introdução à microbiologia

Transcrição

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE FÍSICA DE SÃO CARLOS
LICENCIATURA EM CIÊNCIAS EXATAS
DISCIPLINA BIOLOGIA 3
INTRODUÇÃO À MICROBIOLOGIA
Nelma R. Segnini Bossolan
2002
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
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1.1 POSIÇÃO DOS MICRORGANISMOS NO MUNDO VIVO
1.2 DISTRIBUIÇÃO DOS MICRORGANISMOS NA NATUREZA
1.3 ÁREAS DE APLICAÇÃO DA MICROBIOLOGIA
1.4 A EVOLUÇÃO DA MICROBIOLOGIA
1.4.1 GERAÇÃO ESPONTÂNEA VERSUS BIOGÊNESE
1.4.2 TEORIA MICROBIANA DAS DOENÇAS
1.5 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS
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2 BACTÉRIAS
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2.1 MORFOLOGIA E ULTRA-ESTRUTURA DAS BACTÉRIAS
2.1.1 ESTRUTURAS BACTERIANAS
2.2 CULTIVO DAS BACTÉRIAS
2.2.1 TIPOS NUTRITIVOS DAS BACTÉRIAS
2.2.2 MEIOS BACTERIOLÓGICOS
2.2.3 CONDIÇÕES FÍSICAS NECESSÁRIAS AO CRESCIMENTO
2.3 REPRODUÇÃO E CRESCIMENTO
2.3.1 REPRODUÇÃO
2.3.2 CRESCIMENTO
2.4 PRINCIPAIS GRUPOS DE BACTÉRIAS
2.4.1 BACTÉRIAS PATOGÊNICAS
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3 FUNGOS
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3.1 INTRODUÇÃO
3.2 CARACTERÍSTICAS PRÓPRIAS DOS FUNGOS
3.2.1 REPRODUÇÃO NOS FUNGOS
3.2.2 FISIOLOGIA E NUTRIÇÃO DOS FUNGOS
3.3 CLASSIFICAÇÃO DOS FUNGOS
3.3.1 ZYGOMYCETES
3.3.2 ASCOMYCETES
3.3.3 BASIDIOMYCETES
3.3.4 DEUTEROMYCETES
3.4 FUNGOS E SUAS ASSOCIAÇÕES COM OUTROS ORGANISMOS
3.4.1 LIQUENS
3.4.2 MICORRIZAS
3.4.3 TRUFAS
3.5 FUNGOS ECONOMICAMENTE IMPORTANTES
3.5.1 FUNGOS PATOGÊNICOS
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4 VÍRUS
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4.1 INTRODUÇÃO
4.2 HISTÓRICO
4.3 ESTRUTURA DOS VÍRUS
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4.4 CLASSIFICAÇÃO DOS VÍRUS ANIMAIS E DE PLANTAS
4.5 REPLICAÇÃO DO VÍRUS
4.6 BACTERIÓFAGOS
4.7 ISOLAMENTO E IDENTIFICAÇÃO DO VÍRUS
4.8 AGENTES INFECCIOSOS SEMELHANTES A VÍRUS
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5 CONTROLE DOS MICRORGANISMOS
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5.1 FUNDAMENTOS
5.2 CONDIÇÕES QUE INFLUENCIAM A AÇÃO ANTIMICROBIANA
5.3 MODO DE AÇÃO DOS AGENTES ANTIMICROBIANOS
5.4 CONTROLE PELOS AGENTES FÍSICOS
5.4.1 APLICAÇÃO DAS ALTAS TEMPERATURAS
5.4.2 APLICAÇÃO DE BAIXAS TEMPERATURAS
5.4.3 RADIAÇÕES
5.5 CONTROLE PELOS AGENTES QUÍMICOS
5.5.1 ESCOLHA DO AGENTE QUÍMICO ANTIMICROBIANO
5.5.2 PRINCIPAIS GRUPOS DE DESINFETANTES E ANTI-SÉPTICOS
5.6 ANTIBIÓTICOS E OUTROS AGENTES QUIMIOTERÁPICOS
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6 BIBLIOGRAFIA
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IFSC / LCE / Biologia 3 – Microbiologia
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1 Introdução
A ciência da Microbiologia [do grego: mikros (“pequeno”), bios (“vida”) e
logos (“ciência”)] é o estudo dos organismos microscópicos e de suas atividades.
Preocupa-se com a forma, a estrutura, a reprodução, a fisiologia, o metabolismo e a
identificação dos seres microscópicos. Inclui o estudo da sua distribuição natural, suas
relações recíprocas e com outros seres vivos, seus efeitos benéficos e prejudiciais sobre
os homens e as alterações físicas e químicas que provocam em seu meio ambiente.
Em sua maior parte, a Microbiologia trata com organismos microscópicos
unicelulares. Nas assim chamadas formas superiores de vida, os organismos são
compostos de muitas células, que constituem tecidos altamente especializados e órgãos
destinados a exercer funções específicas. Nos indivíduos unicelulares, todos os
processos vitais são realizados numa única célula. Independentemente da complexidade
de um organismo, a célula é, na realidade, a unidade básica da vida.
Todas as células vivas são basicamente semelhantes. Conforme já foi visto, elas
compõem-se de protoplasma (do grego: a primeira substância formada), um complexo
orgânico coloidal constituído principalmente de proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos; o
conjunto é circundado por membranas limitantes ou parede celular, e todos contêm um
núcleo ou uma substância nuclear equivalente.
Todos os sistemas biológicos têm as seguintes características comuns: 1)
habilidade de reprodução; 2) capacidade de ingestão ou assimilação de substâncias
alimentares, metabolizando-as para suas necessidades de energia e de crescimento; 3)
habilidade de excreção de produtos de escória; 4) capacidade de reagir a alterações do
meio ambiente (algumas vezes chamada de "irritabilidade"), e 5) suscetibilidade à
mutação.
Os princípios da Biologia podem ser demonstrados através do estudo da
Microbiologia, pois os microrganismos têm muitas características que os tornam
instrumentos ideais para a pesquisa dos fenômenos biológicos. Os microrganismos
fornecem sistemas específicos para a investigação das reações fisiológicas, genéticas e
bioquímicas, que são a base da vida. Eles podem crescer, de maneira conveniente, em
tubos de ensaio ou frascos, exigindo, assim, menos espaço e cuidados de manutenção do
que as plantas superiores e os animais. Além disso, crescem rapidamente e se
reproduzem num ritmo muito alto; algumas espécies bacterianas demonstram quase 100
gerações num período de 24 horas. Os processos metabólicos dos microrganismos
seguem os padrões que ocorrem nos vegetais superiores e nos animais. As leveduras,
por exemplo, utilizam a glicose, basicamente do mesmo modo que as células dos tecidos
de mamíferos, revelando que o mesmo sistema enzimático está presente nestes
organismos tão diversos.
Em Microbiologia pode-se estudar os organismos em grande detalhe e observar
seus processos vitais durante o crescimento, a reprodução, o envelhecimento e a morte.
Modificando-se a composição do meio ambiente, é possível alterar as atividades
metabólicas, regular o crescimento e, até alterar alguns detalhes do padrão genético,
tudo sem causar a destruição do microrganismo.
Os principais grupos de microrganismos são os protozoários, fungos, algas e
bactérias. Os vírus, apesar de não serem considerados vivos, têm algumas características
de células vivas e por isso são estudados como microrganismos. Este texto irá abordar
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temas sobre bactérias, fungos e vírus, uma vez que algas e protozoários já foram vistos
em etapa anterior.
1.1 Posição dos microrganismos no mundo vivo
A Microbiologia estuda alguns organismos que são predominantemente
semelhantes ao vegetais , outros que são similares aos animais e, um terceiro grupo que
tem características aos animais e vegetais. Visto que não existem organismos que não
pertencem, naturalmente, a nenhum destes dois reinos, foi proposta a criação de novos
reinos que os pudessem incluir.
Uma dessas primeiras proposições foi feita em 1866 pelo zoólogo alemão E. H.
Haeckel. Este autor sugeriu que um terceiro reino incluísse os microrganismos que,
tipicamente não poderiam ser classificados como vegetais ou animais. Esses organismos
foram chamados de protistas e colocados no reino Protista, constituído unicamente por
seres unicelulares. Assim, ao se falar de modo geral em protistas, compreendem-se
bactérias, algas, fungos e protozoários, excluindo-se os vírus que não são organismos
celulares.
Mediante os progressos do conhecimento da ultra-estrutura celular, os
microrganismos puderam ser divididos em duas categorias: procariotos e eucariotos.
Esta divisão baseia-se nas diferenças de organização da maquinaria celular, já vistas
neste curso. As algas azuis (cianofíceas) e as bactérias são organismos procariotos. Entre
os microrganismos eucariotos estão os protozoários, os fungos e as demais algas (as
células animais e vegetais são, também eucarióticas). Os vírus, isolados entre os
microrganismos, são deixados de lado neste esquema de organização celular.
Um outro sistema de classificação, o sistema dos cinco reinos, foi proposto por
Robert H. Whittaker (1969), baseado no modo pelo qual o organismo obtém nutrientes
de sua alimentação. Este sistema é, agora, amplamente aceito porque considera relações
evolutivas e é compatível com os recentes estudos bioquímicos, genéticos e ultraestruturais, os quais sugerem que a endossimbiose (viver junto, um no interior do outro)
hereditária levou até a célula eucariótica, tal como ela é conhecida, a partir de uma
variedade de unidades procarióticas, desenvolvendo-se desde um ancestral procariótico
comum.
Os microrganismos, portanto, são encontrados em três dos cinco reinos: reino
Monera (bactérias e cianobactérias), reino Protista (algas microscópicas e protozoários)
e reino Fungi (leveduras e bolores).
Até 1977, a idéia prevalecente era de que os organismos procariotos, por causa
da sua simplicidade estrutural, eram os ancestrais de eucariotos mais complexos. Com
as pesquisas de Carl Woese e seus colaboradores, ficou comprovado que os procariotos
e eucariotos evoluíram por vias completamente diferentes a partir de uma forma
ancestral comum, como mostra a figura 1. Estes pesquisadores utilizaram uma técnica
que compara o arranjo nucleotídico do RNAr entre diferentes organismos. Por exemplo,
se as sequências de ribonucleotídeos de 2 tipos de organismos diferem em grande
extensão, a relação entre ambos é muito distante; ou seja, os organismos divergiram há
muito tempo de um ancestral comum. Porém, se as sequências mostram mais
similaridades, os organismos estão intimamente relacionados e têm um ancestral comum
relativamente recente. Os eucariotos possuem um tipo geral de sequência e os
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procariotos, um segunto tipo. Dentre os procariotos, alguns têm um terceiro tipo de
sequência, que difere dos anteriores. Com isso, concluiu-se que há 2 tipos principais de
bactérias, designadas de arqueobactérias e eubactérias.
A figura 1 mostra um esquema das vias pelas quais os organismos vivos
evoluíram, como deduzido através de estudos comparativos e RNA ribossômico.
Figura 1: Representação das vias pelas quais os organismos vivos evoluíram, como deduzido
através de estudos comparativos de RNA ribossômico. As três maiores ramificações evolucionárias são
mostradas como arqueobactrérias, eubactérias e eucariotos. Entre as eubactérias pelo menos dez linhas de
descendentes distintos ocorrem; nas arqueobactérias, pelo menos três. No caso dos eucariotos, há
evidências de que certas eubactérias Gram-negativas invadiram células eucarióticas primitivas e evoluíram
como organelas intracelulares chamadas mitocôndrias. Cloroplastos, as organelas fotossintéticas de
células de plantas, parecem ter evoluído de maneira similar, a partir de uma cianobactéria. (fonte: Pelczar
et al., 1996)
1.2 Distribuição dos Microrganismos na Natureza
Os microrganismos se encontram em praticamente todos os lugares da natureza.
São transportados por correntes aéreas desde a superfície da Terra até as camadas
superiores da atmosfera. Mesmo os microrganismos típicos dos oceanos podem ser
achados a muitos quilômetros de distância, no alto de montanhas. São encontrados em
sedimentos no fundo do mar, em grandes profundidades. São carregados por correntes
fluviais e até mares; e, se dejetos humanos contendo bactérias patogênicas forem
despejados em correntes de água, a doença pode disseminar-se de um lugar para outro.
Os microrganismos ocorrem mais abundantemente onde puderem encontrar alimentos,
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umidade e temperatura adequadas para seu crescimento e multiplicação. Uma vez que as
condições que favorecem a sobrevivência e o crescimento de muitos microrganismos
são as mesmas sob as quais vivem as populações humanas, é inevitável que vivamos
entre grande quantidade de microrganismos. Eles estão no ar que respiramos e no
alimento que ingerimos. Estão na superfície de nosso corpo, em nosso trato digestivo, na
boca, no nariz e em outros orifícios naturais. Felizmente, a maioria dos microrganismos
é inócua para o homem, e este tem meios de resistir à invasão daqueles que são
potencialmente patogênicos.
1.3 Áreas de aplicação da Microbiologia
Existem numerosos aspectos no estudo da Microbiologia, que são divididos em
duas áreas principais: a microbiologia básica e a microbiologia aplicada.
A microbiologia básica estuda a natureza fundamental e as propriedades dos
microrganismos. Preocupa-se com assuntos relacionados aos seguintes temas:
! características morfológicas (forma e tamanho das células, composição química,
etc.);
! características fisiológicas (necessidades nutricionais específicas e condições
necessárias ao crescimento e reprodução);
! atividades bioquímicas (modo de obtenção de energia pelos microrganismos);
! características genéticas (hereditariedade e variabilidade das características);
! características ecológicas (ocorrência natural dos microrganismos no ambiente e
sua relação com outros organismos);
! potencial de patogenicidade dos microrganismos e
! classificação (relação taxonômica entre os grupos do mundo microbiano).
Na microbiologia aplicada estuda-se como os microrganismos podem ser
usados ou controlados para várias finalidades práticas. Os pricipais campos de aplicação
da microbiologia incluem: medicina, alimentos e laticínios, agricultura, indústria e
ambiente.
Na área industrial, por exemplo, os microrganismos são utilizados na síntese de
uma variedade de substâncias químicas, desde o ácido cítrico até antibióticos mais
complexos e enzimas. Certos microrganismos são capazes de fermentar material
orgânico animal e humano, produzindo gás metano que pode ser coletado e usado como
combustível. A biometalurgia explora as atividades químicas de bactérias para extrair
minerais, como cobre e ferro de minérios de baixa qualidade. A indústria do petróleo
têm utilizado bactérias e seus produtos, como os exopolissacarídeos presentes
externamente à célula bacteriana, para aumentar a extração do petróleo de rochas
reservatório.
Na área ambiental, estuda-se a utilização de microrganismos que podem
degradar poluentes específicos, como herbicidas e inseticidas.
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A microbiologia médica trata dos microrganismos causadores de doenças
humanas (patogênicos, além de estar relacionada com a prevenção e o controle das
doenças. Juntamente com a engenharia genética, têm pesquisado a produção de enzimas
bacterianas que dissolvam coágulos sangüíneos, vacinas humanas utilizando vírus de
insetos e testes laboratoriais rápidos para diagnóstico de infecção viral, entre tantas
outras aplicações possíveis nesta área.
A microbiologia dos alimentos está relacionada com as doenças que podem ser
transmitidas pelos alimentos, como por exemplo, infecções causadas por salmonelas,
intoxicações causadas por estafilococos e clostrídios. Relaciona-se também com
aspectos positivos, com a utilização de microrganismos na produção de
alimentos/bebidas (queijos, pães, cervejas, etc.).
1.4 A Evolução da Microbiologia
A Microbiologia começou quando se aprendeu a polir lentes, feitas a partir de
peças de vidro, e a combiná-las até produzir aumentos suficientemente grandes que
possibilitassem a visualização dos microrganismos. Durante o século XIII, Roger Bacon
postulou que a doença era produzida por seres vivos invisíveis. A sugestão foi
novamente feita por Fracastoro de Verona (1483-1553) e por Von Plenciz, em 1762,
mas estes autores não dispunham de provas. No início de 1658, um monge chamado
Kircher se referiu a "vermes" invisíveis a olho desarmado nos corpos em decomposição,
no pão, no leite e em excreções diarréicas. Em 1665, Robert Hooke viu e descreveu
células em um pedaço de cortiça. Estabeleceu o fato de que os organismos de "animais e
plantas, complexos que sejam, são compostos de algumas partes elementares que se
repetem freqüentemente" - citação não devida a Hooke, mas originada da descrição de
Aristóteles sobre a estrutura celular das coisas vivas, datadas do século IV a.C.
Embora não tenha sido, provavelmente, o primeiro a ver as bactérias e os
protozoários, o holandês Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723), foi o primeiro a
relatar suas observações, com descrições precisas e desenhos.
A palavra bactéria vem do termo bacterium, que foi introduzido pelo alemão
C.G. Ehrenberg, em 1828, como uma denominação genérica para certos tipos
bacterianos representativos. Deriva da palavra grega que significa "pequeno bastão". A
palavra micróbio foi introduzida em 1878 pelo cirurgião francês, Charles-Emmanuel
Sedillot.
1.4.1 Geração Espontânea versus Biogênese
A descoberta dos microrganismos focalizou o interesse científico sobre a origem
dos seres vivos. No que se refere às formas superiores de vida, Aristóteles (384-322
a.C.) pensava que os animais podiam se originar, espontaneamente, do solo, de plantas e
de outros animais diferentes, e sua influência ainda atingiu o século XVII.
Era aceito como fato, por exemplo, que as larvas podiam ser produzidas pela
exposição da carne a o calor e ao ar, embora Francesco Redi (1626-1697) duvidasse do
mesmo. Ele realizou uma experiência na qual colocou carne numa jarra coberta com
gaze. Atraídas pelo odor da carne, as moscas puseram seus ovos sobre a cobertura e,
destes, emergiram as larvas. Esta experiência e outras parecem ter resolvido o assunto,
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ao menos no que se referia a tais formas vivas. Com os microrganismos, contudo, era
diferente; seguramente eles não tinham pais.
