Microbiologia: Vírus, Bactérias e Fungos

Vírus

Características

• Acelulares
• Parasitas intracelulares obrigatórios
• Multiplicam-se dentro de células vivas usando a maquinaria de síntese das células
• Conjunto de espécies animais ou de diferentes células
• Tropismo – predileção por células ou tecidos
• Receptores virais
• Ex: H5N1
• Em humanos: ácido siálico-galactose: ligações α-2,6
• Em aves: ligações α-2,3
• Suínos: ambos receptores

Estrutura

• Vírion: partícula viral completa (formada e infecciosa)
• Capa protéica: capsídeo
• Em alguns, o capsídeo é coberto por um envelope (combinação de lipídeos, proteínas e carboidratos)
• Material genético (DNA ou RNA)
• Alguns apresentam ainda espículas (carboidrato-proteína) no envelope: ancoragem na célula hospedeira
• As proteínas virais de superfície são susceptíveis a mutações (Ex: Influenza vírus)
• Material genético
• Vírus de DNA - Ex: adenovírus
• Vírus de RNA - HIV (retrovírus)

Tipos

• Baseados na estrutura do capsídeo
• Helicoidais (Ex: vírus da raiva e da febre hemorrágica)
• Poliédricos (Ex: poliovírus)
• Envelopados Ex: Influenzavírus (vírus helicoidal envelopado); Simplexvírus (vírus poliédrico envelopado)
• Complexos (bacteriófagos, poxvírus)

Taxonomia

• A classificação dos vírus é baseada no tipo de ácido nucléico, na estratégia de replicação e na morfologia
• Os nomes das famílias virais terminam em -viridae; os nomes dos gêneros terminam em -vírus
• Ex: O HIV é classificado como membro da família Retroviridae, gênero Lentivirus
• Uma espécie viral consiste em um grupo de vírus que compartilham a mesma informação genética e o mesmo nicho ecológico

Príons

• Partícula protéica infecciosa
• Ex: doença da vaca louca em gados - doenças neurológicas

Viróides

Pequenos fragmentos de RNA com tamanho de 300 a 400 nucleotídeos, sem capa protéica, exclusivos de plantas

Vírus e Câncer

• Ativação de oncogenes
• Transformação de células normais em células cancerosas
• Vários vírus de DNA e retrovírus são oncogênicos
• O material genético dos vírus oncogênicos integra-se no genoma da célula hospedeira
• Ex: Papilomavírus – câncer uterino (cervical)
• Vírus EB (Epstein-Barr, mononucleose infecciosa) – linfoma de Burkitt e carcinoma nasofaríngeo
• Vírus da hepatite B (HBV, gênero Hepadnavirus) – câncer hepático
• HTLV-1, HTLV-2 - associados a linfoma e leucemia em humanos

Infecções Virais

Latentes

• Vírus permanece por longos períodos dentro da célula hospedeira, sem produzir doença
• Ex: herpesvírus humanos (herpes labial), vírus da varicela (catapora herpes zoster)

Persistentes

• Processos patológicos que se estendem por um longo período de tempo sendo geralmente fatais
• Ex: HIV, vírus do sarampo, vírus da rubéola

Multiplicação do Vírus

A multiplicação dos vírus é diferente em cada espécie, entretanto, alguns padrões podem ser observados.

Adsorção ou Aderência

• Sítios de ancoramento da superfície viral que se ligam a sítios receptores complementares na superfície da célula hospedeira
• Os receptores da célula hospedeira são proteínas ou glicoproteínas da membrana plasmática
• O receptor para determinado vírus pode variar de pessoa para pessoa

Penetração

• Ocorre por endocitose
• Vírus envelopado (como o HIV) entram por fusão - o envelope se funde com a membrana plasmática da célula hospedeira

Decapsidação

Separação do ácido nucléico de sua cobertura protéica

Biossíntese dos Vírus de DNA

• Transcrição precoce - transcrição de uma porção do DNA viral – tradução em enzimas necessárias para a multiplicação do DNA viral
• Transcrição tardia: proteínas dos capsídeos e outras estruturais
• Síntese das proteínas do capsídeo no citoplasma da célula hospedeira
• Migração das proteínas do capsídeo para o núcleo celular
• O DNA viral e as proteínas do capsídeo se organizam para formar os vírus completos que são liberados da célula hospedeira
• Vírus de DNA > Poxvírus (ex: varíola), herpesvírus (ex: herpes labial), papillomavirus (ex: HPV), hepadnaviridae (ex: hepatite B)

