Aula1 Histórico da Microbiologia

Histórico da

Microbiologia

Ciência que estuda os organismos microscópicos ou inferiores.

Bolores, cogumelos, protozoários, algas identificáveis a olho nu relações morfológicas, fisiológicas e filogenéticas.

Microrganismos parasitas e/ou patogênicos representam minoria!

1674 Antony van Leeuwenhoek descreveu microrganismo com grandes detalhes “animálculos”.

1836 Franz Schulze passava o ar através de uma solução de ácido forte e depois aerava uma infusão de carne previamente fervida em frasco fechado (fig.1).

1837 Theodor Schwann forçava a passagem do ar através de tubos aquecidos e então aerava o caldo (fig. 2).

1861 Louis Pasteur usou frascos com colo longo e curvados que foram preenchidos com caldo nutritivo e aquecidos (fig. 3).

John Tyndall demonstrou que o ar poderia ficar isento de microrganismos por permitir que partículas de poeira se sedimentassem no fundo de uma caixa fechada (fig. 4).

Classificação dos Organismos vivos

10 milhões de espécies similaridades;

Taxonomia: classificação, nomenclatura,identificação.

Grupos taxonômicos: taxa espécie gênero

famílias ordens classes filos ou divisões reinos.

Classificação dos Microrganismos

Classificação dos Microrganismos

Reino Protista: microrganismos com características de

plantas e animais – bactérias algas e protozoários.

Microrganismos procarióticos e eucarióticos:

Com os avanços da microscopia eletrônica descobriu-se:

- células eucarióticas: núcleo separado do citoplasma

por membrana nuclear;

- células procarióticas: material nuclear sem

membrana.

O Conceito de Classificação dos Cinco Reinos

Divisão dos reinos (antiga): 1. Monera (procariótos) - microrganismos primitivos; 2. Protista (algas, protozoários, fungos limosos); 3. Plantae (plantas verdes, algas superiores); 4. Fungi (fungos - bolores e leveduras); 5. Animalia (animais que ingerem alimentos).

Whitaker (1969) 3 modos principais de nutrição:

- fotossíntese;

- absorção;

- ingestão.

1978- Woese

Divisão dos reinos (atual):

1. Eubactérias (células procarióticas);

2. Arqueobactérias (células procarióticas) - microrganismos primitivos;

3. Eucariotos (células eucarióticas).

Características Distintivas dos

principais grupos de

microrganismos

Protozoários: estrutura e função

Eucarióticos, unicelulares, ingestão de alimentos, não

apresentam parede celular rígida nem clorofila.

Figura 5 – Ilustração esquemática de vários tipos de protozoários: [A] ciliados, [B] flagelados e [C] ameba.

Algas: estrutura e função

Contêm clorofila, apresentam parede celular rígida.

Figura 6 – Ilustração esquemática e micrográficas de vários tipos de algas microscópicas. [A] Chlamydomonas; [B] Spirogyra; [C] Euglena.

Bactérias: estrutura e função

Célula Procariótica

Estruturas Presentes na Célula Procariótica

Figura 7 – Célula Procariótica.

A.Estruturas Externas à Parede Celular

Flagelos:

Pêlos (fímbrias):

Glicocálice: substância polimérica extracelular cuja extensão depende das condições

do meio em que se encontra a célula.

Figura 9 – Células bacterianas apresentando pêlos (A) e flagelos (B).

Figura 8 – Diferenciação dos flagelos quanto à localização.

B. Parede Celular

Principais funções:

- Prevenir a ruptura da célula devido à diferença na pressão osmótica do meio intracelular e extracelular;

- Atuar como suporte aos flagelos;

- Dar forma ao microrganismo;

- Regular a entrada e saída de substâncias na célula.

Figura 10 – Estrutura da parede celular das bactérias.

C. Estruturas Internas à Parede Celular

Membrana citoplasmática: seleciona e transporta os nutrientes que podem entrar ou sair da célula, alterando a pressão osmótica.

Citoplasma: é um fluido denso, composto por água, compostos químicos como ácidos nucléicos, proteínas, lipídeos, carboidratos e muitos outros.

Ribossomos: local onde ocorre a síntese de proteínas.

Área nuclear: é a região que contém a informação genética, hereditária de uma geração para outra.

Plasmídios: DNA circular e pequeno, muito comum na célula bacteriana.