Em 1749, John Needham (1713-1781), trabalhando com carne exposta a cinzas
quentes, observou o aparecimento de microrganismos que não existiam no início da
experiência, concluindo que as bactérias tinham se originado da carne. Quase que ao
mesmo tempo, Spallanzani (1729-1799) ferveu caldo de carne durante uma hora,
fechando logo a seguir os frascos. Nenhum microrganismo apareceu, mas seus
resultados, ainda que repetidos, não convenceram Needham. Este insistia em que o ar
era essencial para a produção espontânea dos seres microscópicos, e este ar tinha sido
excluído dos frascos pelo fechamento. 60 a 70 anos mais tarde dois pesquisadores
responderam a este argumento. Franz Schulze (1815-1873) aerava infusões fervidas,
fazendo o ar atravessar soluções fortemente ácidas, enquanto Theodor Schwann (18101882) forçava o ar através de tubos aquecidos ao rubro. Em nenhum dos casos surgiram
os micróbios. Os adeptos da geração espontânea não se convenceram, dizendo que o
ácido e o calor é que não permitiram o crescimento dos micróbios. Por volta de 1850,
Schröder e Von Dush realizaram uma experiência mais convincente, fazendo o ar passar
através do algodão para frascos que continham o caldo aquecido. Assim, as bactérias
foram retidas pelas fibras de algodão, tanto que não houve seu desenvolvimento.
O conceito de geração espontânea foi revivido, pela última vez, por Pouchet, que
publicou em 1859, um relatório, provando sua ocorrência. Pouchet foi rebatido por
Louis Pasteur (1822-1895). Este preparou um frasco com colo longo, estreito, em
pescoço de cisne . As soluções nutritivas foram aquecidas no frasco e o ar - não-tratado
e não-filtrado - podia passar para dentro ou para fora. Os micróbios, porém,
depositavam-se no pescoço de cisne e não apareciam na solução.
Finalmente, John Tyndall (1820-1893) efetuou experiências numa caixa
especialmente desenhada para provar que a poeira carrega os micróbios . Se não houver
poeira, o caldo estéril ficará livre de crescimento microbiano por períodos de tempo
indefinidos.
Os aparelhos utilizados nas experiências acima descritas estão ilustrados na
figura 2.
Figura 2: Aparelhos utilizados nos experimentos que derrubaram a teoria da geração espontânea
(fonte: Pelczar et al., 1980).
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1.4.2 Teoria Microbiana das Doenças
Antes de Pasteur ter provado experimentalmente que as bactérias são a causa de
algumas doenças, muitos observadores já argumentavam a favor desta teoria. Fracastoro
de Verona sugeriu que as doenças podiam ser devidas a organismos invisíveis,
transmitidos de uma pessoa para outra. Em 1762, Von Plenciz, de Viena, não apenas
estabeleceu que seres vivos eram causas de doenças, como também suspeitou que
microrganismos diferentes eram responsáveis por enfermidades diferentes. O médico
Oliver W. Holmes (1809-1894) insistia que a febre puerperal era contagiosa e,
provavelmente, causada por um germe transmitido de uma mãe para outra por
intermédio das parteiras e dos médicos. Quase na mesma época, o médico húngaro
Ignaz P. Semmelweis (1818-1865) introduzia o uso de antissépticos na prática
obstétrica.
Na França, Louis Pasteur estudou os métodos e processos envolvidos na
fabricação de vinhos e cervejas. Observou que a fermentação das frutas e dos grãos,
resultando em álcool, era efetuada por micróbios. Examinando muitas amostras de
"fermentos", isolou micróbios de espécies diferentes. Nos bons lotes, predominava um
tipo; nos produtos pobres, outro tipo estava presente. Selecionando adequadamente o
microrganismo, o fabricante podia estar seguro de conseguir produtos bons e uniformes.
Porém os micróbios já estavam nos sucos; deviam ser removidos e fermentação iniciada
com uma cultura proveniente de um tonel que tinha sido satisfatório. Pasteur sugeriu
que os tipos indesejáveis de microrganismos deveriam ser eliminados pelo calor, não tão
intenso que prejudicasse o gosto do suco de fruta, mas suficiente para tornar inócuo os
germes. Observou que, mantendo os sucos a uma temperatura de 62-63 º C, durante uma
hora e meia, obtinha o resultado desejado. Este processo tornou-se conhecido como
pasteurização e hoje é amplamente utilizado nas indústrias de fermentação, porém é a
indústria dos derivados do leite que está mais familiarizada com este método, visando a
destruição dos microrganismos patogênicos, presentes no leite.
Na Alemanha, o médico Robert Koch (1843-1910) estudou o problema do
carbúculo hemático, que é uma doença do gado bovino, caprino e, às vezes, do homem.
Ele descobriu os bacilos típicos com extremidades cortadas em ângulos retos, no sangue
de animais mortos pela infecção carbunculosa. Inoculou as bactérias em meios de
cultura, em seu laboratório, examinou-as ao microscópio para estar seguro de que
apenas uma espécie tinha se desenvolvido e injetou-as em outros animais para verificar
se estes se tornavam doentes e desenvolviam os sintomas clínicos do carbúnculo
hemático. A partir destes animais experimentais, Koch isolou micróbios iguais aos que
tinha encontrado originalmente nos carneiros infectados. Esta foi a primeira vez que
uma bactéria foi comprovada como causa de uma doença animal. A partir disto foram
estabelecidos os postulados de Koch: 1) Um microrganismo específico pode sempre ser
encontrado em associação com uma dada doença. 2) O organismo pode ser isolado e
cultivado, em cultura pura, no laboratório. 3) A cultura pura produzirá a doença quando
inoculada em animal sensível. 4) É possível recuperar o microrganismo, em cultura
pura, dos animais experimentalmente infectados.
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1.5 Caracterização e Classificação dos Microrganismos
A caracterização e a classificação dos organismos vivos são o principal objetivo
em todos os ramos da Ciência Biológica. A partir do momento em que um organismo é
completamente conhecido, torna-se possível fazer comparações com outros,
determinando semelhanças e diferenças. As comparações das características de grande
número de microrganismos resultam, eventualmente, num sistema de agrupamento das
espécies semelhantes. Por fim, cria-se um grupo com características muito semelhantes,
que é considerado como uma espécie e recebe um nome específico, isto é, o
microrganismo adquire um nome.
Por serem individualmente tão pequenos que não podem ser visualizados sem
ajuda de um microscópio, não é prático trabalhar com um único indivíduo. Por esta
razão estudam-se culturas, que contêm milhares, milhões e até mesmo bilhões de
indivíduos. Uma cultura que consiste em uma única espécie de microrganismo (uma
espécie viva), independentemente do número de indivíduos, num ambiente livre de
outros organismos vivos, é chamada de cultura axênica. Os microbiologistas usualmente
se referem a tais culturas como culturas puras, embora, no sentido técnico estrito, a
cultura pura seja aquela que se origina do crescimento de uma única célula. Se dois ou
mais tipos (espécies) crescem juntos, como normalmente ocorre na natureza, passam a
constituir uma cultura mista.
Antes de identificar e classificar um microrganismo, suas características devem
ser determinadas com detalhes adequados. As principais incluem as seguintes:
1. Características culturais: os nutrientes exigidos para o crescimento e as
condições físicas do ambiente que favorecem o desenvolvimento.
2. Características morfológicas: as dimensões das células, seus arranjos, a
diferenciação e a identificação de suas estruturas.
3. Características metabólicas: a maneira pela qual os microrganismos
desenvolvem os processos químicos vitais.
4. Características da composição química: a identificação dos principais e típicos
constituintes químicos da célula.
5. Características antigênicas: a detecção de componentes especiais da célula
(químicos) que fornecem evidências de semelhança entre as espécies.
6. Características genéticas: a análise da composição do ácido
desoxirribonucleico (DNA), assim como a determinação das relações entre o DNA
isolado de diferentes microrganismos.
A maioria das características acima citadas é determinada através de testes
laboratoriais, que incluem o uso de diferentes meios e diferentes reações químicas. No
entanto, um dos instrumentos mais poderosos na investigação é o microscópio. A tabela
1 resume as características essenciais e aplicações dos diferentes tipos de microscopia.
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Tabela 1 : Comparação de diferentes tipos de microscópios (fonte: Pelczar et
al.,1996).
Tipo
de Ampliação máxima Observação do espécime
útil
microscópio
Aplicações
Campo claro
1.000 – 2.000
Espécimes corados ou
descorados; as bactérias,
geralmente coradas,
aparecem com a cor do
corante
Características morfológicas
grosseiras de bactérias,
leveduras, bolores, algas e
protozoários
Campo escuro
1.000 – 2.000
Geralmente descorados;
aparecem brilhantes ou
iluminados” sobre um
campo escuro
Microrganismos que exibem
algumas características
morfológicas especiais quando
vivos e em suspensão fluida; por
exemplo, os espiroquetas
Fluorescência
1.000 – 2.000
Luminoso e corado; cor do Técnica de diagnóstico em que o
corante fluorescente
corante fluorescente fixado ao
organismo revela a sua
identidade
Contraste de
fase
1.000 – 2.000
Graus variáveis de
iluminação
Exame de estruturas celulares em
microrganismos maiores e vivos;
por exemplo, leveduras, algas,
protozoários e algumas bactérias
Eletrônico
200.000 – 400.000
Observado em tela
fluorescente
Exame de vírus e das ultraestruturas das células
microbianas
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2 BACTÉRIAS
2.1 Morfologia e Ultra-Estrutura das Bactérias
Entre as principais características das células bacterianas estão suas dimensões,
forma, estrutura e arranjo. Estes elementos constituem a morfologia da célula (figura 3).
Embora existam milhares de espécies bacterianas diferentes, os organismos
isolados apresentam uma das três formas gerais: elipsoidal ou esférica, cilíndrica ou em
bastonete e espiralada.
As células bacterianas esféricas ou elipsoidais são chamadas de cocos e podem
apresentar os arranjos vistos na figura 4.
As células bacterianas cilíndricas ou em bastonetes (bacilos) comumente
apresentam-se isoladas e ocasionalmente ocorrem aos pares (diplobacilos) ou em
cadeias (estreptobacilos) (figura 5).
As bactérias espiraladas (singular = spirillum; plural = spirilla) ocorrem,
predominantemente, como células isoladas. As células individuais de espécies diferentes
exibem, contudo, nítidas diferenças no comprimento, número e amplitude das espirais e
na rigidez das paredes celulares. As bactérias curtas com espiras incompletas são
conhecidas como bactérias comma ou vibriões (figura 6).
A unidade de medida das bactérias é o micrômetro, que equivale a 10-³ mm. As
bactérias mais freqüentemente estudadas em laboratório medem, aproximadamente, 0,5
a 1,0 µm por 2,0 a 5,0 µm. Os estafilococos e estreptococos, por exemplo, têm
diâmetros variáveis entre 0,75 e 1,25 µm. As formas cilíndricas, tais como o bacilo da
febre tifóide e da disenteria, apresentam uma largura de 0,5 a 1,0 µm e um comprimento
de 2 a 3 µm. Algumas formas filamentosas podem exceder os 100 µm de comprimento,
mas seu diâmetro está, de modo característico, entre 0,5 e 1,0 µm.
A figura 7 mostra o tamanho comparativo de uma célula de uma bactéria, um
vírus e um protozoário.
Figura 3: Principais estruturas celulares que ocorrem em células bacterianas. Certas estruturas,
como por exemplo, grânulos ou inclusões, não são comuns a todas as células bacterianas (fonte: Pelczar et
al, 1996).
11
_____________________________________________________________________________________________
Figura 4: Arranjos característicos dos cocos, com ilustrações esquemáticas dos padrões de multiplicação. [A]
Diplococos: as células se dividem em um plano e permanecem acopladas predominantemente em pares
(escaneamento por micrografia eletrônica de varredura). [B] Estreptococus: as células se dividem em um plano e
permanecem acopladas para formar cadeias (micrografia eletrônica de varredura). [C] Tetracocos: as células se
dividem em dois planos e caracteristicamente formam grupos de quatro células. As espécimes mostradas são Gaffkya
tetragena. [D] Estafilococos: as células se dividem em três planos, em um padrão irregular, formando cachos de
cocos. As espécimes mostradas são Staphylococcus aureus. [E] Sarcinas: as células se dividem em três planos, em
um padrão regular, formando um arranjo cúbico de células (fonte: Pelczar et al., 1996).
Figura 5: Bactérias tipicamente cilíndricas
(bacilos). Observar as variações de
comprimento e de largura. (A) Clostridium
sporogenes; (B) Pseudomonas sp; (C)
Bacillus megaterium; (D) Salmonella typhi
(fonte: Pelczar et al., 1980).
12
_____________________________________________________________________________________________
Figura 6: Bactérias espiraladas. (A) célula de Leptospira mostrando
o filamento axial típico. Micrografia eletrônica, x 71.526. (B)
Spirillum itersonii visto ao microscópio eletrônico, x 33.600. (C)
Rhodospirillum rubrum, x 1.220. (D) Spirochaeta stenostrepta, x
23.000. (E) Methanospirillum hungatii, uma nova espécie da
bactéria gram-negativa que ocorre em filamentos de até 100µm de
comprimento. (fonte: Pelczar et al., 1980)
[A]
Unidades de
comprimento
Micrômetro
(µm)
Nanômetro
(nm)
Angström (Å)
Metro (m)
0,000001
10-6
0,000000001
10-9
0,0000000001
10-10
Centímetro
(cm)
0,0001
10-4
0,0000001
10-7
0,00000001
10-8
Milímetro
(mm)
0,001
10-3
0,000001
10-6
0,0000001
10-7
Micrômetro
µm)
(µ
1
0,001
10-3
0,0001
10-4
Nanômetro
(nm)
1.000
103
1
0,1
10-1
Figura 7: [A] Uma comparação de tamanhos de microrganismos selecionados. O quadro acima mostra a
equivalência no sistema métrico para as unidades usadas para expressar dimensões das células
microbianas (modificado de Pelczar et al., 1996).
13
_____________________________________________________________________________________________
2.1.1 Estruturas Bacterianas
O exame da célula bacteriana revela certas estruturas definidas por dentro e por
fora da parede celular. Seguem-se breves descrições das estruturas bacterianas de fácil
identificação:
Flagelos: apêndices muito finos, semelhantes a cabelos, que se exteriorizam
através da parede celular e se originam de uma estrutura granular (corpo basal)
imediatamente abaixo da membrana citoplasmática, no citoplasma. O flagelo apresenta
três partes: uma estrutura basal, uma estrutura semelhante a um gancho e um longo
filamento externo à parede celular (figura 8). O seu comprimento é, usualmente, várias
vezes o da célula, mas seu diâmetro é uma pequena fração do diâmetro celular (p.e., 10 a
20 nm). Algumas bactérias se movimentam por outros meios, diversos da atividade
flagelar, como o deslizamento provocado pelo fluxo protoplasmático ou pela resposta
táxica (p.e., fototaxia, quimiotaxia).
Pêlos (fímbrias): apêndices filamentosos menores, mais curtos e mais
numerosos que os flagelos e que não formam ondas regulares. Estão presentes em
muitas bactérias gram-negativas. São encontrados tanto nas espécies móveis como nas
imóveis e portanto, não desempenham papel relativo à mobilidade. Podem funcionar
como sítios de adsorção de vírus bacterianos, como mecanismo de aderência à
superfícies e como porta de entrada de material genético durante a conjugação
bacteriana [(pêlo sexual) (figura 9)].
Glicocálice: formado de uma substância viscosa, que forma uma camada de
cobertura ou envelope ao redor da célula. Se o glicocálice estiver organizado de maneira
definida e estiver acoplado firmemente à parede celular, recebe o nome de cápsula; se
estiver desorganizado e sem qualquer forma e anda estiver frouxamente acoplado à
parede celular, recebe o nome de camada limosa. O glicocálice pode ter natureza
polissacarídica (um ou vários tipos de açúcares como p.e., galactose, ramnose, glicana,
etc.) ou polipeptídica (p.e., ácido glutâmico). A principal função do glicocálice é a
aderência sobre superfícies; ele pode evitar o dessecamento das bactérias, fornece um
envoltório protetor e pode servir, também, como reservatório de alimentos, além de
evitar a adsorção e lise da células por bacteriófagos (figura 10).
Parede Celular: dá forma à célula e situa-se abaixo das substâncias
extracelulares (glicocálice) e externamente à membrana que está em contato imediato
com o citoplasma. Sua espessura é calculada, em média, de 10 a 25 nm. A função da
parede celular é a de proporcionar uma moldura rígida, ou "colete", que suporta e
protege as estruturas protoplasmáticas mais lábeis, em face das possíveis lesões
osmóticas; evita ainda a evasão de certas enzimas, assim como o influxo de certas
substâncias que poderiam causar dano à célula. Nas eubactérias, o peptideoglicano (ou
mureína), um composto polimérico, é o componente da parede celular que determina
sua forma. A parede celular das bactérias Gram-positivas é constituída por ácido
teicóico, além do peptideoglicano, que corresponde à uma fração maior que a
encontrada na parede das bactérias Gram-negativas (figura 11). A parede das bactérias
Gram-negativas é mais complexa que a parede das Gram-positivas pois possui uma
membrana externa cobrindo uma camada fina de peptideoglicano (figura 12). Esta
membrana externa é cosnstituída por fosfolipídeos, proteínas e lipopolissacarídeos
(LPSs).
14
_____________________________________________________________________________________________
Figura 8: Desenho de um corpo basal ilustrando sua estrutura e a fixação a bactérias Gram-negativas. O
flagelo de bactérias Gram-positivas tem somente dois anéis (um par) que fixam o flagelo à membrana
celular (fonte: Pelczar et al., 1996).