Biossíntese de Vírus de RNA

• Carregam sua própria polimerase chamada de transcriptase reversa RNA DNA
• A transcriptase reversa usa o RNA do vírus para sintetizar um filamento de DNA complementar que é replicado para formar um DNA de duplo filamento
• O DNA viral é integrado ao DNA da célula hospedeira
• DNA viral integrado – provírus
• Estado latente - replicação com o DNA do hospedeiro
• Provírus expresso - produz novos vírus que vão infectar células adjacentes
• Um provírus pode modificar a estrutura de uma célula transformando-a em uma célula tumoral
• Exemplo de retrovírus: HIV

Maturação e Liberação

• Montagem do capsídeo protéico
• Liberação por brotamento (vírus envelopados) ou ruptura da membrana plasmática (vírus não envelopados)
• Quando ocorre a lise da célula, o processo de multiplicação viral é chamado de ciclo lítico.
• Existe ainda o ciclo conhecido por lisogênico, no qual o material genético do vírus é integrado ao material genético da célula infectada.
• Nesse ciclo ocorre a replicação do material da célula hospedeira e do vírus, produzindo, assim, células-filhas com material genético viral. Após algumas replicações, ocorre a indução do material genético viral e inicia-se um ciclo lítico.

Bactérias

Características

• Reino Monera
• Célula procariótica
• Unicelulares

Morfologia

Estruturas Externas à Parede Celular

• Glicocálice – produzido dentro da célula e secretado para a superfície celular
• Situado externamente à parede celular composto por polissacarídeos, polipeptídeos ou ambos
• Fixação
• Nutrição
• Glicocálice: chamado de cápsula quando firmemente aderido à parede celular
• Cápsula: contribuição para a virulência bacteriana, protegem as bactérias patogênicas da fagocitose
• Flagelos - movimentação por rotação
• Certas bactérias patogênicas podem ser identificadas por suas proteínas flagelares
• Fímbrias - fixação
• Pili – união de células bacterianas para transferência de DNA

Parede Celular

• Semi rígida, protege a membrana plasmática, dá forma à célula
• Contribui para algumas bactérias causarem doenças
• É local de ação de alguns antibióticos
• Rede macromolecular de peptideoglicana

Gram + e Gram -

• Gram-positivas: muitas camadas de peptideoglicana. Presença de ácidos teicóicos
• Gram-negativas: camada fina de peptideoglicana + membrana externa. Membrana externa – presença de LPS: endotoxina, febre e choque
• Gram-positivas (aproximadamente de cor roxa) - Gram-negativas (aproximadamente de cor vermelha)

Estruturas Internas à Parede

• Membrana plasmática – menos rígida, não contém esteróides (ex: colesterol). Digestão de nutrientes e produção de energia. Contém enzimas capazes de catalisar as reações químicas que degradam os nutrientes e produzem ATP
• Citoplasma: Área nuclear contendo DNA. Ribossomos: 70S. Inclusões: depósito de reservas
• Nucleóide: Uma única molécula longa e contínua de DNA de fita dupla, arranjada de forma circular, denominada cromossomo bacteriano. Plasmídeos: pequenas moléculas de DNA de fita dupla, circulares
• Inclusões: Grânulos polissacarídicos: glicogênio e amido. Inclusões lipídicas
• Endósporos: Quando os nutrientes essenciais se esgotam, certas bactérias gram-positivas como as dos gêneros Clostridium e Bacillus formam células especializadas de “repouso”, denominadas endósporos. Exclusivos das bactérias, os endósporos são células desidratadas altamente duráveis, com paredes espessas e camadas adicionais. Quando liberados no ambiente, podem sobreviver a temperaturas extremas, falta de água e exposição a muitas substâncias químicas tóxicas e radiação

Reprodução

Assexuada

• Bipartição ou cissiparidade: Ocorre a duplicação do DNA bacteriano e uma posterior divisão em duas células. As bactérias multiplicam-se por este processo muito rapidamente quando dispõem de condições favoráveis
• Esporulação: Algumas espécies de bactérias originam, sob condições ambientais hostis, estruturas resistentes denominadas endósporos. Os endósporos são muito resistentes ao calor. Gêneros Bacillus e Clostridium – produtores de endósporos

Sexuada

• Transferência de fragmentos de DNA de uma célula para outra. O DNA da bactéria doadora se combina com o da receptora. As novas combinações serão transmitidas às células-filhas quando a bactéria se dividir. A transferência de DNA de uma bactéria para outra pode ocorrer de três maneiras: transformação, transdução e conjugação
• Transformação: A bactéria absorve moléculas de DNA dispersas no meio e são incorporadas à cromatina. Esse DNA pode ser proveniente, por exemplo, de bactérias mortas. Esse processo ocorre espontaneamente na natureza
• Transdução: As moléculas de DNA são transferidas de uma bactéria a outra usando vírus como vetores (bacteriófagos)
• Conjugação: Pedaços de DNA passam diretamente de uma bactéria doadora para uma receptora através de microscópicos tubos protéicos, chamados pili
• Transferência horizontal de genes é um processo em que um organismo transfere material genético para outra célula que não é sua descendente. Transferência vertical ocorre quando um organismo recebe material genético do seu antecessor, por exemplo dos pais ou de uma espécie a partir da qual evoluiu