Figura 11 - Aspecto de um plasmídio bacteriano.

Figura 12 – Tamanho das células bacterianas.

Morfologia e Estrutura da Célula Bacteriana

Cocos

Bacilos

Espirilos

Figura 13 – Arranjo de bactérias do grupo cocos.

Figura 14 – Estrutura química do ácido dipicolínico.

Endoesporos Esporos formados dentro das células são exclusivos de bactérias Bacillus e Clostridium.

Estruturas altamente resistentes a mudanças no ambiente.

Parede celular espessa proteína, ácido dipicolínico e outros materiais essenciais.

Podem resistir a altas temperaturas, presença de compostos tóxicos e falta de água e outros nutrientes.

A esporulação ou esporogênese ocorre quando há falta de nutrientes importantes (C ou N) provocando a interrupção do crescimento vegetativo.

Figura 15 – Alterações estruturais da célula bacteriana durante a esporulação.

Figura 16 – Localização dos esporos bacterianos: central, terminal e subterminal.

Reprodução da Célula Bacteriana

Meio de cultura apropriado + condições ótimas de crescimento = aumento

no número de células em período de tempo curto.

Crescimento em uma cultura microbiana no número total de células

devido à reprodução dos microrganismos individuais na cultura.

Critério que define a vida: organismos tem a capacidade de produzir

indivíduos semelhantes.

Existem 2 fenômenos em funcionamento:

- O crescimento, ou reprodução, das células individualmente;

- O crescimento, ou aumento na população, de uma cultura

microbiana.

Bactérias: multiplicação por reprodução assexuada

processo que não envolve células sexuais.

Células novas surgem apenas de uma célula parental;

Cada célula divide-se em duas células filhas;

Modo de reprodução assexuada dos procariotos fissão

binária transversa as células dividem-se individualmente em

duas células-filhas de tamanho aproximadamente igual.

Figura 17 – Multiplicação bacteriana pela fissão binária transversa.

Figura 18 – Outros tipos de reprodução celular dos procariotos unicelulares: [A] brotamento; [B] fragmentação; e [C] formação de exosporos.

Alguns procariotos reproduzem-se assexuadamente por modelos de

divisão celular diferentes daqueles da fissão binária:

Fungos Filamentosos (Bolores): estrutura e função

Célula Eucariótica

Estruturas Presentes na Célula Eucariótica

Figura 19 – Célula eucariótica e seus compostos principais.

Estruturas Presentes na Célula Eucariótica Vegetal

Figura 20 – Célula eucariótica vegetal.

Características dos Fungos Eucarióticos, multicelulares e filamentosos;

Heterotróficos;

Aeróbios ou microaerófilos;

Principais responsáveis pela deterioração de alimentos;

Fitopatógenos;

Produzem metabólitos tóxicos aos animais e a humanos;

Utilização em biotecnologia: fungos comestíveis, produção de enzimas, alimentos, antibióticos.

Figura 21 – Exemplos de manifestações de fungos na natureza.

Características dos Fungos

Crescimento mais lento que das bactérias;

Sobrevivem: - a baixo pH;

- baixa umidade;

- alta concentração de sal e açúcares.

Desenvolvimento em ampla faixa de temperatura: ótimo de 22 a 30°C;

Fonte de C utilizam a glicose, N inorgânico, sais de amônio e nitrato, N orgânico e peptonas

Sua classificação está baseada principalmente na morfologia forma de suas estruturas reprodutivas, que diferem entre si;

Hifas filamentos tubulares individuais dos fungos;

Hifas: - não-septadas (cenocíticas);

- Septadas;

- Septadas com células multi-nucleadas.

Estrutura e Organização dos Fungos

Figura 22 – Hifas contínuas (A) e hifas septadas (B).

A B

Micélio conjunto de hifas;

Micélio: vegetativo ou aéreo.

Reprodução de Microrganismos Eucarióticos:

1) Reprodução Assexuada resulta em novas células idênticas às

originais.

2) Reprodução Sexuada permite a troca do material genético e,

assim a geração de um único ser.

Microrganismos eucarióticos

Ocorrem os dois tipos de reprodução, mas ambos precedidos de processos que determinam o número de cromossomos envolvidos.