Figura 9: Bactérias fimbriadas. (A) Shigella
flexneri: bacilos em divisão com numerosas
fímbrias ao redor das células (x 20.000). (B)
Salmonella typhi: bacilos em divisão com
numerosas fímbrias e alguns poucos flagelos
(apêndices mais longos), x 12.500 (fonte: Pelczar
et al., 1980).
15
_____________________________________________________________________________________________
Figura 10: Bactérias capsuladas.
(A) Klebsiella pneumoniae. (B)
Bactéria capsulada formadora de
limo, isolada em uma fábrica de
papel.
Notar
as
cápsulas
extremamente grandes (áreas
claras), ao redor de cada uma das
células. (fonte: Pelczar et al.,
1980).
Figura 11: Parede celular de bactérias Gram-positivas (fonte: Prescott et al., 1996).
16
_____________________________________________________________________________________________
Figura 12: Parede celular de bactérias Gram-negativas (fonte: Prescott et al., 1996).
Estruturas internas à parede celular:
Protoplastos: quando remove-se a parede celular de uma bactéria, esta torna-se
um corpo arredondado, que assume a forma esférica, justamente por não contar com a
rígida limitação da parede. A bactéria recebe o nome, então, de protoplasto, que pode ser
caracterizado como: imóvel, esférico, não se divide, não forma nova parede celular e
não é suscetível, de modo geral, à infecções por bacteriófagos.
Membrana citoplasmática: fina membrana situada abaixo da parede celular
(figura 13). Sua espessura é da ordem de 7,5 nm e é composta de fosfolipídeos (20 a
30%), que formam uma bicamada que envolve as proteínas (50 a 70%). A membrana é o
sítio da atividade enzimática específica e do transporte de moléculas para dentro e para
fora da célula. Em alguns casos, a membrana se estende no citoplasma para formar o
mesossomo, que participa do metabolismo (através da secreção de certas enzimas, com
as penicilinases) e da replicação celular (na formação do septo durante o processo de
divisão celular).
Citoplasma: o material celular pode ser dividido em: área citoplasmática, que é
a porção fluida contendo substâncias dissolvidas e partículas tais como ribossomos, e
material nuclear ou nucleóide, rico em DNA.
Inclusões citoplasmáticas: depósitos concentrados de certas substâncias,
insolúveis, chamados de grânulos, e que podem servir como fonte de material nutritivo
de reserva. Os grânulos podem ser constituídos de polissacarídeos (amido, glicogênio),
lipídeos, fosfatos e até enxofre, como é o caso das bactérias sulforosas.
Material nuclear: as células bacterianas não contêm o núcleo típico das células
animais e vegetais. O material nuclear consiste de um cromossomo único e circular e
ocupa uma posição próxima do centro da célula. Pode ser chamado de corpo
cromatínico, nucleóide, equivalente nuclear ou cromossoma bacteriano.
17
_____________________________________________________________________________________________
Endósporos: esporos que se formam dentro da célula. São como um corpo oval
de parede espessa (um por célula), altamente resistente e refráteis. Todas bactérias dos
gêneros Bacillus e Clostridium produzem endósporos. São constituídos de ácido
dipicolínico e por grande quantidade de cálcio. Os esporos representam uma fase latente
(repouso) da célula bacteriana; comparados com as células vegetativas, são
extremamente resistentes aos agentes físicos e químicos adversos, demonstrando uma
estratégia de sobrevivência (figura 14).
Figura 13: Interpretação
esquemática
da
estrutura
da
membrana
citoplasmática.
Os
fosfolipídeos estão arranjados em
uma bicamada de tal forma que as
partes polares (esferas) estão
voltadas para a face externa e as
partes não-polares (filamentos) estão
voltadas para a face interna.
Também
são
mostrados
os
componentes
protéicos
(fonte:
Pelczar et al., 1996).
2.2 Cultivo das Bactérias
O cultivo dos microrganismos, em condições laboratoriais, é um pré-requisito
para seu estudo adequado. Para que isto possa ser realizado, é necessário o
conhecimento de suas exigências nutritivas e das condições físicas requeridas.
2.2.1 Tipos Nutritivos das Bactérias
As bactérias podem ser divididas em grupos com base em suas exigências
nutritivas. A principal separação corresponde aos grupos fototróficos (organismos que
utilizam a energia radiante como fonte de energia) e quimiotróficos (organismos
incapazes de utilizar a energia radiante; dependem da oxidação de compostos químicos
para a obtenção de energia) (tabela 2).
♦ Fototróficos: existem bactérias que utilizam o CO2 como principal fonte de
carbono; são as fotolitotróficas. Outras exigem um composto orgânico
(álcoois, ácidos graxos, aminoácidos) e são ditas fotorganotróficas.
♦ Quimiotróficos: bactérias que utilizam o CO2 como fonte de carbono e
oxidam compostos inorgânicos (p.e., nitritos) ou elementos químicos (p.e.,
enxofre) para obtenção da fonte de energia ,são chamadas quimiolitotróficas.
As que utilizam compostos orgânicos para obter energia, são chamadas
quimiorganotróficas.
As bactérias fotolitotróficas e quimiolitotróficas são conhecidas, comumente,
como autotróficas, ao passo que as espécies fotorganotróficas e quimiorganotróficas
são designadas heterotróficas.
18
_____________________________________________________________________________________________
Figura 14: [A] Localização, tamanho e forma dos endósporos em células de várias espécies de Bacillus e
Clostridium. [B] Alterações estruturais na célula bacteriana durante a esporulação (fonte: Pelczar et al.,
1996).
As bactérias heterotróficas apresentam exigências nutritivas mais simples. O
fato de um organismo poder crescer e se reproduzir numa mistura de compostos
químicos simples indica que ele possui uma grande capacidade de síntese. As bactérias
heterotróficas foram estudadas mais profundamente porque, sob certo aspecto,
demonstram um interesse mais imediato. Neste grupo se encontram todas as bactérias
patogênicas para o homem, para outros animais e para os vegetais, assim como a maior
parte da população microbiana do ambiente humano. As bactérias heterotróficas,
embora constituam o principal grupo nutritivo, variam, consideravelmente, quanto aos
nutrientes específicos exigidos para o crescimento (tabela 3). As heterotróficas podem
ser consumidoras, alimentando-se de outros organismos vivos; saprófitas, que se
alimentam de matéria orgânica morta. Outras podem ser simbiontes, ou seja, mantém
uma relação estreita com um organismo de espécie diferente. Estas simbiontes podem
19
_____________________________________________________________________________________________
ser comensais, que nem ajudam, nem prejudicam seu hospedeiro, ou podem ser
parasitas, que causam dano ao hospedeiro (caso das bactérias patogênicas).
Tabela 2: Principais tipos nutritivos das bactérias (fonte: Pelczar, 1980).
Tipo
Fonte de Energia
Para Crescimento
Fonte de Carbono
Para Crescimento
Exemplo de Gênero
Luz
CO2
Chromatium
Luz
Composto orgânico
Rhodopseudomonas
Quimiolitotrófico
(autotrófico)
Oxidação de
composto inorgânico
CO2
Thiobacillus
Quimiorganotrófico
(heterotrófico)
Oxidação de
composto orgânico
Composto orgânico
Escherichia
Fototrófico:
Fotolitotrófico
(autotrófico)
Fotorganotrófico
(heterotrófico)
Quimiotrófico:
Tabela 3: Exigências nutritivas mínimas de algumas bactérias heterotróficas (fonte: Pelczar, 1980).
Dois ou mais
Um
Nitrogênio
aminoáciaminoáci
Inorgânico
dos
do
Sais
Inorgânicos
Carbono
Orgânico
Escherichia coli
X
X
X
Salmonella typhi
X
X
X
X
Proteus vulgaris
X
X
X
X
Staphylococcus aureus
X
X
X
X
Lactobacillus acidophilus
X
X
X
X
Bactérias
Uma
vitamina
Duas ou
mais
vitaminas
X
X
X
2.2.2 Meios Bacteriológicos
Para o cultivo rotineiro de microrganismos heterotróficos, utilizam-se certas
matérias-primas complexas, tais como as peptonas, os extratos de carne e de levedura
(tabela 4), daí resultando um meio que promove o desenvolvimento de grande variedade
de bactérias e de outros microrganismos. Quando se deseja um meio sólido, adiciona-se
o ágar como agente solidificante. O caldo e o ágar nutritivos são exemplos de meios
líquidos e sólidos, relativamente simples, indicados para a cultura de microrganismos
heterotróficos comuns.
Alguns microrganismos não se desenvolvem bem nestes meios, pois
demonstram exigências de nutrientes específicos, como vitaminas e outras substâncias
estimulantes. Tais microrganismos são chamados de heterotróficos fastidiosos, e
necessitam de meios especiais para seu cultivo, isolamento e reconhecimento.
20
_____________________________________________________________________________________________
Os meios de cultura, de acordo com a sua aplicação ou função, podem ser
classificados, entre outros, como:
Meios Enriquecidos: a adição de sangue, soro ou extratos de tecidos
animais ou vegetais ao caldo ou ágar nutritivos proporciona nutrientes acessórios, de
modo que o meio possa permitir o crescimento de heterotróficos fastidiosos.
Meios Seletivos: a adição de certas substâncias químicas específicas ao
ágar nutritivo previne o crescimento de um grupo de bactérias sem agir sobre outras. O
cristal violeta, por exemplo, em uma dada concentração, impede o crescimento de
bactérias gram-positivas, sem afetar o desenvolvimento das bactérias gram-negativas.
Meios Diferenciais: a incorporação de certos reagentes ou substâncias
químicas no meio pode resultar num tipo de crescimento ou modificação, após a
inoculação e a incubação, que permite ao observador distinguir os tipos de bactérias. Por
exemplo, inoculando-se uma mistura de bactérias num meio de ágar sangue, algumas
das bactérias podem hemolisar (destruir) as células vermelhas e outras não. A zona clara
ao redor da colônia é a evidência de ter ocorrido a hemólise. Assim, pode-se estabelecer
a distinção entre bactérias hemolíticas e não-hemolíticas, de acordo com o seu
desenvolvimento.
Tabela 4: Características de vários produtos complexos, usados como ingredientes dos meios de cultura
(fonte: Pelczar, 1980).
MATÉRIA PRIMA
CARACTERÍSTICA
VALOR NUTRITIVO
Extrato de carne
Extrato aquoso de tecido muscular, concentrado
sob a forma de pasta
Contém as substâncias solúveis dos
tecidos animais, incluindo
carboidratos, compostos orgânicos
de nitrogênio, vitaminas
hidrossolúveis e sais
Peptona
Produto que resulta da digestão de materiais
protéicos como carne, caseína e gelatina; a
digestão protéica é realizada por meio de ácidos
ou de enzimas; existem muitas peptonas
diferentes (dependendo da proteína usada e do
método de digestão) para uso em meios
bacteriológicos; as peptonas diferem em suas
propriedades de promover o crescimento
Principal fonte de nitrogênio
orgânico; pode conter algumas
vitaminas e, às vezes, carboidratos,
dependendo do tipo de material
protéico digerido
Ágar
Carboidrato complexo, obtido de certas algas
marinhas; tratado para a remoção de substâncias
estranhas
Usado como agente solidificante dos
meios; o ágar, dissolvido em
soluções aquosas, gelifica quando a
temperatura é reduzida a menos de
45ºC; não é considerado como fonte
nutritiva para as bactérias
Extrato de levedo
Extrato aquoso de leveduras comercialmente
apresentado sob a forma de pó
Fonte muito rica de vitaminas B,
também contém compostos
orgânicos de nitrogênio e de carbono
2.2.3 Condições Físicas Necessárias ao Crescimento
Assim como as bactérias variam com relação às exigências nutritivas,
também demonstram respostas diversas às condições físicas do ambiente.
21
_____________________________________________________________________________________________
Temperatura: o crescimento bacteriano pode ter seu ritmo e quantidade
determinados pela temperatura, uma vez que esta influencia as reações químicas do
processo de crescimento. Cada espécie de bactéria cresce sob temperaturas situadas em
faixas características e, sendo assim, são classificadas nos seguintes grupos:
1. Bactérias psicrófilas: são capazes de crescer a 0° C ou menos, embora
seu ótimo seja entre 15° C ou 20° C.
2. Bactérias mesófilas: crescem melhor numa faixa de 25 a 40° C.
3. Bactérias termófilas: crescem melhor a temperaturas de 45 a 60° C
A temperatura ótima de crescimento é a temperatura de incubação que
possibilita o mais rápido crescimento, durante curto período de tempo (12 a 24 horas).
Exigências atmosféricas: os principais gases que afetam o crescimento
bacteriano são o oxigênio e o dióxido de carbônico. Como as bactérias apresentam
grande variedade de resposta ao oxigênio livre, elas são divididas em:
1. Bactérias aeróbias: crescem na presença de oxigênio livre.
2. Bactérias anaeróbias: crescem na ausência de oxigênio livre.
3. Bactérias anaeróbias facultativas: crescem tanto na presença como na
ausência do oxigênio livre.
4. Bactérias microaerófilas: crescem na presença de quantidades
pequenas de oxigênio livre.
Acidez e alcalinidade (pH): para a maioria das bactérias, o pH ótimo de
crescimento localiza-se entre 6,5 e 7,5. Embora poucos microrganismos possam
desenvolver-se nos limites extremos de pH, as variações mínimas e máximas, para a
maior parte das espécies, estão entre pH 4 e pH 9.
2.3 Reprodução e Crescimento
O termo crescimento, tal como é comumente aplicado às bactérias e a
outros microrganismos, refere-se, usualmente, às alterações ocorridas na cultura das
células e não às alterações de um organismo isolado.
2.3.1 Reprodução
Bactérias geralmente reproduzem-se assexuadamente por fissão binária
transversa, quando ocorre a replicação do cromossomo bacteriano e a célula
desenvolve uma parede celular transversa, dividindo-se então em duas novas células
(figura 15). Após a replicação do cromossomo, a parede transversa forma como uma
invaginação da membrana plasmática e da parede celular. Quando a nova parede
formada não se separa completamente em duas paredes, pode-se formar uma cadeia (ou
filamento) de bactérias. A fissão binária não é o único método reprodutivo entre as
bactérias. As espécies do gênero Streptomyces produzem muitos esporos reprodutivos
22
_____________________________________________________________________________________________
por organismo, cada esporo dando origem a um novo indivíduo. Bactérias do gênero
Nocardia produzem extenso crescimento filamentoso, seguido pela fragmentação dos
filamentos em pequenas células bacilares ou cocóides. Espécies do gênero
Hyphomicrobium podem reproduzir-se por brotamento: desenvolve-se um broto, a partir
da célula-mãe e, depois de um período de aumento de tamanho, o broto se separa da
célula original, formando um novo indivíduo.
Embora não ocorra uma reprodução sexuada complexa nos moneras, algumas
vezes as bactérias realizam troca de material genético. Tal recombinação genética pode
ocorrer por transformação, conjugação ou transdução.
Na transformação, a célula bacteriana "pega" fragmentos de DNA perdidos por
outra bactéria que se rompeu. Este mecanismo tem sido usado experimentalmente para
mostrar que os genes podem ser transferidos de uma bactéria para outra e que o DNA é
a base química da hereditariedade.
Na conjugação, duas células bacterianas geneticamente diferentes trocam
DNA diretamente. Este processo tem sido extensivamente estudado na bactéria
Escherichia coli, que tem linhagens F- e F+. As células F+ são cobertas com pêlos e
contêm um plasmídeo conhecido como fator F, ou fator da fertilidade. Quando uma
célula F+ entra em contato com uma célula F-, os pêlos organizam um tubo de
conjugação, chamado de pêlo sexual ou pêlo F, que conecta a célula F+ à célula F-. O
pêlo F é "oco", permitindo que o DNA pase de uma bactéria para outra.
Na transdução, genes bacterianos são carregados de uma bactéria para outra,
dentro de um bacteriófago (vírus bacteriano). Quando o bacteriófago entra numa célula
bacteriana, o DNA do vírus mistura-se com uma parte do DNA bacteriano, de modo que
o vírus agora carrega esta parte do DNA. Se o vírus infecta uma segunda bactéria, o
DNA da primeira bactéria pode misturar-se com o DNA da segunda bactéria. Esta nova
informação genética é então replicada a cada nova divisão.
23
_____________________________________________________________________________________________
Figura 15: Multiplicação bacteriana pela fissão binária transversa (fonte: Pelczar et al., 1996).
2.3.2 Crescimento
Como já foi mencionado, o processo de reprodução prevalecente entre as
bactérias é a fissão binária; uma célula se divide, formando duas células. Assim sendo,
partindo de uma única bactéria, o aumento populacional se faz em progressão
geométrica:
1 - 21 - 22 - 23 - 24 - 25 ... 2n
O tempo necessário para que uma célula se divida - ou para que a
população duplique - é conhecido como tempo de geração, que não é o mesmo para
todas as bactérias. Para algumas, como a Escherichia coli, pode ser de 15 a 20 minutos;
para outras pode ser de muitas horas. O tempo de geração está na forte dependência dos
nutrientes existentes no meio e das condições físicas de incubação.
A figura 16 mostra a curva de crescimento típica das bactérias em um
sistema fechado. Na curva, observa-se que há um período inicial no qual não parece
haver crescimento (fase lag ou de latência), seguido por um rápido aumento da
população (fase logarítmica), que se nivela posteriormente (fase estacionária) e declina
quanto ao número de células viáveis (fase de morte ou declínio).
24
_____________________________________________________________________________________________
Figura 16: Curva de crescimento típica de uma população bacteriana. A densidade óptica é uma medida
da turbidez da cultura bacteriana e é obtida através da análise da cultura em espectrofotômetro (fonte:
modificado de Brock et al., 1994).
2.4 Principais Grupos de Bactérias
A referência padrão para a classificação e taxonomia bacterianas é o
Bergey's manual of determinative bacteriology (Holt et al., 1993). Este manual divide as
bactérias em 19 grupos.
