Divisão Celular

Page 42: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Exigências metabólicas

• O crescimento bacteriano requer uma fonte de energia e matéria-prima para a construção de proteinas, estruturas e membranas;

• Os elementos essenciais são, proteínas, lipídios, e ácido nucléicos (C, N, O, H, S, P), e íons (K, Na, Mg, Ca, Cl, Fe, Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni)

Metabolismo

A exigência mínima para o crescimento é uma fonte de carbono e nitrogênio, uma fonte de energia, água e vários íons.

Page 43: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Exigências metabólicas

• Clostridium perfringens, causador da gangrena gasosa, não pode crescer na presença de O2. Portanto, é considera anaeróbio obrigatório;

• Mycobacterium tuberculosis, causador da tuberculose, exige a presença de oxigênio, sendo portanto, um aeróbio obrigatório;

• Anaeróbios facultativos Bactérias que vivem tanto na presença como na ausência de oxigênio;

Metabolismo

Produção da enzima superóxido dismutase

Page 44: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Exigências metabólicas

Metabolismo

Autotróficos – Utilizam CO2 como fonte de carbono

Organotróficos – Utilizam compostos orgânicos como fonte de carbono

Quimiolitotróficos – Utilizam compostos inorgânicos como fonte de energia e CO2 como fonte de carbono

Fototróficos – Utilizam luz como fonte de energia e CO2 como fonte de carbono

Quimioorganotróficos – Utilizam compostos orgânicos como fonte de energia e de carbono

Page 45: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Page 46: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Page 47: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Page 48: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Page 49: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo

Page 50: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Genética Bacteriana

• O genoma bacteriano é a coleção total de genes portados por uma bactéria;

• Os genes são sequências de DNA que contém informação para a síntese de proteínas;

Genética Bacteriana

Page 51: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Transcrição

• A informação presente no DNA é transcrita em um RNA mensageio (mRNA);

• Essa reação é realizada pela RNA polimerase

Genética Bacteriana

Page 52: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Tradução

• A tradução é processo pelo qual a linguagem do código genético, na forma de mRNA, é convertida (traduzida) em uma sequência de aminoácidos, a proteína;

Genética Bacteriana

Page 53: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Tradução

• A síntese de proteínas é tão importante para as bactérias, que muitos antibióticos atuam inibindo a síntese de proteínas;

• Os antibióticos aminoglicosídeos (estreptomicina e gentamicina) e as tetraciclinas, macrolídios (eritromicina), e licomicinas (clindamicina) agem ligando-se aos ribossomos inibindo a síntese de proteínas;

Genética Bacteriana

Page 54: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Replicação do DNA

• O cromossomo bacteriano é um depositório de informação pelo qual as características das bactérias são definidas;

• Quando a bactéria inicia o processo de divisão celular, o ponto inicial é a replicação do DNA;

Genética Bacteriana

Page 55: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Crescimento Bacteriano

Genética Bacteriana

Page 56: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Divisão celular

• A duplicação bacteriana é o processo pelo qual duas células-filhas são produzidas;

• O processo de duplicação é um processo cuidadosamente regulado;

Crescimento Bacteriano

Uma vez iniciado o ciclo, a síntese de DNA deve caminhar para a conclusão, mesmo que todos os nutrientes sejam retirados do meio;

Page 57: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Divisão celular

Crescimento Bacteriano

Page 58: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Fases do crescimento bacteriano

Crescimento Bacteriano

1

2

3

4

Núm

ero

de B

acté

rias

(log

)

Tempo

Fase Lag

Fase Log (Exponencial)

Fase Estacionária

Fase de Morte

adaptação

multiplicação

Falta de nutrientes

Acúmulo de subprodutos tóxicos

Equilíbrio multiplicação e morte

Ativação de enzimas que lisam parede ceular

Page 59: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Condições de crescimento bacteriano

Crescimento Bacteriano

• TEMPERATURAPsicrófilas (12 a 17 graus C)

Mesófilas (28 a 37 graus C)Termófilas (57 a 90 graus C)

Termófilas extremas (>100 graus C)

• pHAcidófilas (ph<5)

Alcalófilas (pH>10)

• OxigenaçãoAeróbicas (patógenos respiratórios e de mucosa), Anaeróbicas (trato gastrointestinal e ambiente –esporos), Microaerófilas ( PO2), Facultativas, Aerotolerntes (Anaeróbio)

• Salinidade Bactérias Halófitas

Page 60: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Requerimento de nutrientes

Crescimento Bacteriano

• Algumas bactérias são capazes de crescer em meio simples – organismos entéricos

• Algumas bactérias são extremamente fastidiosas (complexo requerimento nutricional) – organismos que crescem nas mucosas ou no interior da célula do hospedeiro

• Algumas bactérias crescem em meio indefinido (sangue, soro, extrato de levedura, etc…)

Page 61: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Antibiograma

• É o resultado de um exame laboratorial com o objetivo de identificar a sensibilidade de uma linhagem de bactérias isoladas contra diferentes tipos de antibióticos;

Detecção de Bactérias

Page 62: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Antibiograma

• Nos hospitais e clínicas, antibióticos são frequentemente prescritos com base em guias gerais do conhecimento a respeito da sensibilidade;

• ex: Infecções do trato urinário sem complicações podem ser tratadas com quinolonas. Isso ocorre porque a E. coli é o provável, e é sabidamente sensível ao tratamento com quinolonas;

Detecção de Bactérias

Page 63: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Antibiograma

Detecção de Bactérias

• Muitas bactérias são resistentes a diversas classes de antibióticos, e o tratamento não é tão simples. Este é o caso de pacientes internados em unidades de terapia intensiva;

• Quando esses pacientes desenvolvem uma pneumonia adquirida em ambiente hospitalar, bactérias mais resistentes como Pseudomonas aeruginosa estão potencialmente envolvidas;

• Antibióticoterapia empírica;

Page 64: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Antibiograma

Detecção de Bactérias

• Antes de iniciar o tratamento, o procedimento correto é, o médico ou enfermeiro deve coletar uma amostra do indivíduo com suspeita de contaminação;

• Essas amostras são transferidas para o laboratório de microbiologia que analisa a amostra através do microscópio e tenta cultivar a bactéria.

• O procedimento seguinte é realizar um ANTIBIOGRAMA!

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Antibiograma

Detecção de Bactérias

• QUAL O OBJETIVO DE REALIZAR UM ANTIBIOGRAMA, COM UMA AMOSTRA COLETADA DE INDIVÍDUO COM SUSPEITA DE INFECÇÃO BACTERIANA

Page 66: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Antibiograma

Detecção de Bactérias

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Page 68: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Antibiograma

Detecção de Bactérias

• Uma vez que a cultura tenha se estabelecido, há duas formas de se obter um antibiograma:

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Método de Kirby-Bauer

Antibiograma

• Um método semi-quantitativo baseado em difusão. Pequenos discos contendo diferentes antibióticos;

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Método de Kirby-Bauer

Antibiograma

• Um método semi-quantitativo baseado em difusão. Pequenos discos contendo diferentes antibióticos;

Page 71: Morfologia, metabolismo, genética e crescimento bacteriano

Método quantitativo de diluição

Antibiograma

• Em série de recipientes com diluições de antibiótico progressivamente menores são inoculadas com o microrganismo analisado;

• Quando a concentração inibitória mínima é calculada, ela pode ser comparada com os valores conhecidos para a relação entre a bactéria e o antibiótico.