1) Reprodução Assexuada

Não envolve a união de núcleos, células sexuais ou órgãos sexuais;

Não implica variação genética;

Novos indivíduos são produzidos por um organismo parental;

Reprodução assexuada dos microrganismos eucarióticos é mais complexa deve ser precedida de mitose.

Mitose

Forma de divisão nuclear na qual todos os cromossomos da célula são duplicados e os dois novos conjuntos se separam para formar os núcleos-filhos idênticos;

A célula se divide em duas células-filhas, cada uma recebendo um núcleo;

Cada célula-filha tem o mesmo número de cromossomos e a mesma composição genética que a célula parental;

É um processo contínuo, com cada fase unindo-se à fase seguinte.

Entre as mitoses, as células se apresentam em um estágio de “repouso”

em relação a divisão celular:

Os cromossomos não são visíveis nas células vivas, mas podem ser

vistos como fitas de cromatina irregulares em preparações coradas;

Os cromossomos são duplicados as duas duplicatas não se separam

até que a última fase da mitose se inicie.

Intérfase

O processo de mitose pode ser dividido em quatro fases:

Figura 23 – Os 4 estágios da mitose: prófase, metáfase, anáfase e telófase.

Fragmentação: um micélio se fragmenta originando novos micélios.

Esporulação: esporos que ao germinar produzem hifas.

Esporos assexuais

Figura 24 – Diversos tipos de esporos.

Esporangiósporos podem estar contidos em esporângios hifa diferenciada cuja porção terminal forma um saco denominada de esporangióforo.

Os esporangiósporos podem ser móveis ou não e são colocados em liberdade pela ruptura do esporângio.

Zoósporos: fungos com motilidade;

Aplanósporos: fungos imóveis.

Figura 25 - Detalhe de uma hifa exibindo um esporângio, hifas e esporos.

Conídios ou conídias são esporos de formação exógena variam muito na forma, no tamanho, na cor critério taxonômico.

Conidióforo os esporos são produzidos de diversas maneiras nas extremidades ou lateralmente à hifa, emergindo livres, a estrutura que carrega os conídios.

Figura 26 – Diferentes tipos de conídios.

Figura 27 - No gênero Aspergillus o conidióforo não-ramificado nasce de uma célula alongada do micélio vegetativo, a célula podal, e termina numa porção intumescida, a vesícula.

2) Reprodução Sexuada

Um novo indivíduo é formado pela fusão de duas células sexuais

diferentes gametas procedentes de dois pais de sexos diferentes ou

tipos de relação sexuada;

A fusão de gametas é denominada fertilização zigoto é a célula

resultante;

Zigoto contêm uma mistura de materiais genéticos dos dois gametas;

Divisões mitóticas cada zigoto se torna um novo organismo.

Por exemplo: um humano adulto possui ~ 60 trilhões de células todas

derivadas da reprodução sexuada, ou divisões mitóticas, de um zigoto

unicelular formado quando um espermatozóide e um óvulo se fundem.

Células corporais comuns ou células somáticas apresentam

duas vezes a quantidade de DNA dos gametas;

Exemplo: célula do fígado célula somática tem duas vezes o

DNA encontrado em uma célula espermatozóide ou óvulo;

Células somáticas formam-se durante a mitose de um zigoto

que tem dois cromossomos de ambas as células gametas dando

à célula somática um conjunto duplo de cromossomos;

Células somáticas diplóides pares de cromossomos

emparelhados (cromossomos homólogos – contêm seqüências

idênticas de DNA) 2n;

Durante o ciclo de vida de um organismo, as células somáticas

promovem outro tipo de divisão celular para formar gametas

meiose;

Gametas haplóides contêm somente um cromossomo de cada

par de cromossomos presente na células somática – 1n;

Por exemplo:

Diplóide (2n) = 46 cromossomos células do fígado;

Haplóide (1n) = 23 cromossomos óvulo ou espermatozóide;

Fusão de 2 gametas durante a fertilização cada um dá um conjunto de

cromossomos para o zigoto tornando-o diplóide;

Células diplóides em órgãos reprodutivos podem formar gametas

haplóides pela meiose

Alternância de geração quando células diplóides se alternam com as

células haplóides durante um ciclo de vida;

Resumindo:

Mitose: cada célula-filha recebe exatamente o mesmo número e tipo de

cromossomos das células

Meiose: o número de cromossomos permanece o mesmo em gerações

sucessivas.