Grupo 1: Bactérias fototróficas
Grupo 2: Bactérias deslizantes
Grupo 3: Bactérias com bainha
Grupo 4: Bactérias gemulantes e/ou pedunculadas
Grupo 5: Espiroquetas
Grupo 6: Bactérias espiraladas e encurvadas
Grupo 7: Coco e bacilos gram-negativos aeróbios
Grupo 8: Bacilos gram-negativos facultativos
Grupo 9: Bactérias gram-negativas anaeróbias
Grupo 10: Cocos e cocobacilos gram-negativos
Grupo 11: Cocos gram-negativos anaeróbios
Grupo 12: Bactérias gram-negativas
quimiolitotróficas
Grupo 13: Bactérias produtoras de metano
Grupo 14: Cocos gram-positivos
Grupo 15: Bacilos e cocos esporulados
Grupo 16: Bacilos gram-positivos não-esporulados
Grupo 17: Actinomicetos e microrganismos afins
Grupo 18: Rickettsias
Grupo 19: Micoplasmas
Recentemente, Lynn Margulis e Karlene Schwartz (citado por Davis et al., 1990)
propuseram um sistema de classificação útil que divide as bactérias em 16 filos de
acordo com algumas de suas características mais significantes. A tabela 5 mostra
algumas características de 11 destes grupos.
25
_____________________________________________________________________________________________
Tabela 5: Características de alguns grupos de bactérias (Raven & Johnson, 1986).
NOME DO GRUPO
FORMA
(a)
MOTILIDADE
(b)
METABOLISMO
(c)
Metanogênicas
B, E, C
N, F
Q, F
Algumas digerem celulose;
outras utilizam metano;
outras reduzem enxofre
Omnibactérias ou
Eubactérias
B
N, F
H
Saprófitas, patógenas,
decompositoras
Cianobactérias
B, C, M
D,N
F
Fixadoras de carbono e
nitrogênio
Cloroxibactérias
C
N
F
Simbiose com tunicados
Micoplasmas,
espiroplasmas
sem parede
(d)
N
H
Patógenos de plantas e
animais
Espiroquetas
E
F
(e)
H
Decompositores e patógenos
Pseudomonadáceas
B
F
H, Q
Decompositores e patógenos
de plantas
Actinomicetos
M, B
N
H
Solo, plantas,
decompositores e fixadores
de nitrogênio
Mixobactérias
B
D
H
Solo, animais
Aeróbias fixadoras
de nitrogênio
B
N, F
H
Vida livre e em nódulos ou
raízes de plantas
Q
Estágios no ciclo do
nitrogênio; oxidam
compostos do enxofre;
oxidam metano ou metanol
Quimioautotróficas
B, C
N, F
PAPEL ECOLÓGICO
(a) B = bacilo, C = coco, E = espirilo, M = filamentos ou agregados
(b) F = flagelada, N = não-móvel, D = deslizante
(c) H = heterotróficas, Q = quimiossintéticas, F = fotossintéticas
(d) Mais ou menos esféricas ou alongadas e retorcidas
(e) Flagelo inserido abaixo da membrana lipoproteica mais externa da parede celular
2.4.1 Bactérias Patogênicas
Muitas doenças de plantas estão associadas com bactérias; quase todos
tipos de plantas são suscetíveis a um ou mais tipos de doenças bacterianas. Os sintomas
destas doenças variam, mas elas geralmente se manifestam como manchas de vários
tamanhos nos caules, folhas, flores ou frutos; murchidão, definhamento e raízes moles;
necrose, ferrugem e cancros também são sintomas observados. Os gêneros descritos a
seguir compreendem as bactérias fitopatogênicas:
Pseudomonas - causa manchas e estrias nas folhas, definhamento e doenças
similares.
26
_____________________________________________________________________________________________
Xanthomonas - as espécies deste gênero são principalmente fitopatogênicas,
responsáveis por processos de necrose. Produzem colônias amarelas, ao lado de outras
espécies esbranquiçadas ou de coloração creme.
Agrobacterium ssp. - suas espécies vivem no solo ou nas raízes ou caules de
plantas, onde desenvolvem galhas.
Corynebacterium - é um gênero que compreende espécies parasitas do homem e
dos vegetais. As espécies fitopatogênicas são encontradas no solo e nos vegetais
doentes, sendo responsáveis por doenças vasculares da alfafa, pela podridão das batatas,
dos pastos, dos tomates e doenças de muitas outras plantas.
Erwinia - as espécies deste gênero invadem os tecidos das plantas vivas e
provocam necroses, galhas, definhamentos e apodrecimentos.
Streptomyces - encontram-se espécies responsáveis pela escara da batata e por
uma doença das raízes e radicelas da batata-doce.
Xilella fastidiosa – responsável pela clorose variegada dos cítricos (ou
“Amarelinho”, como a doença é conhecida popularmente no Brasil), que afeta os tecidos
vasculares de plantas cítricas, especialmente as laranjeiras, danificando folhas e frutos.
Bactérias também causam muitas doenças humanas, incluindo cólera, lepra,
tétano, pneumonia bacteriana, coqueluche e difteria.
Vários gêneros de bactérias patogênicas são de importância particular para o
homem. Espécies do gênero Streptococcus estão associadas com a escarlatina, febre
reumática e outras infecções. A bactéria da escarlatina produz seus sintomas e toxinas
fatais somente se ela estiver infectada com o bacteriófago apropriado. O gênero
Staphylococcus é um dos principais responsáveis pela infecções hospitalares.
A síndrome do choque tóxico é causada por algumas linhagens de
Staphylococcus aureus. Esta doença caracteriza-se por febre, erupções cutâneas, que
aparecem primeiro nas palmas das mãos e nas solas dos pés e depois espalham-se para
outras partes do corpo, e queda brusca de pressão. Aproximadamente 85% dos casos de
síndrome do choque tóxico registrados nos Estados Unidos ocorreram em mulheres
menstruadas, que estavam usando absorventes internos na época em que apareceram os
sintomas. No entanto, homens e mulheres podem contrair esta doença.
Muitas doenças bacterianas são dispersas pelo alimento ou água, como por
exemplo a disenteria bacilar, e as febres tifóide e paratifóide. A disenteria bacilar é
causada por algumas espécies do gênero Shigella. As febres tifóide e paratifóide são
doenças intestinais infecciosas agudas causadas pelas bactérias Salmonella typhi e
Salmonella enteridis, respectivamente.
A bactéria Brucella abortus causa a doença chamada brucelose, também
conhecida como febre ondulante, no homem, e aborto contagioso, no gado. O contágio
se dá através da ingestão de leite oriundo de gado contaminado. Como as bactérias são
destruídas pelo processo de pateurização do leite, esta doença está se tornando rara.
O cólera é uma gastroenterite causada pela bactéria Vibrio cholerae, que é
transmitida pelo contato com águas ou alimentos contaminados pelas excreções de
pacientes ou de portadores convalescentes. Os sintomas compreendem vômitos e fezes
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diarréicas profusas (aspecto de água de arroz), os quais dão lugar a uma severa
desidratação, com perdas de eletrólitos e acidose, muitas vezes fatais.
A legionelose (ou doença dos Legionários) é uma das doenças bacterianas mais
recentemente detectadas, afetando um grande número de pessoas nos Estados Unidos. É
causada pela bactéria Legionella pneumophyla e desenvolve-se como uma forma severa
de pneumonia.
A bactéria Clostridium botulinum é a causadora do botulismo, uma intoxicação
alimentar grave, e às vezes fatal. A doença é contraída pela ingestão de alimentos
contendo a toxina botulínica (principalmente enlatados, em conserva ou defumados).
A cárie dentária é provocada por bactérias, principalmente pela espécie
Streptococcus mutans. As lesões cariosas se desenvolvem sob densas massas de
bactérias, conhecidas como placas dentais, aderentes à superfície do dente.
Algumas doenças bacterianas são sexualmente transmitidas e são chamadas de
doenças venéreas. Entre as mais comuns estão a gonorréia, causada pela bactéria
Neisseria gonorrhoeae, e a sífilis, causada pela Treponema pallidum, uma espiroqueta.
Ambas doenças são facilmente controladas com penicilina. A gonorréia é muito mais
comum e menos séria que a sífilis, que pode ser fatal.
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3 FUNGOS
3.1 Introdução
Os fungos são tão distintos das algas, briófitas e plantas vasculares, quanto o são
dos animais. Tradicionalmente são agrupados com as plantas, mas pertencem a um
Reino distinto, Fungi, constituindo um dos cinco principais grupos de organismos vivos,
como já foi falado.
Juntamente com as bactérias, os fungos vêm a ser os seres encarregados da
decomposição na biosfera, sendo suas atividades tão necessárias à existência
permanente do mundo que conhecemos quanto as dos seres produtores de alimento. A
decomposição libera gás carbônico na atmosfera e devolve ao solo compostos
nitrogenados e outros materiais, que poderão ser novamente usados por vegetais e
eventualmente por animais. Foi estimado que os 20 cm superiores da terra fértil possam
conter perto de 5 toneladas de fungos e bactérias por hectare.
Os fungos constituem um grupo de microrganismos que tem grande interesse
prático e científico para os microbiologistas. Suas manifestações são familiares:
crescimentos azuis e verdes em laranjas, limões e queijos; as colônias cotonosas
(aspecto de algodão), brancas ou acinzentadas, no pão e no presunto; os cogumelos dos
campos e os comestíveis, entre tantos. Todas representam vários organismos fúngicos,
morfologicamente muito diversificados. De um modo geral, os fungos incluem os
bolores e as leveduras. A palavra bolor tem emprego pouco nítido, sendo usada para
designar os mofos, as ferrugens e o carvão (doença de gramíneas). As leveduras se
diferenciam dos bolores por se apresentarem sob a forma unicelular.
Os fungos podem viver como saprófagos, quando obtêm seus alimentos
decompondo organismos mortos; como parasitas, quando se alimentam de substâncias
que retiram dos organismos vivos nos quais se instalam, prejudicando-os; ou podem
estabelecer associações mutualísticas com outros organismos, em que ambos se
beneficiam. Em todos os casos, no entanto, os fungos liberam enzimas digestivas para
fora de seus corpos e estas atuam diretamente no meio orgânico no qual eles se instalam,
degradando moléculas simples, que são então absorvidas pelo fungo. Os fungos
saprófagos são responsáveis por grande parte da degradação da matéria orgânica,
propiciando a reciclagem de nutrientes, como já foi comentado.
Os fungos são importantes nas fermentações industriais, tais como na fabricação
da cerveja, do vinho e na produção de antibióticos (penicilina), de vitaminas e ácidos
orgânicos (ácido cítrico). A fabricação de pães e o amadurecimento de queijos também
dependem da atividade saprofítica dos fungos.
Como parasitas, os fungos causam doenças vegetais, humanas e animais, embora
a maior parte das micoses seja menos severa que as bacterioses ou as viroses.
A ciência que estuda os fungos recebe o nome de Micologia.
3.2 Características próprias dos fungos
Os fungos são microrganismos eucarióticos quimiorganotróficos. Reproduzemse, naturalmente, por meio de esporos, com poucas exceções. Além disso, a maioria das
partes de um fungo é potencialmente capaz de crescimento; um minúsculo fragmento é
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suficiente para originar um novo indivíduo. Os fungos não têm clorofila, são
filamentosos em geral e comumente ramificados. Os filamentos apresentam paredes
celulares constituídas por quitina ou celulose, ou ambas. São imóveis, em sua maioria,
embora possam demonstrar células vegetativas móveis.
A maior parte entre todas as classes de fungos produz esporos de dois modos:
sexuada e assexuadamente. Os esporos produzidos sexuadamente têm núcleos derivados
das células parentais e estas, como os esporos, são, geralmente, haplóides. Dois núcleos
de células parentais se fundem para formar um núcleo diplóide zigótico, do qual, por
divisão celular redutora (meiose zigótica), originam-se os núcleos dos esporos
haplóides. Os esporos sexuados e as estruturas que os contém são usualmente
distinguíveis, sob o ponto de vista morfológico, dos esporos assexuados, os quais são
formados por simples diferenciação do talo em desenvolvimento (o talo é o fungo
individual completo, incluindo as porções vegetativas ou não-sexuadas e todas as
estruturas especializadas). Os esporos são muito importantes na classificação dos
fungos, sendo as classes diferenciadas pelas características morfológicas dos estágios
sexuados e dos esporos. A figura 17 mostra alguns tipos de esporos fúngicos.
Morfologia dos fungos filamentosos: O talo de um fungo é tipicamente
composto por filamentos tubulares microscópicos, chamados hifas. O conjunto de hifas
tem o nome de micélio. A parede das hifas é semi-rígida, e os fungos podem apresentar
três tipos morfológicos de hifas (figura 18). O micélio pode formar uma rede frouxa ou
um tecido compacto, como nos cogumelos. Além disso, os micélios podem ser
vegetativos ou de reprodução, sendo estes responsáveis pela produção de esporos. As
hifas dos micélios de reprodução são, em geral, aéreas, enquanto algumas hifas do
micélio vegetativo podem penetrar no meio, em busca de nutrientes.
Figura 17: Diferentes tipos de esporos fúngicos (fonte: Pelczar et al.., 1980).
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Figura 18: Tipos morfológicos de hifas nos fungos.
A hifa conocítica não apresenta septos transversais.
As hifas septadas podem apresentar células
mononucleadas (um núcleo por célula) ou
multinucleadas (dois ou mais núcleos por célula); os
septos transversais apresentam um poro central,
através do qual o citoplasma e os nucléolos podem
migrar de um compartimento para outro (modificado
de Davis et al.., 1990).
3.2.1 Reprodução nos Fungos
As leveduras (fungos unicelulares) reproduzem-se assexuadamente por
gemulação ou brotamento, no qual uma pequena protuberância (broto) cresce e
eventualmente separa-se da célula-mãe. Cada broto que separa-se, pode tornar-se uma
nova levedura (figura 19). Leveduras também podem reproduzir-se assexuadamente por
fissão e sexuadamente, através da formação de esporos. As leveduras não são
classificadas como um grupo taxonômico único pois muitos fungos diferentes podem
ser induzidos a formar um estágio de levedura.
Os esporos dos fungos terrestres são células reprodutivas não-móveis, dispersas
através do vento ou por animais e, geralmente, produzidos nas hifas aéreas (que se
projetam no ar). Este arranjo permite que os esporos sejam "arrastados" por correntes de
ar e distribuídos a novas áreas. Em alguns fungos, as hifas aéreas formam estruturas
grandes e complexas, onde os esporos são produzidos. Estas estruturas são chamadas
esporocarpos ou corpos de frutificação. A parte familiar de um cogumelo, por
exemplo, é um grande esporocarpo. Nós normalmente não vemos a maior parte do
organismo, uma rede quase invisível de hifas enterradas sobre o material na qual ele
cresce. Ao contrário de células animais e vegetais, os fungos normalmente contêm
núcleos haplóides. Na reprodução sexuada, os fungos freqüentemente realizam um tipo
de conjugação no qual duas hifas geneticamente diferentes juntam-se e seus núcleos
fundem-se. Em certos fungos, os núcleos geneticamente diferentes não se fundem
imediatamente, mas permanecem separados dentro do citoplasma do fungo pela maior
parte de sua vida. Hifas que contêm dois núcleos distintos geneticamente dentro de cada
célula são chamadas dicarióticas. Hifas que contêm somente um núcleo por célula são
monocarióticas.
Quando um esporo fúngico "cai" num substrato apropriado, por exemplo, um
pêssego muito amadurecido, o esporo germina e começa a crescer (figura 20). Uma hifa
parecida com um fio emerge do pequeno esporo. Assim que uma camada de hifas
emaranhadas infiltra-se no pêssego, uma outra hifa estende-se em direção ao ar. Células
das hifas secretam enzimas digestivas dentro do pêssego, degradando seus compostos
orgânicos em pequenas moléculas que serão absorvidas pelos fungos.
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Figura 19: a) Célula de uma levedura comum, mostrando a reprodução por brotamento. b)
Fotomicrografia de células da levedura Saccharomyces cerevisiae, utilizado como fermento de pão. Note
que muitas das células estão brotando (fonte: Davis, 1990).
Figura 20: Germinação de um esporo e crescimento de um fungo terrestre (fonte: Davis et al..,
1990).
3.2.2 Fisiologia e Nutrição dos Fungos
Fungos crescem melhor em habitats úmidos e escuros, porém são encontrados
universalmente onde quer que exista matéria orgânica disponível. Eles necessitam de
umidade para crescer e podem obter água da atmosfera, bem como do meio sobre o qual
vivem. Quando o ambiente torna-se muito seco, os fungos sobrevivem entrando num
estado de repouso ou produzindo esporos, que são resistentes à aridez. Embora o pH
ótimo para a maioria das espécies seja ± 5,6, alguns fungos podem tolerar e crescer em
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ambientes onde o pH varia de 2 a 9. Muitos fungos são menos sensíveis à altas pressões
osmóticas que as bactérias, e podem crescer em soluções de sais concentradas ou
soluções de açúcares, que inibem ou previnem o crescimento bacteriano. Os fungos
também crescem num amplo intervalo de temperatura (0o a 62o C, estando a temperatura
ótima entre 22o e 30o C).
3.3 Classificação dos Fungos
A classificação dos fungos é baseada principalmente nas características dos
esporos sexuais e dos corpos de frutificação, na natureza de seus ciclos de vida e nas
características morfológicas de seus micélios vegetativos ou de suas células.
Entretanto, muitos fungos produzem esporos sexuais sob certas condições
ambientais. Aqueles que possuem todos os estágios sexuais conhecidos são
denominados fungos perfeitos e os que não possuem, fungos imperfeitos. Os fungos
imperfeitos são classificados arbitrariamente, num primeiro momento, e são colocados
provisoriamente em uma classe especial denominada Deuteromycetes. Quando o seu
ciclo sexual é descoberto posteriormente, são então reclassificados entre outras classes e
recebem novos nomes.