Resistência a Drogas Antimicrobianas

• As diferenças genéticas das bactérias se originam de mutações aleatórias. Essas mutações podem se espalhar horizontalmente entre as bactérias por processos como a transformação, a conjugação ou a transdução. A resistência a drogas frequentemente é carreada por plasmídeos ou transposons. As mutações adquiridas são transmitidas por mecanismos normais de reprodução. Transposon: um pequeno fragmento de DNA que pode se mover de uma molécula de DNA para outra
• Questão da Superbactéria > Segundo as regras da nomenclatura binomial, as superbactérias referidas no texto pertencem ao mesmo gênero. A resistência bacteriana a antimicrobianos é uma condição não genética que lhe confere uma vantagem transitória em determinado ambiente. Elementos genéticos móveis permitem o aumento de populações de superbactérias, além do próprio mecanismo de reprodução dessas células. O mecanismo indicado em C é caracterizado como transdução, podendo conferir um novo atributo genético a uma bactéria. A grande mobilidade humana em nível global é um dos principais fatores que favorecem a disseminação das superbactérias, criando a ameaça de uma verdadeira pandemia. O uso de antibióticos, tão necessário em certas situações de risco, paradoxalmente, contribui para a expansão do problema das superbactérias
• Os antibióticos: ação sobre a célula bacteriana. Bactericida: matam diretamente os microrganismos. Bacteriostática: inibe seu crescimento, facilitação para as células de defesa (Ex: fagocitose)
• Inibição da síntese da parede celular: Inibem a síntese da parede celular da bactéria. Impedem a síntese completa do peptideoglicano. Ex: Penicilina
• Inibição da síntese protéica: Atuam nos ribossomos 70S das bactérias. Ex: cloranfenicol, eritromicina, tetraciclinas, estreptomicina
• Dano à membrana plasmática: Alterações na membrana plasmática. Ex: polimixina B causa a ruptura da membrana plasmática ao se ligar aos fosfolipídeos
• Inibição da síntese de ácidos nucléicos: Interferem com os processos de replicação e transcrição do DNA dos microrganismos. Ex: rifampina, quinolonas
• Inibição da síntese de metabólitos essenciais: Inibição competitiva de uma enzima. Adição de um antimetabólito muito semelhante ao substrato normal da enzima. Ex: sulfanilamida, sulfonas, trimetoprim
• Resistência a drogas antimicrobianas: As diferenças genéticas das bactérias se originam de mutações aleatórias. Essas mutações podem se espalhar horizontalmente entre as bactérias por processos como a conjugação ou a transdução. A resistência a drogas frequentemente é carreada por plasmídeos ou transposons. As mutações adquiridas são transmitidas por mecanismos normais de reprodução
• Mecanismos de resistência: Prevenção da entrada no sítio-alvo. Destruição ou inativação da droga (por exemplo, pela ação da β-lactamase). Ocorrência de alteração nos sítios-alvo da droga. Efluxo celular da droga (ejeção) – bombeia a droga para fora da célula antes que possa se tornar efetiva

Fungos

Características

• Reino Fungi
• Eucariontes aclorofilados
• Ex: Cogumelos, bolores, leveduras
• Adaptações nutricionais: São quimio-heterotróficos, alimentação por absorção e digestão extracorpórea. Possuem parede celular de quitina e reserva energética de glicogênio. Com frequência são capazes de metabolizar carboidratos complexos. Decompositores. Algumas espécies são parasitas. Normalmente crescem melhor em ambientes em que o pH é próximo a 5. Quase todos os fungos são aeróbicos. A maioria das leveduras é anaeróbica facultativa. A maioria podem crescer em concentrações relativamente altas de açúcar ou sal. Podem crescer em substâncias com baixo grau de umidade. Os fungos crescem como células únicas, as leveduras, ou como colônias filamentosas multicelulares, os bolores e cogumelos. Nos unicelulares a reprodução é por bipartição ou brotamento. Nos multicelulares há produção de esporos

Leveduras

As leveduras são fungos unicelulares, não filamentosos, tipicamente esféricos ou ovais. As leveduras do gênero Saccharomyces são as que apresentam maior valor industrial e comercial como agentes biológicos de transformação em indústrias de bebidas fermentadas, de panificação e destilarias de etanol