Figura 28 – Resumo dos principais eventos que ocorrem na meiose.

Figura 29 – Função da meiose prévia para o processo de fertilização.

Figura 30 – Ciclo celular eucariótico.

Tipos de esporos sexuais:

a) Oósporos: presentes em fungos aquáticos.

b) Zigospóros: Mucor, Rhizopus

c) Ascósporos: Neurospora

d) Basidiósporos: Agaricus, Pleurotus

Produção de Zigósporos

Ocorre quando as extremidades de duas hifas se reúnem, com fusão de seus conteúdos e o desenvolvimento de um corpúsculo grande, de paredes espessas chamada de zigósporo.

No gênero Rhizopus as hifas fisiologicamente distintas e compatíveis formam estruturas especializadas gametângios.

Figura 31 – Zigospórios de Rhizopus.

Produção de Zigósporos

Um ou mais núcleos haplóides (n) de uma das hifas se funde aos da outra originando zigotos diplóides (2n).

A região em que os gametângios se fundiram diferencia-se em uma estrutura esférica, de parede escura e espessa, onde os zigotos sofrerão meiose e cada um originará quatro esporos haplóides.

Produção de Ascósporos

Ascósporos os esporos sexuados são formados dentro de um saco asco.

Ascocarpo corpo de frutificação.

Figura 32 – Diferentes tipos de ascos.

Produção de Ascósporos

Reprodução sexuada encontro de dois indivíduos fisiologicamente distintos e compatíveis fusão de núcleos produzindo um núcleo zigótico diplóide (2n) sofre meiose origina núcleos haplóides (n) que se diferenciam em ascósporos.

Quando se rompe o asco libera os ascóporos, e ao germinarem cada ascósporo dá origem a um novo micélio haplóide.

Figura 33 – Diferentes tipos de ascocarpos.

Produção de Basidiósporos

Basidiósporos: são esporos sexuados que se desenvolvem a partir da extremidade de uma estrutura em clava, chamada basídio.

Basidiocarpo: formado a partir da fusão de duas hifas compatíveis com caráter de sexualidade formando células binucleadas ou dicarióticas formam um corpo de frutificação.

No basidiocarpo, algumas hifas se diferenciam em estruturas especiais, os basídios, onde ocorre fusão dos núcleos, resultando em um núcleo zigótico diplóide.

Figura 34 – Basídio com basidiósporos.

Zigoto diplóide sofre meiose origina quatro esporos haplóides basidiósporos.

Ao cair em local adequado, um basidiósporo germina e origina um novo micélio.

Figura 35 – Esquema do reino Fungi. (Trabulsi, et al.1999. Microbiologia. 3a edição).

Classificação

Figura 36 – Divisões do reino fungi.

Figura 37 – Representantes do Zigomicetos: Pilobolus crystallinus e Rhizopus arrhizus.

Fungos Inferiores

a) Zigomicetos: Saprófitas ou parasitas.

Figura 38 – Rhizopus – reprodução assexuada.

Fungos Inferiores

Fungos Superiores

a) Ascomicetos: São saprófitas e parasitas.

Figura 39 – Ascósporos em microscopia eletrônica de transmissão.

Figura 40 – Asca liberando os ascósporos (MET).

b) Basidiomicetos: Este grupo abriga os conhecidos cogumelos, que são apreciados como alimentos (Pleurotus sp. e Agaricus sp.).

Figura 41 – Representantes dos Basidiomicetos: Agaricus bisporus e Lentinus edodes.

c) Deuteromicetos: Os gêneros de fungos filamentosos mais encontrados neste grupo são: Aspergillus¸ Penicillium, Trichoderma, Cladosporium, Alternaria e Fusarium.

Figura 42 – Aspergillus herbariorum e Candida albicans, representantes dos Deuteromicetos.

Leveduras: estrutura e função

Características das Leveduras

Fungos unicelulares, não filamentosos, com características esféricas ou ovais;

Reprodução: assexuada (brotamento ou cissiparidade) ou sexuada.

São comuns: - no solo;

- nas superfícies de órgãos dos vegetais (flores e frutos);

- no trato intestinal de animais;

- em líquidos açucarados.

Reprodução

Reprodução Assexuada

Brotamento

Figura 43 – Processo de reprodução por brotamento.