Os micologistas dividem o Reino Fungi em 3 principais grupos: os fungos
limosos, os fungos inferiores flagelados e os fungos terrestres.
Os fungo limosos são considerados um enigma biológico e taxonômico porque
não são nem um fungo típico, nem um protozoário típico. Durante uma de suas etapas
de crescimento, assemelham-se aos protozoários porque não possuem parede celular,
possuem movimentos amebóides e ingerem nutrientes particulados. Durante a etapa de
propagação, formam corpos de frutificação e esporângios apresentando esporos com
paredes, como nos fungos típicos. Vivem em água doce, em solo úmido e em vegetais
em decomposição.
Os fungos inferiores flagelados incluem todos os fungos, com exceção dos
limosos, que produzem células flageladas em alguma fase do seu ciclo de vida.
Alimentam-se pela absorção dos alimentos. A grande maioria é filamentosa, produzindo
um micélio cenocítico. Muitos são unicelulares ou unicelulares com rizóides. A
reprodução sexuada pode ocorrer por vários meios; a reprodução assexuada ocorre
mediante a produção de zoósporos. Podem ser parasitas ou saprófitas, que vivem no
solo ou água doce.
Os fungos terrestres são as espécies mais conhecidas entre os fungos. Este
grupo inclui as leveduras, bolores, orelhas-de-pau, mofo, fungos em forma de taça,
ferrugem, carvão, bufa-de-lobo e cogumelos. Todos caracterizam-se pela nutrição
através da absorção e, com exceção das leveduras, a maioria produz um micélio bem
desenvolvido constituído de hifas septadas ou cenocíticas. As células móveis não são
encontradas nos fungos terrestres. A reprodução assexuada ocorre através de
brotamento, fragmentação e produção de esporangióforos ou conídios. A reprodução
sexuada envolve a produção de zigósporos, ascósporos ou basidiósporos.
Existem 4 principais grupos de fungos terrestres: Zygomycetes, Ascomycetes,
Basidiomycetes e Deuteromycetes. A tabela 6 resume esta classificação.
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Tabela 6: Classes de Fungos Terrestres (modificado de Davis et al.., 1990).
Classes
TIPOS COMUNS
REPR. ASSEXUADA
REPR. SEXUADA
Zygomycetes
bolor preto do pão
esporos não-móveis
zigósporos
Ascomycetes
leveduras, fungos em forma
de taça, trufas.
conídios desprendemse dos conidióforos
ascósporos
Basidiomycetes
cogumelos, fungos da
ferrugem e do carvão, bufade-lobo, orelha-de-pau
incomum
basidiósporos
Deuteromycetes
(fungos
imperfeitos)
Candida albicans, algumas
espécies de Penicillium e
Aspergillus
conídios
estágio sexual
desconhecido
3.3.1 Zygomycetes
Os membros desta classe são chamados de zigomicetos e há cerca de 600
espécies encontradas em todo mundo. Eles produzem esporos sexuais chamados
zigósporos, que permanecem dormentes por um tempo. Suas hifas são cenocíticas (não
têm septo). Muitos zigomicetos vivem no solo sobre matéria orgânica animal ou vegetal
em decomposição; alguns são parasitas de plantas e animais. Alguns zigomicetos são
utilizados na elaboração de produtos comercialmente valiosos, como molho de soja,
ácidos orgânicos esteróides para drogas contraceptivas e antiinflamatórias. Um
zigomiceto comum é o bolor preto do pão, Rhizopus stolonifer. O pão torna-se
embolorado quando o esporo do bolor cai sobre ele, germinando e crescendo como uma
massa de fios, o micélio. As hifas penetram no pão e absorvem nutrientes. Algumas
hifas, chamadas estolões, crescem horizontalmente; outras, chamadas rizóides, ancoram
os estolões no pão. Eventualmente, certas hifas crescem para cima e desenvolvem um
esporângio, ou saco de esporos, na extremidade. Agregados de esporos esféricos pretos
desenvolvem-se dentro do esporângio e são liberados quando este se rompe. A
reprodução sexual pode ocorrer quando hifas de dois tipos diferentes (+ e -) crescem em
contato uma com a outra (figura 21). Não há diferenciação sexual morfológica, de modo
que não é próprio referir-se a linhagens feminina e masculina. Quando as hifas de dois
tipos encontram-se, hormônios são produzidos, fazendo com que suas extremidades
cresçam juntas. Os núcleos + e - fundem-se e formam um núcleo diplóide, o zigoto,
chamado de zigósporo. O zigósporo pode permanecer dormente por vários meses. A
meiose provavelmente ocorre no momento ou um pouco antes da germinação do
zigósporo. Quando este germina, uma hifa aérea desenvolve-se com um esporângio na
extremidade. Cada esporo formado é capaz de tornar-se um novo micélio.
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Figura 21: O ciclo de vida do bolor preto do pão, Rhizopus stolonifer. Após ruptura da parede do
esporângio, os esporangiósporos são liberados. Um esporangiósporo germina para desenolver um talo
micelial, os rizóides penetram no meio e os esporangiósporos dão origem ao esporângio, completando a
fase assexuada do ciclo de vida. A reprodução sexuada requer dois mating types (+ e -) sexualmente
compatíveis. Quando entram em contato, são formadas ramificações de copulação denominadas
progametângio. Eles logo se fundem, os protoplasmas misturam-se (através da plasmogamia) e os núcleos
+ e – também se fundem (através da cariogamia) para formar muitos núcleos zigotos. A estrutura contendo
o núcleo torna-se corada em preto e com aspecto verrugoso, formando o zigósporo diplóide maduro, que
repousa em estado dormente por 1 a 3 meses ou mais. O zigósporo germina para formar um novo
organismo haplóide e a meiose ocorre durante o processo de germinação (fonte: Pelczar et al.., 1996).
3.3.2 Ascomycetes
Os ascomicetos constituem um grande grupo de mais ou menos 30.000 espécies
descritas. Recebem também o nome de fungos de saco pois seus esporos sexuais são
produzidos em pequenos sacos chamados ascos. Suas hifas geralmente têm septos,
porém as paredes transversais são perfuradas, permitindo o movimento do citoplasma.
Os ascomicetos variam na complexidade, desde leveduras unicelulares até mofos
multicelulares e fungos em forma de taça. Eles incluem a maioria dos bolores
esverdeados, rosas e marrons que estragam os alimentos e as trufas comestíveis. Os
ascomicetos desempenham um papel ecológico importante na degradação de moléculas
animais e vegetais resistentes como a celulose, lignina e o colágeno.
Na maioria dos ascomicetos, a reprodução assexuada envolve a produção de
esporos, chamados conídios. Estes esporos desprendem-se das extremidades de certas
hifas conhecidas como conidióforos (que contêm os esporos). Algumas vezes chamados
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de "esporos de verão", os conídios são um meio de rápida propagação do novo micélio.
Eles variam na forma, tamanho e cor, nas diferentes espécies; a cor do conídio é que dá
a característica preta, azul, verde, rosa ou outra, a muitos destes bolores.
A reprodução sexual ocorre após duas hifas crescerem juntas e unirem seus
citoplasmas. Dentro desta estrutura fundida, os dois núcleos ficam juntos, porém não se
fundem. Novas hifas desenvolvem-se a partir desta estrutura; as células destas hifas são
dicarióticas (2 núcleos). Estas hifas formam o corpo de frutificação conhecido como
ascocarpo, onde o asco se desenvolve. Dentro de cada célula que irá se desenvolver
num asco, os dois núcleos fundem-se e formam um núcleo diplóide, o zigoto. Cada
zigoto sofre meiose e origina 4 núcleos haplóides. Cada um destes passa por uma
mitose, resultando na formação de 8 núcleos. Estes, quando separados, formam os
ascósporos. Assim, dentro de um asco, há 4 ascósporos, que são liberados quando este
se rompe. A figura 22 mostra o ciclo de vida do ascomiceto Neurospora sp.
Figura 22: Ciclo de vida de Neurospora sp. O elemento feminino é representado pelo protoperitécio. Os
elementos masculinos são os conídeos, que podem fornecer núcleo para um protoperitécio. Isto resulta na
formação de ascos que produzem ascósporos haplóides gerados por fusão sexual do núcleo de duas
diferentes cepas. A Neurospora pode também reproduzir-se assexuadamente através de conídios (fonte:
Pelczar et al..,1996).
3.3.2.1 Leveduras
As leveduras, que são unicelulares, formam um dos grupos mais importantes e
interessantes dos ascomicetos microscópicos. Estão reunidas em torno de 40 gêneros,
com aproximadamente 350 espécies.
As leveduras possuem a capacidade de fermentar carboidratos, quebrando a
glicose para produzir etanol e dióxido de carbono. Este processo é de fundamental
importância na produção de pão, cerveja e vinho. Através dos anos, muitas linhagens
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diferentes de leveduras têm sido selecionadas para este processo. A levedura de maior
importância econômica é espécie Saccharomyces cerevisiae.
Outras leveduras são importantes patógenos e causam doenças tais como o
"sapinho" e a criptococose, infecção que pode atacar os pulmões, entre outras partes do
organismo humano.
3.3.3 Basidiomycetes
Esta divisão tem mais de 25.000 espécies e inclui os fungos mais familiares,
como os cogumelos, as orelhas-de-pau, além de importantes parasitas de plantas, como
os fungos do carvão e da ferrugem.
Os basidiomicetos formam seus esporos sexuais dentro de estruturas chamadas
basídios. Na extremidade de cada um destes são formados 4 basidiósporos. Quando
são liberados e encontram ambiente apropriado, desenvolvem-se num novo micélio. O
corpo vegetativo de um basidiomiceto, tal como o do cogumelo comestível Agaricus
campestris, consiste em uma massa de hifas brancas, tipo fios, ramificadas, que fica
geralmente abaixo da terra. Massas compactas de hifas, chamadas botões, desenvolvemse ao longo do micélio. Os botões desenvolvem-se numa estrutura que popularmente
chamamos de cogumelo, que consiste de uma haste (estipe) e um "chapéu", e que na
verdade é o basidiocarpo (figura 23).
Os basídios estão localizados em lamelas que existem na superfície inferior dos
chapéus. Cada fungo individual produz milhões de basidiósporos, e cada um pode
formar, potencialmente, um novo micélio primário. As hifas deste micélio têm células
monocarióticas. Quando duas hifas de tipos diferentes se juntam, elas se fundem, porém
seus núcleos não. Assim é formado o micélio secundário, com hifas dicarióticas. Estas
hifas podem crescer e formar massas compactas, que são os basidiocarpos ou
cogumelos. Nas nervuras destes, os núcleos se fundem, formando zigotos diplóides.
Estes sofrem meiose e originam 4 núcleos haplóides, que se localizam na superfície do
basídio, como dedos, e vão formar os basidiósporos (figura 24).
Figura 23: O cogumelo é um corpo de frutificação, ou basidiocarpo, que é uma massa de hifas compactas
(fonte: Davis et al.., 1990).
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Figura 24: Ciclo de vida de um cogumelo, um basidiomiceto típico. Um basidiocarpo desenvolve-se a
partir do micélio, uma massa de "fios" entrelaçados, que fica abaixo da terra. Na superfície inferior do
"chapéu" estão as lamelas, onde se desenvolvem-se os basídios, que irão produzir os basidiósporos.
Quando os esporos alcançam um ambiente propício, podem se desenvolver e originar um novo micélio
(fonte: Davis et al.., 1990).
3.3.4 Deuteromycetes
Em torno de 25.000 fungos são classificados como deuteromicetos, que também
são conhecidos como "fungos imperfeitos". Assim são chamados porque não observa-se
o estágio sexuado em seu ciclo de vida. A maioria dos deuteromicetos reproduzem-se
somente por esporos assexuais ou conídios (figura 25). Neste aspecto, lembram os
estágios assexuais de ascomicetos e basidiomicetos, que também produzem esporos
assexuais. Desta forma, acredita-se que alguns deuteromicetos possam ser ascomicetos
ou basidiomicetos que perderam a capacidade de formar ascos ou basídios.
Entre os gêneros economicamente importantes desta divisão estão o Penicillium
e o Aspergillus. Algumas espécies de Penicillium produzem o conhecido antibiótico
penicilina, enquanto outras espécies dão sabor e aroma a queijos com Roquefort e
Camembert. Espécies de Aspergillus são usadas para fermentar pastas e molhos de soja,
além de produzir ácido cítrico comercialmente.
Outros fungos imperfeitos são causadores de certas doenças, como Candida
albicans, que causa a candidíase, uma doença da mucosa da boca, vagina e trato
alimentar.
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conídios
Fotomicrografia
Figura
25:
eletrônica
de
varredura
de
conidióforos de Penicillium. O
arranjo dos conídios (esporos
assexuais) nos conidióforos varia de
espécie para espécie e é usado na
identificação dos fungos (fonte:
Solomon & Berg, 1995).
conidióforos
3.4 Fungos e suas associações com outros organismos
Os fungos podem se associar a organismos de diversas formas. Em algumas
destas associações os parceiros são mutuamente dependentes e não podem viver
isoladamente. Em outras, os indivíduos podem sobreviver por si mesmos.
3.4.1 Liquens
É uma relação simbiótica entre uma alga (ou uma cianobactéria) e um fungo. O
fungo geralmente é um ascomiceto. As algas ou cianobactérias encontradas nos liquens
também são encontradas livremente na natureza, enquanto que o parceiro fúngico tem
sido encontrado somente como parte do líquen. As algas fabricam alimentos pela
fotossíntese, usando a água e os minerais obtidos pelos fungos, enquanto estes
dependem das algas quanto ao fornecimento de carbono orgânico. Liquens normalmente
se reproduzem por simples fragmentação, ou pela produção de propágulos pulvurulentos
especiais denominados sorédios, ou por pequenas projeções do talo conhecidas como
isídios. Fragmentos, sorédios e isídios contêm tanto hifas do fungo como algas ou
cianobactérias; eles atuam como unidades de dispersão que têm a função de estabelecer
o liquen em novas localidades. A figura 26 mostra um esquema de uma secção
transversal de um liquen.
Existem mais ou menos 20.000 espécies de liquens. Eles toleram ambientes
extremos de temperatura e umidade e crescem em quase todos os lugares exceto em
ambientes muito poluídos, como cidades industriais, por exemplo. Por isso muitas
espécies são utilizadas como bioindicadoras de poluição. Os liquens podem crescer
sobre troncos de árvore, picos de montanhas e rochas lisas. As cores dos liquens variam
do branco ao negro, passando por tonalidades de vermelho, laranja, marrom, amarelo e
verde. Esses organismos contêm muitos compostos químicos incomuns. Muitos liquens
são utilizados como fontes de corantes e também como medicamentos, bases fixadoras
de perfumes ou fontes de alimento de menor importância.
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Figura 26: Uma secção transversal do liquen Lobaria verrucosa. Os liquens mais complexos consistem
apenas em uma crosta de hifas entrelaçadas envolvendo colônias de algas. Contudo, nos liquens mais complexos, as
hifas e as células de algas estão organizadas em um talo com crescimento e forma definidos e uma estrutura interna
característica. O liquen mostrado tem 4 camadas distintas: (1) o córtex superior, uma camada protetora constituída de
hifas de paredes muito espessadas; (2) a camada de algas, constituída por células de algas e hifas, estas de paredes
finas frouxamente entrelaçadas; (3) a medula, que é uma camada espessa de hifas frouxas e de paredes menos
espessas. Esta camada, que constitui cerca de dois terços da espessura do talo, parece servir como área de
armazenagem, com as células do fungo aumentadas; e (4) o córtex inferior, que é mais fino que o superior e coberto
por finas projeções (rizinas) que prendem o liquen ao substrato (fonte: Raven et al., 1996).
3.4.2 Micorrizas
A micorriza é uma associação benéfica entre um fungo e uma raiz de planta.
Este termo é derivado do grego, significando "raiz fúngica". Estas associações são
usualmente benéficas para a planta hospedeira, assim como para o simbionte e, algumas
vezes, o hospedeiro não pode prosperar sem os benefícios oriundos do fungo, como o
caso de certas orquídeas, que são incapazes de germinar e se desenvolver a menos que
sejam infectadas por fungos. As micorrizas melhoram a absorção mineral pelas plantas
verdes que possuem, geralmente, um sistema de proteção, para impedir que o fungo
cause dano às radicelas. As micorrizas ajudam na transferência direta do fósforo, zinco,
cobre e outros nutrientes do solo para as raízes. Por outro lado, a planta fornece carbono
orgânico ao fungo simbionte. Os parceiros fúngicos são geralmente os zigomicetos e os
basidiomicetos.
3.4.3 Trufas
As trufas são corpos frutificantes subterrâneos de certos Ascomycetes que
crescem em associação com algumas árvores, entre as quais o carvalho e a faia, que são
os parceiros mais comuns. O fungo proporciona certos nutrientes à arvore, a qual, por
sua vez, fornece substâncias essenciais para o crescimento do fungo. As trufas
consistem em uma massa de ascósporos e micélios, coberta com uma casca espessa e
protuberante do micélio. Possuem odor, gosto e textura agradáveis, o que as torna
apreciáveis pelos gourmets.
3.5 Fungos economicamente importantes
A capacidade das leveduras de produzirem etanol e dióxido de carbono a partir
da glicose é de grande importância econômica. O vinho é produzido a partir da
40
_____________________________________________________________________________________________
fermentação do açúcar de frutas. A cerveja, a partir da fermentação da cevada. O pão
cresce através das bolhas de CO2 formadas a partir da fermentação.
Entre os basidiomicetos existem cerca de 200 tipos de cogumelos comestíveis e
cerca de 70 espécies de cogumelos venenosos. Os cogumelos comestíveis e venenosos
podem ser muito parecidos e até mesmo pertencerem ao mesmo gênero. Não há um
modo fácil para distinguí-los; somente um especialista o deve fazer.