Cogumelos

Como características gerais entre os fungos, os cogumelos são organismos heterótrofos, ou seja, dependem de outros seres vivos para a nutrição. O modo como obtém nutrientes acontece quando liberam enzimas no ambiente, que degradarão a matéria orgânica e também inorgânica para posterior absorção através da parede celular das hifas. Quando decompõem restos de matéria orgânica são referidos como sapróbios e quando degradam restos de material vegetal são saprófitos. A grande produção e variedade de substâncias permitem que os cogumelos se desenvolvam em ambientes onde a degradação é complexa, como tronco de árvores e até mesmo solos contaminados. (Chapéu, Himênio, Anel, Estipe, Volva, Micélio)

Bolores

Os mofos, também chamados de bolores, são espécies de fungos filamentosos que se desenvolvem em matéria orgânica. Estes mofos possuem a capacidade de decompor a matéria orgânica. Um tipo de mofo muito comum em nosso dia-a-dia é o bolor de pão. Assim como a maioria dos mofos, o bolor de pão possui um aspecto de algodão. Com relação à coloração, podem assumir, principalmente, tons esverdeados, azulados, avermelhados ou esbranquiçados.

Importância Médica

Os fungos são organismos eucarióticos heterotróficos, atuando como saprófitos, parasitas ou simbiontes, utilizando uma variedade considerável de fontes orgânicas para nutrição. Devido a esta característica, são grandes responsáveis pela decomposição da matéria morta - juntamente com algumas bactérias - reciclando elementos químicos que serão úteis na manutenção da vida de outros organismos. Através do estudo dos fungos foi possível a criação de diversos antibióticos.

Micotoxinas

• Toxinas produzidas por fungos
• As micotoxinas afetam o sangue, o sistema nervoso, os rins, o fígado, propriedades carcinogênicas
• Diversas toxinas são produzidas por fungos que crescem em grãos, sementes e outras plantas
• Aflatoxina (amendoim, milho)
• Ergot (uma fonte natural de LSD)
• Faloidina, amanitina (cogumelo comumente conhecido como cicuta verde)

Microbiota Normal

Os microrganismos que estabelecem uma residência (colonizam), mas não geram doença em condições normais. Principais funções: imuno-modulação, contribuição nutricional e resistência à colonização por bactérias patogênicas. Estabelecimento da microbiota: Ao nascimento populações microbianas normais e características começam a se estabelecer. Importância do tipo de parto e aleitamento materno.

Fatores Determinantes da Microbiota

• Nutrientes
• pH
• presença de oxigênio e dióxido de carbono
• salinidade
• luz solar
• As condições existentes em um determinado sítio do corpo humano variam de pessoa para pessoa
• Idade, estado nutricional, dieta, estado de saúde, estado emocional, clima, condições de higiene pessoal, ocupação e estilo de vida

Relações entre a Microbiota Normal e o Hospedeiro

• Impedir o crescimento de microrganismos patogênicos - competição por nutrientes, produção de substâncias prejudiciais aos microrganismos invasores, mudança de pH, disponibilidade de oxigênio
• Ex: microbiota bacteriana normal da vagina mulher adulta: pH em torno de 4 - inibe o crescimento excessivo da levedura Candida albicans
• Ex: Escherichia coli no intestino grosso inibem o crescimento de Salmonella e Shigella
• Ex: a microbiota normal do intestino grosso inibe o crescimento de Clostridium difficile (responsável por infecções gastrintestinais que se seguem à antibioticoterapia)

Probióticos e Prebióticos

• Probióticos (pro = para, bios = vida): microrganismos vivos que quando administrados em quantidades adequadas conferem um efeito benéfico à saúde do hospedeiro
• Prebióticos: componentes alimentares não digeríveis no intestino delgado, metabolizados no intestino grosso, capazes de promover seletivamente o crescimento de bactérias benéficas
• Ex. probiótico: ingestão de bactérias do ácido lático (BALs) que podem aliviar a diarréia e prevenir a colonização por Salmonella enterica durante a antibioticoterapia
• Outros estudos uso de BALs: infecções de feridas cirúrgicas causadas por Staphylococcus aureus e infecções vaginais causadas por Escherichia coli

Microrganismos Oportunistas

• Normalmente não causam doença em seu habitat normal em uma pessoa saudável. Entretanto, podem gerar doença quando em diferentes ambientes
• Ex: Escherichia coli inofensiva no intestino delgado. Em outras regiões ela pode causar infecções urinárias, infecções pulmonares, meningites, abscessos