Os brotamentos podem ser:

- Holoblástico: após separação do broto e cicatrização, nenhum broto adicional ocorre da célula-mãe;

- Heteroblástico: surgimento de novos brotos no mesmo local;

Por Brotamento: - ramificado (Saccharomyces)

- multilateral (Debaryozyma)

- bipolar (Hanseniaspora)

Cissiparidade

- FISSÃO: célula se alonga sofre mitose divide.

Schizosaccharomyces

Reprodução Sexuada

Figura 44 – Formação de ascósporos em S. cerevisiae e H. saturnos.

Respiração

Figura 45 – Metabolismo respiratório

das leveduras.

Figura 46 – Estrutura de pseudomicélio.

Estruturas

Pseudomicélios

Figura 47 – Formação de micélio verdadeiro em levedura (D).

Micélios verdadeiros

Figura 48 – Estrutura de artrósporos.

Artrósporos

Figura 49 – Leveduras do gênero Saccharomyces.

Classes de LevedurasAscomicetos

- Saccharomyces: produção do etanol e bebidas; no fermento de panificação; e na deterioração de alimentos (vegetais fermentados, sucos e refrigerantes).

Figura 50 – Gênero Kluyveromyces.

- Kluyveromyces: deterioração de leite e derivados e na produção de proteína microbiana a partir do soro do leite.

Figura 51 – Gênero Pichia.

- Pichia e Hansenula: deteriorantes de vegetais fermentados e frutas.

- Debaryomyces: são importantes na deterioração de salsichas

(produção de limosidade) e também crescem em salmouras e

queijos.

- Zygosaccharomyces: são importantes na deterioração do mel,

melaços, sucos concentrados e produtos açucarados em geral.

- Schizosaccharomyces: são importantes na produção de

bebidas (rum, principalmente) sendo responsável pela

deterioração de produtos açucarados (algumas espécies são

osmofílicas).

Deuteromicetos

- Rhodotorula: causam problemas em carnes, aves, produtos de laticínios e vegetais fermentados.

Figura 52 – Gênero Rhodotorula.

- Kloeckera: fermentam com rapidez; encontradas principalmente em caldo de cana e suco de frutas.

- Candida: importantes na deterioração de gorduras, manteigas e margarinas, azeitonas.

Figura 53 – Levedura Candida albicans em corn meal Agar.

Caracterização dos

Microrganismos

Identificar quantos e quais tipos de microrganismos estão presentes num ambiente particular.

Microbiologistas: Isolar, enumerar e identificar os microrganismos numa amostra.

Caracterização do microrganismo: cultura pura Na natureza: culturas mistas.

Primeiro passo: Isolar as diferentes espécies!

Isolamento e cultivo de culturas puras:

- Laboratório: meio de cultura;

-Material a ser analisado: inóculo;

-Processo de inoculação:

- Esgotamento por estrias;

- Semeadura em superfície;

- Pour-plate.

Esgotamento por estrias

Incubação: Multiplicação das células individuais colônia.

Conservação:

- Curto período: 4 a 10oC;

- Longo período: nitrogênio líquido, freezers ou liofilização.

Microrganismo isolado: testes laboratoriais identificação microscópios luminoso ou eletrônico.

Figura 54 – Um microscópio ótico composto. [A] Identificação das partes [B] Corte de um esboço de um microscópio mostrando as partes óticas e o caminho da luz.

Preparo dos microrganismos para microscopia luminosa.

Figura 55 – As cores das células bacterianas em cada etapa da coloração de Gram.

Informações utilizadas para caracterizar os microrganismos: microscopia simples à análise de material genético.

Informações Utilizadas para Classificar os Microrganismos

As principais categorias de informações usadas para caracterizar

espécies

diferentes são:

1. Características Morfológicas;

2. Características Metabólicas;

3. Características Antigênicas;

4. Características Patogênicas;

5. Características Genéticas (Sonda de DNA).

Figura 56 – Ilustração esquemática do princípio da técnica da sonda de DNA para identificação de bactérias.

Para não haver risco de se trabalhar com microrganismo é necessário saber:

1– O perigo em potencial dos microrganismos com os quais se está trabalhando;

2 – Rotas de entrada no corpo e de infecções;

3 – Métodos corretos de contenção dos microrganismos.

Segurança em Microbiologia

Classificação dos Microrganismos com Base nos Riscos