Alguns dos cogumelos venenosos pertencem ao gênero Amanita. As espécies
mais conhecidas são A. virosa ("anjo destruidor") e A. phalloides ("anjo da morte"). A
ingestão de um único cogumelo pode matar um homem de 68 kg.
A ingestão de certas espécies de cogumelos pode causar intoxicação e
alucinação. Os cogumelos sagrados dos Astecas, Conocybe e Psilocybe , são ainda
usados em cerimônias religiosas por índios da América Central e outros, por suas
propriedades alucinógenas. A substância química psilocibina, quimicamente relacionada
ao ácido lisérgico (LSD), é responsável pelo estado de transe e visões coloridas
experimentadas por aqueles que comem estes cogumelos.
3.5.1 Fungos Patogênicos
Os fungos são responsáveis por várias doenças sérias de plantas, incluindo
doenças epidêmicas que se espalham rapidamente por plantações, causando grandes
prejuízos econômicos. Todas as plantas são aparentemente suscetíveis a infecções
fúngicas. Uma planta pode tornar-se infectada após as hifas entrarem pelos estômatos da
folha ou do caule ou através de feridas na planta. A tabela 7 mostra alguns efeitos
patológicos das micoses de plantas.
Alguns fungos podem causar doenças em humanos e outros animais. Podem
causar infecções superficiais que atingem somente a pele, cabelos ou unhas. Outros
causam infecções sistêmicas, nas quais o fungo infecta tecidos profundos e órgãos
internos.
Sapinho e pé-de-atleta são exemplos de infecções fúngicas superficiais.
Candidíase é uma infecção de membranas mucosas da boca e vagina e está entre as
infecções fúngicas mais comuns. Histoplasmose é uma séria infecção fúngica sistêmica
que é causada por um fungo que esporula abundantemente em solo que contém fezes de
aves; uma pessoa que inala os esporos podem desenvolver a infecção. A tabela 8
relaciona os dermatófitos mais comuns.
41
_____________________________________________________________________________________________
Tabela 7: Alguns efeitos patológicos das micoses de plantas (fonte: Pelczar, 1980).
NECROSE:
Podridão da raiz
Desintegração ou decomposição de parte ou de todo o
sistema e raízes de uma planta
Podridão basal do caule
Desintegração da parte interior do caule
Apodrecimento (damping-off)
Rápido colapso e morte de mudas muito jovens no leito
de sementeira ou no campo
Cancro
Ferida localizada ou lesão necrótica, muitas vezes
escavada na superfície do caule de uma planta lenhosa
Antracnose
Lesão semelhante a uma úlcera, necrótica e escavada no
caule, na folha ou na flor
Manchas da folha
Lesões localizadas nas folhas do hospedeiro, formadas
por células mortas
Escara
Lesões localizadas nos frutos do hospedeiro, nas folhas,
nos tubérculos, etc., usualmente com leve elevação ou
escavação, com aspecto de uma escara
Mangra
Coloração marrom, geral e extremamente rápida das
folhas, dos ramos, dos brotos e dos órgãos florais,
resultando em sua morte
Podridão mole e podridão seca
Maceração e desintegração de frutos, raízes, bulbos,
tubérculos e folhas carnosas
HIPERTROFIA:
Raiz em clava
Raízes intumescidas, com aspecto de fusos ou clavas
Galhas
Porções aumentadas de tamanho,
preenchidas com micélio fúngico
Verrugas
Protuberâncias similares a verrugas nos tubérculos e
caules
Vassouras de bruxa
Ramificação profusa dos brotos
Encrespamento das folhas
Distorção, espessamento e encrespamento das folhas
geralmente
OUTROS SINTOMAS:
Murcha
Usualmente um sintoma secundário generalizado, no
qual as folhas perdem seu turgor e caem por causa de
um distúrbio no sistema vascular da raiz ou do caule
Ferrugem
Muitas lesões pequenas, sobre as folhas ou o caule, com
típica coloração ferruginosa
Míldio
Áreas cloróticas ou necróticas das folhas, dos caules e
frutos, usualmente recobertas de micélio e frutificações
fúngicas
Tabela 8: Os dermatófitos (fonte: Pelczar, 1980).
42
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GRUPO
MICRORGANISMOS
OCORRÊNCIA E DOENÇA
Epidemophyton
E. floccosum
Causa infecções da pele e das unhas das mãos e dos pés
Microsporum
M. audouini
Causa tinha epidêmica do couro cabeludo em crianças
M. canis
Causa comum de infecções da pele e dos pêlos em gatos, cães
e outros animais; causa a tinea capitis em crianças
M. gypseum
Trichophyton
Ocorre como saprófita no solo e como parasita em animais;
ocasionalmente encontrado na tinha do couro cabeludo em
crianças
Subgrupo gypseum:
T. mentagrophytes
Primariamente parasita dos cabelos
T. rubrum
Causa tinhas em muitas partes do corpo; infecta os cabelos e o
couro cabeludo
T. tonsurans
Infecta os cabelos e o couro cabeludo
Subgrupo faviforme:
T. schoenleini
T. violaceum
T.ferrugineum
T. concentricum
Estes cinco fungos causam tinhas na pele, no couro cabeludo e
na pele glabra do homem; o Trichophyton verrucossum
também causa infecções no gado
T. verrucossum
Subgrupo rosaceum:
Miscelânea
T. megnini
Causa tinhas do couro cabeludo humano
T. gallinae
Causa infecção em frangos
Piedraia hortai
Trichosporon beigelii
Nocardia minutissima
Malassezia furfur
Nocardia
Causa uma infecção do cabelo e do couro cabeludo,
caracterizada pela formação de nódulos duros e negros; piedra
negra
Causa infecção similar à anterior, mas com nódulos brancos;
piedra branca
Causa do eritrasma, uma infecção crônica das axilas e áreas
gênito-crurais
Causa a ptiriase versicolor, uma infecção fúngica generalizada
da pele que recobre o tronco e , às vezes, outras áreas do
corpo
Causa da doença dos pêlos púbicos e axilares, chamada
trichomycosis axillaris
Aspergillus
Penicillium
Mucor
Rhizopus
Estes quatro fungos, comumente saprófitas, podem ocasionar
otomicoses e produzir, eventualmente, lesões em outras áreas
do organismo
43
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4 VÍRUS
4.1 Introdução
Os vírus constituem um grupo grande e heterogêneo de agentes infecciosos,
semelhantes pelo fato de serem parasitas intracelulares obrigatórios para as células de
seus hospedeiros específicos. São tão pequenos que passam através dos filtros cujos
poros não permitem a passagem das bactérias. O maior vírus tem menos do que a quarta
parte das dimensões de uma salmonela e milhares dos de menor tamanho poderiam ser
colocados dentro da parede celular vazia de um estafilococo. Os vírus causam doenças
ou infecções em insetos, peixes, microrganismos, plantas, homens e outros animais.
Muitas vezes não produzem prejuízos particulares aos seus hospedeiros, embora
demonstrem efeitos visíveis; por exemplo, os vírus que infectam as tulipas causam suas
cores variegadas, pois as tulipas "sadias" são solidamente monocoradas.
Os vírus são "pedaços" de DNA ou RNA protegidos por uma capa proteica; eles
não têm capacidade de movimentação nem de metabolismo autônomo. Reproduzem-se
por replicação numa célula hospedeira (anima, vegetal ou de um microrganismo),
podendo sofrer mutações.
4.2 Histórico
Algumas viroses foram clinicamente conhecidas durante séculos. Na verdade, a
primeira doença infecciosa para a qual se desenvolveu um método prático e efetivo de
prevenção foi uma enfermidade causada por vírus. Em 1796, Edward Jenner, um médico
inglês, vacinou, pela primeira vez, um menino de 8 anos de idade, com material
removido de uma lesão de varíola bovina da mão de um leiteiro. A prova de que a
inoculação havia conferido proteção contra a varíola foi obtida seis semanas mais tarde,
quando o rapaz foi inoculado com pus de um varioloso e não desenvolveu a doença.
Jenner observou que as pessoas inoculadas intradermicamente com vírus
isolados de lesões da varíola bovina desenvolviam, como reação positiva, uma pequena
crosta no local da aplicação, a qual caía após cerca de duas semanas, deixando apenas
uma pequena escara. Como o material usado era de origem bovina (latim = vaca), o
termo empregado passou a ser vacinação, para referir-se a este método. Jenner aprendeu
a realizar este processo, desconhecendo a natureza dos anticorpos e dos vírus.
As primeiras observações indiretas dos vírus foram feitas quase no final do
século 19. Na época, vários grupos de cientistas europeus, trabalhando
independentemente, concluíram que os agentes infecciosos associados com uma doença
de planta conhecida como mosaico do tabaco e aqueles associados com a doença do
casco e boca de gado não eram bactérias. Eles chegaram a esta conclusão pois as
unidades infecciosas não eram retidas nos filtros de porcelana, usados para remover
bactérias de vários meios.
Baseados nestas observações e nas propriedades do material filtrado, Martinus
Beijerinck na Holanda, e na mesma época, Friedrich Loeffler e Hans Frosch na
Alemanha, concluíram que os vírus não só eram muito menores que qualquer bactéria
44
_____________________________________________________________________________________________
como também eram diferentes na estrutura. Os vírus podiam reproduzir-se somente em
células vivas de seus hospedeiro e portanto, faltaria algo crítico na sua maquinaria.
O próximo e mais importante avanço feito a este respeito ocorreu em 1933.
Wendell Stanley do Instituto Rockefeller, preparou um extrato do vírus do mosaico do
tabaco e purificou-o, descobrindo que o vírus precipitou na forma de cristais.
Alguns anos depois, alguns cientistas demonstraram que o vírus do mosaico do
tabaco era constituído de RNA, protegido por uma capa de proteína. Muitos vírus de
plantas têm constituição similar, mas a maioria dos outros vírus tem DNA, ao invés de
RNA.
4.3 Estrutura dos Vírus
Os menores vírus têm somente 17 nm de diâmetro e os maiores chegam a 1000
nm (1 micrômetro). Mesmo os maiores têm uma pobre visibilidade ao microscópio
óptico. A maioria dos vírus só pode ser detectada usando microscopia eletrônica de alta
resolução.
Cada partícula viral (ou vírion) pode ter as seguintes estruturas:
Capsídio e Envelope: o capsídio é uma capa protéica que circunda o ácido
nucleico, e é composto de subunidades de proteína, os capsômeros, que são
responsáveis pela especificidade viral. Todos os vírions possuem uma simetria de
estrutura (figura 27), podendo ou não apresentar um envoltório (envelope) contendo
lipídeos ou lipoproteínas. Assim, os vírions com envelope são sensíveis aos solventes de
lipídeos, tais como o éter, o clorofórmio e agentes emulsificantes (sais biliares e
detergentes).
Ácidos Nucleicos: Os vírus podem ter DNA ou RNA, mas nunca são
encontrados os dois juntos no mesmo vírion. A estrutura dos ácidos nucleicos nos
vírions pode ser linear ou circular.
Quanto à forma, os vírions podem ser (figura 28):
Icosaédricos: poliedro regular com 20 faces triangulares e 12 ângulos; esta
forma é determinada pelo capsídio. O poliovírus e os adenovírus são alguns exemplos.
Helicoidais: lembrando longos bastonetes, seus capsídios são cilindros ocos,
com estrutura helicoidal . O vírus do mosaico do tabaco é um exemplo.
Vírus envelopados: o nucleocapsídio interno desse vírus, que pode ser
icosaédrico ou helicoidal, é circundado por uma membrana envoltória. Tais vírions são
pleomórficos (têm formas variadas), já que os envoltórios não são rígidos. O vírus do
herpes é um vírion icosaédrico envelopado.
Vírus complexos: alguns vírions têm uma estrutura muito complicada; o vírus
da vacínia (grupo poxvirus), por exemplo, não possui capsídio claramente identificado,
mas apresenta várias camadas em torno do ácido nucleico.
45
_____________________________________________________________________________________________
Figura 27: Estrutura geral de um vírion. Desenhos
mostram todos os principais componentes que podem
fazer parte de um vírion. Um vírion tem um cerne de
ácido nucléico envolvido por um capsídeo protéico;
esta combinação é denominada nucleocapsídeo. Um
vírion pode ter um envelope membranoso
(lipoproteína) envolvendo o nucleocapsídeo. O
envelope pode ter projeções na sua superfície
denominadas espículas (fonte: Pelczar et al.., 1996).
Figura 28: Morfologia de alguns vírus bem conhecidos. Simetria icosaédrica: [A] pólio, verruga, adeno,
rota; [B] herpes. Simetria helicoidal: [C] mosaico do tabaco; [D] influenza; [E] sarampo, caxumba,
parainfluenza; [F] raiva. Simetria incerta ou complexa: [G] poxvírus; [H] fagos T-pares (fonte: Pelczar et
al., 1996).
4.4 Classificação dos vírus animais e de plantas
46
_____________________________________________________________________________________________
Os vírus têm sido agrupados ou classificados de várias maneiras. Um dos
primeiros sistemas, que ainda tem uso limitado, estabelecia subgrupos de acordo com a
espécie do hospedeiro normalmente infectado pelo vírus (animais, vegetais ou
microrganismos). Outro método de classificação dos vírus se baseava-se na afinidade
tissular dessas partículas infectantes, por exemplo, os vírus que se fixam às células
nervosas eram denominados vírus neurotrópicos. À medida que se foi desenvolvendo a
análise das características físicas, químicas e biológicas dos vírus, acumulou-se uma
informação sobre a qual era possível construir uma classificação de acordo com esses
conhecimentos. A tabela 9 resume tais propriedades.
A tabela 10 mostra a classificação dos vírus que infectam os animais, agrupados
de acordo com a simetria e a ordem decrescente de tamanho.
Tabela 9: Propriedades utilizadas para a classificação dos vírus (fonte: Pelczar et al., 1996).
CARACTERÍSTICAS PRIMÁRIAS
Natureza química do ácido nucleíco:
CARACTERÍSTICAS SECUNDÁRIAS
Hospedeiro:
RNA ou DNA; fita dupla ou única;
Espécie de hospedeiro; tecido específico
genoma único ou segmentado; cadeia (+) ou (-); do hospedeiro ou tipos de células
peso molecular
Estrutura do vírion:
Modo de transmissão:
Por exemplo, fezes
Helicoidal, icosaédrico ou complexo; nu
ou envelopado; complexidade; número de
capsômetros para vírion icosaédrico; diâmetro do
nucleocapsídeo para vírions helicoidais
Local de replicação:
Estruturas específicas de superfície:
Núcleo ou citoplasma
Por exemplo, propriedades antigênicas
Tabela 10: Classificação dos vírus que infectam o homem e outros animais (fonte: Pelczar et al., 1996).
Simetria do
capsídeo
Icosaédrico
Icosaédrico
Icosaédrico
Envelope
(genoma)
Diâmetro do
vírion
(nm)
Não (DNAfd1) 70 – 90
Não (RNAfd) 65 – 75
Não (DNAfd) 45 – 55
Família
Adenoviridae
Reoviridae
Papovaviridae
Gênero típico Vírus típicos Local de montagem
ou subfamílias
(local de envelopamento)
Mastadenovi-
Adenovírus
rus
humano 2
Reovirus
Reovírus
Rotavirus
Rotavírus
Polyomavirus
SV 40
Núcleo
Citoplasma
Núcleo
Papillomavirus Vírus da
verruga
Cont.da tabela 10
Icosaédrico
Não (RNAfu2) 30 – 37
Caliciviridae
Calicivirus
Calicivírus
Citoplasma
Icosaédrico
Não (RNAfu) 24 – 30
Picornaviridae
Enterovirus
Poliomielite
Citoplasma
47
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Coxsackievírus
Rhinovirus
Icosaédrico
Não (DNAfu) 18 – 26
Parvoviridae
Icosaédrico
Sim (DNAfd) 120–200 Herpesviridae
Parvovirus
Resfriado
comum
Vírus do rato
de Kilham
Alphaherpesvi- Herpes
rinae
simples
Icosaédrico
Sim (RNAfu) 80 – 140 Retroviridae
Oncovirinae
Tumor RNA
Icosaédrico
Sim (RNAfu) 40 – 70
Togaviridae
Rubivirus
Rubéola
Icosaédrico
Sim (DNAfd) 42
Hepadnaviridae
Helicoidal
Sim (RNAfu) 130–300 Rhabdoviridae
Vesiculovirus
x50-100
Helicoidal
Sim (RNAfu) 100–150 Paramyxoviri-
Sim (RNAfu) 80 – 120 Orthomyxoviri
dae
Citoplasma (membrana citoplasmática
e/ou citoplasma)
Raiva
1
Influenza
(Gripe)
Helicoidal
Sim (RNAfu) 75 – 160 Coronaviridae
Coronavirus
Coronavirus
Helicoidal
Sim (RNAfu) 90 – 120 Bunyaviridae
Bunyavirus
Bunyamwera
Complexo
ou incerto
Sim (DNAfd) 200–350 Poxviridae
Orthopoxvirus
Varíola
Arenavirus
Lassa
Complexo
ou incerto
x115260
Sim (RNAfu)
fd = fita dupla
Arenaviridae
50 – 300
2
fu = fita única
4.5 Replicação do Vírus
e/ou citoplasma
Estomatite
Paramyxovirus Caxumba
Influenzavirus
e/ou citoplasma)
Núcleo (citoplasma)
dae
Helicoidal
Núcleo (membrana
nuclear e/ou citoplasma)
Hepatite B
vesicular
Lyssavirus
Núcleo
Citoplasma (membrana citoplasmática)
Citoplasma (membrana citoplasmática)
Citoplasma
(citoplasma)
Citoplasma
(citoplasma)
Citoplasma
(citoplasma)
Citoplasma (membrama citoplasmática e/ou citoplasma)
48
_____________________________________________________________________________________________
Antes que qualquer vírus possa infectar uma célula animal, ele primeiro deve
ligar-se a um receptor específico na membrana celular, provavelmente uma
glicoproteína. Como já foi dito, muitos vírus podem ter um envelope rico em lipídeo
envolvendo o capsídio. Do envelope de muitos vírus projetam-se "pontas" que podem
conter glicoproteínas e lipídeos. As propriedades das moléculas que constituem o
envelope estão relacionadas com a adesão do vírus à vários substratos. Se o envelope
não está presente, as propriedades do capsídio determinam as características adesivas do
vírus.
A multiplicação dos vírus se faz por replicação, no qual as porções protéica e
nucleica aumentam no interior das células hospedeiras sensíveis. Este processo pode ser
dividido em etapas, que são comuns a todas as infecções virais:
1. Adsorção: envolve a participação de receptores específicos na superfície da
célula hospedeira e das macromoléculas do vírion.
2. Penetração e desnudamento: os vírus com envelope unem-se às células
hospedeiras, levando à fusão do envoltório lipoproteico dos vírus com a membrana
citoplasmática da célula, que resulta na liberação do material nucleocapsídico no
citoplasma celular. Os vírus nús (sem envelope) parecem penetrar pelo mecanismo de
fagocitose.
3. Replicação bioquímica: a replicação ativa do ácido nucleico e a síntese de
proteínas virais começam após a dissociação do capsídio e do genoma. Além do ATP
celular, os vírus requerem o uso dos ribossomas da célula, do RNA de transferência, de
enzimas e de certos processos biossintéticos para sua replicação.
4. Acoplamento ou maturação: os vírus são capazes de dirigir a síntese dos
componentes essenciais para sua progênie e de acoplar estes materiais sob a forma de
vírions maduros, no núcleo e/ou no citoplasma da célula infectada.
5. Liberação: este processo varia com o agente viral. Em alguns casos, a lise
celular resulta na liberação concomitante das partículas virais. Em outros, a maturação e
a liberação são relativamente lentas e os vírions são liberados sem a destruição da célula
hospedeira.
Como exemplo do processo replicativo dos vírus em células eucarióticas, a
figura 29 mostra o que ocorre com o vírus do herpes simples.
49
_____________________________________________________________________________________________
Figura 29: Replicação do vírus herpes simples. Glicoproteínas específicas presentes no envelope viral
são essenciais para a adsorção nos receptores presentes na membrana citoplasmática da células
hospedeiras. O envelope viral e a membrana celular fundem-se e o nucleocapsídeo do vírion é liberado no
citoplasma. O vírion é desnudado e o DNA liberado é transportado para o núcleo. A transcrição precoce e
o processamento do mRNA são aparentemente catalisados pelas enzimas da célula hospedeira. As
enzimas resultantes (proteínas precoces) são utilizadas na replicação do DNA viral. Os RNAs transcritos
no núcleo e sintetizados após a replicação do DNA são responsáveis pela síntese de proteínas estruturais
que vão formar o capsídeo e o envelope assim como as glicoproteínas da membrana nuclear. As proteínas
estruturais entram no núcleo para participar da montagem dos vírions. Os nucleocapsídeos adquirem o
envelope durante o processo de brotamento através da membrana nuclear. O vírus é liberado da célula por
mecanismos não conhecidos (fonte: Pelczar et al., 1996).
50
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4.6 Bacteriófagos
Bacteriófagos são vírus que infectam bactérias e foram descobertos
independentemente por Frederick W. Twort, na Inglaterra, em 1915, e por Felix
d’Herelle, no Instituto Pasteur, em Paris, em 1917. Os pesquisadores observaram que
colônias bacterianas algumas vezes dissolviam-se e desapareciam devido a uma lise que
ocorria nas células; este efeito lítico podia ser transmitido de colônia a colônia. Este
agente lítico seria um agente infeccioso filtrável, que parasitava as bactérias e foi
denominado de bacteriófago.
Os bacteriófagos têm o cerne de ácido nucléico envolvido por um capsídeo de
natureza proteica, como os outros vírus. Existem 3 formas básicas de bacteriófagos:
cabeça icosaédrica sem cauda, cabeça icosaédrica com cauda (figura 30) e filamentosa.
Com relação ao ciclo de vida, os bacteriófagos podem ser líticos (ou virulentos)
e temperados (ou avirulentos).
No ciclo lítico, os fagos líticos destroem as células hospedeiras bacterianas. No
processo infeccioso lítico, após a replicação do vírion, a célula hospedeira rompe-se,
liberando nova progênie de fagos para infectar outras células hospedeiras.
Os fagos temperados não destroem suas células hospedeiras. Em vez disso, o
ácido nucléico viral é integrado ao genoma da célula hospedeira e replica-se na célula
bacteriana hospedeira de uma geração a outra, sem que haja lise celular. Este processo é
denominado lisogenia e é realizado somente pelos fagos que possuem DNA de fita
dupla.
O processo de adesão de um bacteriófago a uma célula bacteriana é o mesmo nos
2 tipos de ciclos e é mostrado na figura 31.
Figura 30: Estrutura de um bacteriófago com cabeça icosaédrica e cauda (fonte: Pelczar et al., 1996).
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Figura 31: Adsorção de um bacteriófago T4 à parede celular da batéria Escherichia coli e injeção do DNA. (a) fago
livre. (b) adsorção à parede celular através das fibras da cauda. (c) fixação pela extremidade da cauda. (d) contração
da bainha da cauda e injeção do DNA (fonte: Brock et al., 1994).
4.7 Isolamento e identificação do vírus
O isolamento e a identificação dos vírus, a partir de espécimes clínicos ou de
materiais de pesquisa, podem ser desenvolvidos por meio de numerosos métodos, não
havendo contudo, uma técnica única que seja satisfatória para o estudo de todos os
vírus. A primeira fase de identificação laboratorial de um vírus é a coleta e manutenção
adequadas dos espécimes, até que se possam inocular animais sensíveis, culturas de
tecidos, ovos embrionados ou outro tipo adequado de meio. Esta fase inclui a
eliminação de bactérias dos produtos em exame, através da filtração, da centrifugação
diferencial ou do uso de drogas antimicrobianas. Havendo a presença de vírus, podem
ser produzidos e pesquisados anticorpos específicos.
4.8 Agentes infecciosos semelhantes a vírus
Os viróides e os prions são considerados como formas mais simples de vida, em
relação aos vírus.
Os viróides, os menores agentes infecciosos conhecidos, são constituídos de
RNA circular de fita única ou de RNA linear de fita dupla, não possuindo qualquer tipo
de capa protéica. Até hoje, os viróides só foram encontrados em infecções de plantas,
dentre elas a doença do afilamento do tubérculo da batata e da fruta pálida do pepino. Os
viróides replicam-se em células de espécies de plantas susceptíveis, mas não são capazes
de codificar suas próprias proteínas, mostrando serem dependentes da atividade
metabólica do hospedeiro para replicação.
52
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Um outro agente causador de doenças é o prion ou partícula protéica infecciosa,
já que a proteína parece ser seu único componente, não possuindo nenhum ácido
nucléico detectável. Possui propriedades incomuns, como a alta resistência à radiação
ultra-violeta e ao calor, ao contrário dos vírus convencionais; no entanto, são inativados
pelo hipoclorito e autoclave. Assim como os vírus, reproduz-se dentro das células. É
possível que as proteínas dos prions sejam codificadas por um gene encontrado no DNA
de um hospedeiro normal. Existem várias doenças clássicas causadas por prions, todas
doenças neurológicas, e ditas “lentas”, pois possuem um longo período de latência, um
estabelecimento gradual e uma evolução progressiva e invariavelmente fatal. Das
doenças que afetam o homem, destacam-se o kuru (que acontece somente em tribos da
Nova Guiné) e a doença de Creutzfeldt-Jacob (encontrada mundialmente), cujos
cérebros de pacientes infectados apresentam a aparência espongiforme; esta última
doença é rara, caracterizada por demência pré-senil, não é altamente transmissível e,
dentre a maioria dos casos, 10% são hereditários. Tem sido sugerido por alguns
pesquisadores que a doença de Alzheimer pode ser causada por prion. No animais, os
tipos de doença de evolução lenta observados são o scrapie e a visna, doenças de
ovinos, e a encefalopatia espongiforme bovina, também conhecida como “doença da
vaca louca”. Nesta última o gado é infectado pela ingestão de ração preparada com
órgãos de ovinos, por exemplo o cérebro, infectados com o prion do scrapie; é endêmica
na Grã-Bretanha e diversos casos da doença de Creutzfeldt-Jacob foram atribuídos à
ingestão de carne bovina.
53
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5 CONTROLE DOS MICRORGANISMOS
5.1 Fundamentos
A condição sanitária de uma dada população humana é determinada, em larga
escala, por sua capacidade de controlar eficazmente as populações microbianas. Os
processos podem ser muito específicos, como o fornecimento de medicação eficaz na
eliminação dos microrganismos infectantes, ou podem ser mais gerais, como as práticas
sanitárias utilizadas no lar e nos hospitais. Cuidados diários, tais como a purificação da
água, a pasteurização do leite e a preservação dos alimentos concorrem para o controle
das populações microbianas. Não somente torna-se o produto de consumo seguro sob o
ponto de vista de saúde pública, como também o processo traz muitos benefícios para o
bem-estar da comunidade.
As principais razões para desenvolver o controle de microrganismos podem, em
resumo, ser: 1) prevenir a transmissão de doenças e infecções; 2) prevenir a
contaminação ou crescimento de microrganismos nocivos e 3) prevenir a deterioração e
dano de materiais por microrganismos.
Os microrganismos podem ser removidos, inibidos ou mortos por agentes físicos
ou químicos. Uma grande variedade de técnicas e de agentes pode ser utilizada, agindo
de modos diferentes e tendo seu próprio limite de aplicação prática.
Os termos a seguir são usados para descrever os processos físicos e os agentes
químicos destinados ao controle dos microrganismos:
Esterilização: processo de destruição ou remoção de todas as formas de vida
microscópica de um objeto ou espécime. Um objeto estéril, no sentido microbiológico,
está completamente livre de microrganismos vivos. Este termo refere-se à ausência total
ou à destruição de todos os microrganismos.
Desinfetante: é um agente, normalmente químico, que mata as formas
vegetativas, mas não necessariamente, as formas esporuladas, de microrganismos
patogênicos. O termo normalmente refere-se às substâncias utilizadas em objetos
inanimados.
Anti-séptico: é uma substância que previne o crescimento ou ação de
microrganismos, pela destruição dos mesmos ou pela inibição de seu crescimento ou
atividade. Usualmente está associado com substâncias aplicadas ao corpo do homem.
Bactericida: é um agente que mata as bactérias. De modo similar, os termos
fungicida, viricida e esporocida se referem aos agentes que matam os fungos, vírus e
esporos, respectivamente. As formas esporulada não são necessariamente eliminadas por
estes agentes.
54
_____________________________________________________________________________________________
5.2 Condições que influenciam a ação antimicrobiana
Na aplicação de qualquer agente físico ou químico destinado a inibir ou destruir
populações microbianas, devem ser considerados fatores como:
Temperatura: o aumento da temperatura, quando usado em combinação com
outro agente, como uma substância química, apressa a destruição dos microrganismos.
Tipo de microrganismo: as espécies de microrganismos diferem em sua
susceptibilidade aos agentes físicos e químicos. Nas espécies esporuladas, as formas
vegetativas são muito mais sensíveis que as formas esporuladas, sendo estas
extremamente resistentes.
Estado fisiológico das células: células jovens, metabolicamente ativas, são mais
facilmente destruídas que as células velhas ou em latência, no caso de o agente nocivo
agir através de uma interferência sobre o metabolismo (as células que não estão
crescendo não seriam afetadas).
Condições ambientais: as propriedades físicas e químicas do meio ou das
substâncias que sustentam os microrganismos têm profunda influência sobre o ritmo,
assim como sobre a eficácia da destruição microbiana. A eficiência do calor, por
exemplo, é muito maior nos meios ácidos do que nos alcalinos. A consistência do
material (aquosa ou viscosa) também influi na penetração do agente, e as altas
concentrações de carboidratos aumentam, em geral, a resistência térmica dos
microrganismos. A presença da matéria orgânica estranha pode reduzir,
significativamente, a eficácia de uma droga antimicrobiana, inativando-a ou protegendo
o microrganismo.
5.3 Modo de ação dos agentes antimicrobianos
A revisão de certas características da célula microbiana pode apontar os
possíveis locais de ação de um agente antimicrobiano. Eles podem agir causando lesões
na parede celular, alterações na permeabilidade celular, alterações das moléculas de
proteínas e de ácidos nucleicos, inibição da ação enzimática, inibição da síntese de
ácidos nucleicos, entre outras coisas.
5.4 Controle pelos agentes físicos
5.4.1 Aplicação das altas temperaturas
Os processos práticos, nos quais se emprega o calor, dividem-se em duas
categorias: calor úmido e calor seco.
5.4.1.1 Calor úmido
a) Vapor d'água sob pressão: é o agente mais prático e seguro para fins de
esterilização, proporcionando temperaturas mais elevadas que as obtidas por ebulição. O
aparelho que usa o vapor de água sob pressão regulada chama-se autoclave. Consiste em
uma câmara de vapor com parede dupla, equipada com dispositivos que permitem o
enchimento da câmara com vapor saturado e sua manutenção em determinadas
55
_____________________________________________________________________________________________
temperatura e pressão por quaisquer períodos de tempo. Geralmente, embora não
sempre, ela é operada numa pressão de aproximadamente 15 libras por polegada
quadrada (1 atmosfera=121°C).
Esterilização fracionada, água em ebulição e pasteurização são outros processos
de calor úmido, empregados no controle de microrganismos.
5.4.1.2 Calor seco
a) Esterilização pelo ar quente: é recomendada quando o contato direto ou
completo do vapor d'água sob pressão com o material a ser esterilizado é considerado
como indesejável ou improvável, o que é verdadeiro para certos tipos de vidraria
laboratorial (placas de Petri, tubos de ensaio), óleos, pó e substâncias similares. O
aparelho utilizado neste tipo de esterilização pode ser um forno elétrico especial (ou a
gás) - estufa - ou mesmo um forno de cozinha, admitindo-se que, para a vidraria de
laboratório, uma exposição de 2 horas à temperatura de 160°C seja suficiente para a
esterilização.
b) Incineração: é usada para a eliminação de carcaças de animais de laboratório
infectadas ou de outros materiais contaminados. A destruição de microrganismos pelo
calor direto é, também, praticada rotineiramente quando a agulha de inoculação (ou alça
de platina) é levada à chama de um bico de Bunsen.
5.4.2 Aplicação de baixas temperaturas
As temperaturas inferiores ao ponto ótimo para o crescimento diminuem o ritmo
metabólico e, sendo a temperatura suficientemente baixa, cessa o metabolismo e o
crescimento. As temperaturas baixas são úteis na manutenção de culturas, pois os
microrganismos apresentam uma capacidade típica de sobrevivência em face do frio;
culturas em ágar de algumas bactérias, leveduras e fungos, são usualmente armazenadas
durante longos períodos de tempo sob temperatura de refrigerador, ou seja, entre 4° e 7°
C. Além disso, muitas bactérias e vírus podem ser mantidos em unidades de alta
refrigeração, entre -20° e -70° C. O nitrogênio líquido, em temperaturas de -196° C, é
empregado na preservação de culturas de muitos vírus e microrganismos, assim como as
fontes de células de mamíferos usadas em virologia. A partir de exposto acima, torna-se
aparente que as temperaturas baixas, embora extremas, não podem se indicadas para a
desinfecção ou esterilização. Os microrganismos mantidos em temperatura de
congelamento ou mesmo inferiores podem ser considerados dormentes; não efetuam
atividade metabólica aparente. Esta condição estática é a base da bem sucedida
aplicação do frio na preservação dos alimentos.
A tabela 11 resume os métodos que usam a temperatura no controle de
microrganismos.
Tabela 11: O uso da temperatura no controle de microrganismos (fonte: Pelczar et al., 1996).
56
_____________________________________________________________________________________________
Método
Calor úmido
Temperatura
o
121,6 C à pressão de 15
2
Aplicações
Limitações
Esterilização de
instrumentos, bandejas de
tratamento, tecidos,
utensílios, meios e outros
líquidos
Ineficiente contra
micorganismos presentes
em materiais impermeáveis
ao vapor; não pode ser
utilizado em materiais
termossensíveis
Autoclave
lb/pol , 15 – 30 min
Água em ebulição
100oC, 10 min
Destruição de células
vegetativas em
instrumentos, recipientes
Pasteurização
62,8oC por 30 min, ou
71,7oC por 15 s
Destruição de células
vegetativas de
microrganismos
patogênicos e de muitos
outros microrganismos no
leite, suco de frutas e em
outras bebidas
170 – 180oC por 1 – 2 h
Esterilização de materiais
impermeáveis ou
danificáveis pela umidade
(óleos, vidrarias,
instrumentos cortantes,
metais)
Centenas de oC
O tamanho do incinerador
Esterilização de alças de
deve ser adequado à
semeadura, eliminação de
queima rápida e completa
carcaças de animais
infectados, eliminação de da maior carga; apresenta
objetos contaminados que potencial de poluição do ar
não podem ser reutilizados
Endósporos não são
mortos; não pode ser
utilizado como
esterilizante
Não é esterilizante
Calor seco
Forno de ar quente
Incineração
Baixas temperaturas
Congelamento
o
Menor que 0 C
Preservação de alimentos e
outros materiais
Preservação dos
microrganismos
Nitrogênio líquido
-196oC
Destrói materiais que não
suportam altas
temperaturas por muito
tempo
Principalmente
microbiostático em vez de
microbicida
Alto custo do nitrogênio
líquido
5.4.3 Radiações
As radiações ionizantes (raios X e raios gama) têm tido aplicação na
esterilização de materiais biológicos. Este método é chamado de esterilização fria,
porque estas radiações produzem relativamente pouco calor no material irradiado e,
assim, é possível esterilizar substâncias termossensíveis, especialmente nas indústrias
alimentícia e farmacêutica.
A luz ultravioleta é outro tipo de radiação empregada na esterilização de
materiais. A porção ultravioleta do espectro inclui todas as radiações compreendidas
entre 150 e 3.900 Å, mas a eficácia bactericida mais alta situa-se em comprimentos de
onda ao redor de 2650 Å. Embora a energia radiante da luz solar seja parcialmente
57
_____________________________________________________________________________________________
composta de luz ultravioleta, a maior parte dos comprimentos mais curtos é filtrada pela
atmosfera terrestre (ozônio, nuvens e fumaça). Consequentemente, a radiação
ultravioleta, na superfície da Terra, é restrita à faixa de 2.870 a 3.900 Å, do que se
conclui que a luz solar, em certas condições, tem capacidade microbicida, embora em
grau limitado. A luz ultravioleta é absorvida por muitas substâncias celulares, mas, de
modo mais significativo, pelos ácidos nucleicos, onde ocorre o maior dano. Existem
muitas lâmpadas que emitem alta concentração de luz UV na região mais efetiva, 2.600
a 2.700 Å. Essas lâmpadas germicidas são amplamente utilizadas para reduzir a
população microbiana em salas cirúrgicas de hospitais e em câmaras assépticas de
indústrias farmacêuticas, onde são envasados produtos estéreis e, ainda, na indústria
alimentícia para o tratamento de superfícies contaminadas. Uma importante
consideração prática, referente ao uso deste meio de destruição microbiana, é que a luz
UV tem uma capacidade de penetração muito pequena. Mesmo uma fina camada de
vidro filtra uma grande parte da luz e, assim sendo, apenas os microrganismos existentes
na superfície de um objeto diretamente exposto à radiação UV são susceptíveis à
destruição.
5.5 Controle pelos agentes químicos
Nenhum agente químico antimicrobiano único é o melhor ou o ideal para
qualquer ou todas as finalidades. Algumas especificações podem orientar a preparação
de novos compostos e devem ser consideradas nos métodos de avaliação dos
desinfetantes destinados ao uso prático. São elas: a atividade microbiana, solubilidade,
estabilidade, inocuidade para o homem e os animais, homogeneidade, ausência de
combinação com material orgânico estranho, toxicidade para microrganismos em
temperatura ambiente ou corporal, poder de penetração, ausência de poderes corrosivos
e tintoriais, poder desodorizante e capacidades detergentes.
5.5.1 Escolha do agente químico antimicrobiano
Os fatores que devem ser considerados na escolha de um agente químico
antimicrobiano são:
1. Natureza do material a ser tratado: um exemplo extremo pode ser citado - um
agente químico usado para desinfetar utensílios contaminados pode ser completamente
insatisfatório para aplicação na pele. Conseqüentemente, a substância escolhida deve ser
compatível com o material no qual é aplicada.
2. Tipos de microrganismos: os agentes químicos são completamente eficazes
sobre bactérias, vírus, fungos e outros microrganismos. Os esporos são mais resistentes
que as formas vegetativas. Existem diferenças entre bactérias gram-positivas e gramnegativas, com relação à resistência aos desinfetantes. Sendo assim, o agente escolhido
deve ser conhecidamente efetivo contra o organismo a ser destruído.
3. Condições ambientais: fatores com temperatura, pH, tempo, concentração e
presença de material orgânico podem influir na taxa e na eficiência da destruição
microbiana.
58
_____________________________________________________________________________________________
5.5.2 Principais grupos de desinfetantes e anti-sépticos
Alguns dos principais grupos de agentes químicos desinfetantes e anti-sépticos
são listados a seguir e a tabela 12 mostra a aplicação destes agentes no controle de
microrganismos.
1. Fenol e compostos fenólicos
2. Álcoois
3. Halogênios (iodo e cloro)
4. Metais pesados e seus compostos
5. Detergentes
Outros agentes químicos são aplicados na esterilização de materiais e são
denominados de esterilizantes químicos. São particularmente utilizados para a
esterilização de materiais médicos sensíveis ao calor, como bolsas de sangue para
transfusão, seringas plásticas descartáveis e equipamentos de cateterização. Também são
utilizados para esterilizar ambientes fechados, incluindo câmaras assépticas utilizadas
para procedimentos que devem ser livres de microrganismos. Os principais esterilizantes
químicos utilizados são:
a) Óxido de etileno: composto orgânico (C2H4O) que é líquido a temperaturas abaixo
de 10,8o C, mas acima desta temperatura torna-se um gás. Tem grande poder de
penetração, podendo atravessar e esterilizar o interior de grandes pacotes com
objetos, roupas e certos plásticos. Desvantagem: é inflamável e é potencialmente
explosivo em forma pura;
b) β– Propiolactona: é um composta líquido incolor em temperatura ambiente.
Destina-se à esterilização de instrumentos e materiais termossensíveis. Tem baixo
poder de penetração e seu uso foi restringido devido a sua provável propriedade
carcinogênica.
c) Glutaraldeído: é um líquido oleoso e incolor. É utilizado em medicina para
esterilizar instrumentos urológicos, lentes de instrumentos, equipamentos
respiratórios e outros equipamentos específicos. Como desvantagem, tem uma
estabilidade limitada.
d) Formaldeído: é um gás que se mostra estável somente em altas concentrações e
em temperaturas elevadas. Em temperatura ambiente, ele polimeriza-se formando
uma substância sólida incolor, o paraformaldeído. O formaldeído é comercializado
em solução aquosa como formalina, que contém 37 a 40% (p/v) da substância.
Este é utilizado para a esterilização de instrumentos e a forma gasosa é utilizada
para a desinfecção e esterilização de áreas fechadas. Desvantagem: tem fraco
poder de penetração, é corrosivo, é extremamente tóxico e seus vapores são
irritantes às mucosas.
Tabela 12: Alguns desinfetantes e anti-sépticos comumente utilizados (fonte: Pelczar et al., 1996).
59
_____________________________________________________________________________________________
Desinfetante ou antiséptico
Concentração
Compostos fenólicos
Hexilresorcinol,
0,5 – 3,0 %
o-Fenilfenol,
Solução aquosa
cresóis
Alcoóis
70 – 90 %
Álcool etílico,
Álcool isopropílico
Álcool + iodo
Nível de atividade *
Desinfecção de objetos
inanimados como
instrumentos, superfícies
de mesa, assoalhos e
termômetros retais
(cresóis)
Intermediário a baixo
Anti-sepsia da pele,
desinfecção de
instrumentos cirúrgicos e
termômetros
Intermediário
70% + 0,5–2,0% de iodo
Iodo
Iodóforo (polivinilpir-
1,0%
rolidona)
Tintura de iodo
iodo a 2% + iodeto de
sódio a 2% + álcool 70%
Compostos clorados
Hipocloritos
cloraminas
Compostos quaternários
Intermediário
pequenos cortes e
abrasões; utilizado também
para desinfecção de água
potável e de piscinas
Baixo
Desinfecção de água,
superfícies não metálicas,
e 0,5 – 5,0g de cloro livre
equipamentos de laticínios,
por litro
utensílios de restaurantes,
materiais domésticos
0,1 – 0,2%
Compostos mercuriais
Mertiolate,
cromo
Aplicações
Mercúrio 1,0%
Saneamento ambiental de Baixo
superfícies e equipamentos
Baixo
desinfecção de
instrumentos; utilizado
também como preservante
em alguns materiais
biológicos
* Nível de atividade microbicida: alta = mata todas as formas de vida microbiana, inclusive os esporos
bacterianos; intermediário = mata o bacilo da tuberculose, fungos e vírus mas não os esporos bacterianos;
baixo = não mata esporos bacterianos, bacilo da tuberculose ou vírus não lipídicos em um tempo
aceitável.
5.6 Antibióticos e outros agentes quimioterápicos
Os agentes quimioterápicos são substâncias empregadas no tratamento das
doenças infecciosas e daquelas que são causadas pela proliferação de células malignas.
Estas substâncias são preparadas em laboratórios químicos ou obtidas de
microrganismos, algumas plantas e animais. Em geral, as drogas naturais são
diferenciadas dos compostos sintéticos pela denominação específica de antibióticos.
Alguns destes são preparados por via sintética, mas a maioria é comercialmente
produzida por biossíntese. As antitoxinas e outras substâncias formadas pelos
organismos de animais infectados não são consideradas como agentes quimioterápicos,
o mesmo sendo válido para os compostos que causam a destruição ou inibição de
microrganismos in vitro, usualmente classificados como desinfetantes, anti-sépticos ou
germicidas.
60
_____________________________________________________________________________________________
Um agente quimioterápico satisfatório deve:
1. Destruir ou inibir a atividade de um parasita, sem lesar as células do
hospedeiro ou, apenas, com pequenos danos sobre estas células;
2. Ser capaz de entrar em contato com o parasita, atingindo concentrações
efetivas nos tecidos e nas células hospedeiras;
3. Deixar inalterados os mecanismos naturais de defesa do hospedeiro, tais como
a fagocitose e a síntese de anticorpos.
As drogas do tipo sulfa são um dos agentes quimioterápicos sintéticos mais
conhecidos e utilizados. A sulfa foi primeiramente obtida pelo químico alemão Gerhard
Domagk, em 1935. O tipo mais simples de sulfa é a sulfonamida, que é estruturalmente
análoga ao ácido para-aminobenzóico (PABA), que é um precursor na síntese do ácido
fólico, dentro da célula bacteriana. A sulfonamida compete com o PABA pelo sítio ativo
de uma enzima envolvida na síntese do ácido fólico, provocando uma diminuição na
produção do mesmo, que é essencial na síntese de importantes constituintes celulares.
As sulfonamidas são particularmente úteis no tratamento de infecções causadas
por meningococos e Shigella, de infecções respiratórias por estreptococos e
estafilococos e das infecções urinárias devidas a microrganismos Gram-negativos. São
importantes na prevenção da febre reumática, da endocardite bacteriana, da infecção de
ferimentos e de infecções urinárias, após cirurgia ou cateterismo.
Os antibióticos formam um tipo especial de agentes quimioterápicos,
geralmente obtidos de organismos vivos. O termo antibiótico designa um produto
metabólico de um organismo que é prejudicial ou inibidor para certos microrganismos,
em concentrações muito pequenas.
Propriedades de um antibiótico útil:
1. Atividade letal ou inibitória sobre muitas espécies diferentes de
microrganismos patogênicos, ou seja, devem representar o que se denomina antibióticos
de largo espectro.
2. Capacidade de prevenir o desenvolvimento fácil de formas microbianas
resistentes.
3. Ausência de efeitos colaterais indesejáveis, tais como reações alérgicas ou de
sensibilidade, lesões nervosas, irritação renal ou do trato gastrointestinal.
4. Ineficácia sobre a flora microbiana normal, evitando-se assim, a perturbação
do equilíbrio natural e, consequentemente, impedindo o estabelecimento de infecções
por germes totalmente não-patogênicos ou, especialmente, por formas patogênicas
habitualmente controladas pela flora normal.
Os antibióticos podem inibir ou destruir os microrganismos de diversos modos:
1. Inibindo a formação da parede celular.
61
_____________________________________________________________________________________________
2. Lesando a membrana citoplasmática.
3. Interferindo com a síntese protéica.
4. Inibindo o metabolismo dos ácidos nucleicos.
A sensibilidade dos microrganismos aos antibióticos pode variar. Bactérias
Gram-positivas são geralmente mais sensíveis a antibióticos que as Gram-negativas,
embora alguns antibióticos atuem somente sobre estas últimas. Um antibiótico que age
sobre as bactérias Gram-positivas e Gram-negativas é dito antibiótico de largo espectro.
Um antibiótico de espectro restrito age somente sobre um único grupo de
microrganismos. No entanto, este último pode ser valioso no controle de
microrganismos resistentes a outros antibióticos.
Certos microrganismos, porém, são resistentes a alguns antibióticos. Esta
resistência pode ser uma propriedade inerente do microrganismo ou pode ser adquirida
(através da mutação ao acaso dos genes cromossômicos). A resistência devida à
propriedade inerente do microrganismo pode ter várias razões: (1) o organismo pode não
ter a estrutura sobre a qual o antibiótico atua inibindo; por exemplo, algumas bactéria
tais como os micoplasmas, não possuem uma parede celular típica bacteriana, sendo
assim resistentes à penicilina; (2) o organismo pode ser ‘impermeável’ ao antibiótico;
(3) o organismo pode ser capaz de alterar o antibiótico, tornando-o inativo; (4) o
organismo pode modificar o “alvo” do antibiótico; (5) o organismo pode alterar, através
de modificação genética, a via metabólica que o antibiótico bloqueia; (6) o organismo
pode ser capaz de eliminar o antibiótico, “jogando-o” para fora da célula (efluxo).
A penicilina foi o primeiro dos antibióticos modernos e ainda é um dos mais
úteis. Juntamente com a sulfa, só passou a ser largamente utilizada no início dos anos
40, em plena Segunda Guerra Mundial. É produzida pelo fungo Penicillium notatum,
Penicillium chrysogenium e outras espécies de bolores. P. notatum foi isolado pela
primeira vez pelo médico inglês Alexander Fleming, em 1929. A penicilina é seletiva
para bactérias Gram-positivas, alguns espiroquetas e os diplococos Gram-negativos
(Neisseria).
A tabela 13 mostra alguns dos principais antibióticos utilizados.
Embora a penicilina seja, ainda, um dos antibióticos mais valiosos, a busca da
droga ideal continua. Entre os compostos aceitáveis, estão aqueles que atuam sobre os
microrganismos patogênicos insensíveis ou que se tornaram resistentes à penicilina. As
drogas mais importantes são produzidas por quatro gêneros de microrganismos:
Bacillus, Penicilium, Streptomyces e Cephalosporium, normalmente existentes no solo.
Assim sendo, o solo tem sido profundamente pesquisado na procura de micróbios
capazes de produzir novos antibióticos.
Tabela 13: Produtos metabólicos de bactérias e fungos, usados como antibióticos (fonte: Pelczar, 1980).
62
_____________________________________________________________________________________________
ANTIBIÓTICO
(PRODUTO)
FONTE MICROBIANA
ESPECTRO PRIMÁRIO
MODO DE AÇÃO
Ampicilina
Penicillium sp.
Bactérias gram-positivas
negativas
e Inibe a síntese da parede
celular
Anfotericina B
Streptomyces nodosus
Fungos, agentes de várias Interfere com a função da
micoses
membrana citoplasmática
Bacitracina
Bacillus subtilis
Carbomicina
(Magnamicina)
Streptomyces halstedii
Rickettsias; bactérias gram- Inibe a síntese protéica
positivas
Cefalosporina C
Cephalosporium sp.
Ciclohexamida
(Actidione)
Streptomyces griseus
Fungos,
especialmente Inibe a síntese protéica
fitopatogênicos
Ciclosserina
Streptomyces orchidaceous Mycobacterium tuberculosis
e Streptomyces lavendulae
Cloranfenicol
(Cloromicetina)
Streptomyces venezuelae
Largo espectro
Interfere
protéica
com
a
síntese
Clortetraciclina
(Aureomicina)
Streptomyces aureofaciens
Largo espectro
Interfere
protéica
com
a
síntese
Colistina
(Colimicina)
Bacilus colistinus
Pseudomonas spp.
Deteriora
a
citoplasmática
membrana
Dimetiltetraciclina
Streptomyces aureofaciens Largo espectro
(mutante)
Interfere
protéica
com
a
síntese
Eritromicina
(Iloticina)
Streptomyces erythraeus
Rickettsias; bactérias gram- Interfere
positivas
protéica
com
a
síntese
Estreptomicina
Bactérias gram-positivas e Induz a síntese de proteínas
gram-negativas;
anormais
Mycobacterium tuberculosis
Fumagilina
(Amebacilina)
Aspergillus fumigatus
Amebas
Interfere
protéica
Griseofulvina
Fungos patogênicos
Interfere com a parede celular
fúngica e com a síntese de
ácidos nucleicos
Kanamicina
Streptomyces
kanamyceticus
Induz a síntese de proteínas
anormais
Lincomicina
Streptomyces lincolnensis
Inibe a síntese protéica
Meticilina
Penicillium sp.
Estafilococos
Inibe a síntese da parede
celular
Neomicina
Streptomyces fradiae
Bactérias gram-positivas e Induz a síntese de proteínas
gram-negativas;
anormais
Streptomyces noursei
Candida intestinal; micoses
celular
celular
celular
com
a
síntese
Cont. da tabela 13
Nistatina
Danifica
a
citoplasmática
membrana
63
_____________________________________________________________________________________________
Novobiocina
(Catomicina)
Streptomyces griseus;
Streptomyces niveus;
Streptomyces spheroides
Inibe a
ADN
Oleandomicina
Streptomyces antibioticus
Rickettsias; bactérias gram- Inibe a síntese protéica
positivas
Oxitetraciclina
(Terramicina)
Streptomyces rimosus
Largo espectro
Interfere
protéica
Penicilina G
Penicillium chrysogenum
celular
Polimixina B
Bacillus polymyxa
Bactérias gram-negativa
Deteriora
a
citoplasmática
Tetraciclina
Streptomyces aureofaciens
Largo espectro
Interfere
protéica
Vancomicina
Streptomyces orientalis
Bactérias
gram-positivas; Inibe a síntese da parede
Neisseria, Clostridium tetani celular
Viomicina
Streptomyces floridae
Interfere
protéica
polimerização
com
com
com
a
do
síntese
membrana
a
a
síntese
síntese
64
_____________________________________________________________________________________________
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1005p. (SBI)
Observação: (SBI) = Livros disponíveis na Biblioteca do IFSC

introdução à microbiologia

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