Morfologia Bacteriana

Microbiologia Bsica Profa. Regina Nardi

O modelo procaritico x eucariticoClulas Eucariticas

Clula Procaritica

Principais caractersticas da clula bacterianaCaractersticaTamanho da clula

Procaritica0,2 a 2 Qm de dia. (Mycoplasma) e 2 a 8 Qm de comp; Epulopiscium fishelsoni 500 Qm comp. Sem membrana nuclear ou nuclolo ausentes

Eucaritica1 a 200 Qm dia.

Ncleo Organelas revestidas por membrana Flagelos Glicoclice Parede celular Membrana citoplasmtica Citoplasma Ribossomos Cromossomos Diviso celular Reproduo sexuada

Ncleo revestido por membrana nuclear e nuclolos Presentes (lisossomos, complexo de golgi, RE, mitocndias e cloroplastos) Complexos, consistem de mltiplos microtbulos Presentes em algumas clulas que no apresentam parede celular Quando presente, quimicamente simples Esterois e carboidratos que servem como receptores Com citoesqueleto Maior (80S) e 70S nas organelas Mltiplos cromossomos lineares Mitose meiose

Consistem de dois blocos de protena Presente como cpsula ou camada viscosa Usualmente presente, complexa (peptiodeoglicano) Sem carboidratos e geralmente no tem esteris Sem citoesqueleto Tamanho menor (70S) Cromossomo circular nico, no possui histonas Fisso binria Sem meiose, somente transferncia de fragmentos de DNA

Os cinco reinos de Wittaker.

Bactrias

A diviso dos seres vivos em trs grandes domnios- Carl Woese, 1980

Ancestral

Bacteria X Archaea

Bacteria Maior grupo Inclui todos os procariotos de importncia clnica Pequeno nmero de espcies habitam ambientes de condies extremas Algumas espcies so fotossintticas Nenhuma espcie produz metano Possuem parede com peptideoglicano Lipdeos: ac. graxos ligados ao glicerol por ligaes ester

Archaea Menor grupo At agora no se conhece nenhuma espcie de importncia mdica Alta proporo habita ambientes de condies extremas (halfilos extremos e termo-acidfilos) Nenhuma espcie fotossinttica Todas as espcies produtoras de metano esto neste grupo Paredes celulares com estrutura qumica diferente do peptideoglicano Lipdeos: cadeias laterais hidrofbicas ligadas ao glicerol por ligaes ter

Grupos de Archea

Habitat: ventos termais e superfcies de oceanos, condies extremas de salinidade extremas e/ou acidez, locais de altas temperaturas (regies vulcnicas) . Principais grupos: Halfilas Metangenas Extremo termfilas

Tamanho

as espcies de maior interesse mdico medem entre 0,5 a 1,0 m por 2 a 5 m.

Formas

Arranjos de bactrias: a) cocos

DIPLOCOCOS cocos agrupados aos pares. Ex: Neisseria meningitides (meningococo). ESTREPTOCOCOS Cocos en cadeias, se dividem segundo um plano, permanecem unidas Streptococcus lactis, Streptococcus pneumoniae (pneumococo), Streptococcus mutans.Neisseria

meningitides (meningococo).

Arranjos de bactrias: a) cocosy

TETRADES Cocos en grupos de quatro se dividem segundo 2 planos que forman ngulo reto entre si Cocos do gnero Gaffkys comun no solo e Pediococcus.

y

SARCINA Cocos dispostos em cubos de 8, resultam da diviso em trs planos perpendiculares entre si. Microrganismos do solo, bacterias metanognicas

Arranjos de bactrias: a) cocosy

ESTAFILOCOCOS Cocos en cachos, resultam da diviso en planos desordenados. Staphylococcus aureus

Staphylococcus sp. na pele humana

Arranjos de bactrias b) Bacilos

Diplobacilos Estreptobacilos

Arranjos de bactrias b) Bacilos

Paliada: Corynebacterium spp., bacilo da difteria Rosetas: Caulobacter (bacilo aqutico)

Arranjos de bactriasC) Espirilos- No apresentam arranjo caracterstico

Espirilos: possuem corpo rgido Espiroquetas: So flexveis

Ex: Aquaspirillium

Ex: Treponema pallidum

Formas de transioCocobacilos: bacilos so muito curtos, podem se assemelhar aos cocos. Ex: Brucella melitensis. Vibrio: formas espiraladas muito curtas, assumindo a forma de vrgula. Ex: Vibrio cholerae.

Formas de transio

Stella : morfologia semelhante a uma estrela

Haloarcula:morfologia retangular

Clula Bacteriana Procaritica TpicaEstruturas Essenciais ____

Estruturas No Essenciais ____

Parede celular - Funes

Estrutura complexa, semi-rgida, 10 a 40% do peso seco da clula Confere rigidez e mantm a forma da clula Prevenir a ruptura da clula (lise osmtica devido a presso de turgor) Ancoragem do flagelo Fator de virulncia Local de ao de alguns antibiticos Composio qumica usada para diferenciar tipos de bactrias (Gram + e -) Local de fixao de bacterifagos (vrus de bactrias)

Composio da parede celular Peptideoglicano2 acares ( 1-4)

Aminocidostetrapeptdeo

Estrutura da parede celular- Cada camada do peptideoglicano formado por uma fina lamina composta por 2 derivados de acares interligados por meio de ligaes peptdicas cruzadas formadas pelos aminocidos (rigidez).

Parede celular

a) Ligaes cruzadas estabelecidas diretamente pela ligao entre DAP (amino) e D.Ala (COOH) em bactria gram b) Presena de ponte interpeptdica (5 Gly) em bactria gram + (Ser, Tre, Asp, Gly) c) Estrutura geral do peptideoglicano unidas entre si por ligaes cruzadas

Paredes celulares

Bactrias GRAM positivas

cido teicico Peptideoglicano

Membrana Citoplasmtica

parede mais espessa e rgida - 20 a 25 nm de espessura > quantidade de peptideoglicano - 40 camadas (90%) sensveis lisozima, altamente sensveis a antibiticos Flactmicos Contm lipdeos, protenas e cidos teicicos

Bactrias Gram positivas

cidos teicoicos: Polmeros de glicerol ou ribitol fosfato unidos a accares e D-alanina carga negativa: auxilia passagem de ons Aumentam a rigidez celular, constituem antgenos de superfcie cidos lipoteicoicos ancoram a parede a membrana plasmtica

Estrutura do peptideoglicano do Streptococcus sp. Com cido teicoico

O cido teicoico um polmero de glicerol fosfato (laranja) ligado ao peptidoglicano por uma molcula de ligao (accares e Dalanina -vermelho).

Lipopolissacardeo-LPS

Bactrias Gram negativas

Membrana Externa

Porinas

Lipoprotena Peptideoglicano

Periplasma

Membrana Citoplasmtica

menos espessa -10 a 15 nm de espessura Bicamada: - < quantidade de peptideoglicano; 1 a 2 camadas (10%) - Membrana externa: cerca de 7-8 nm de espessura, uma dupla camada: externa constituda por lipopolisacridos (LPS) e a interna de fosfolpidos; - unida ao peptidoglicano por lipoprotenas (estabilizao)

Parede

Parede celular- Gram -

Canais Porinas: So protenas que existem em trmeros na membrana externa e que formam canais pelos quais podem passar molculas com tamanho inferior a 600700 Daltons (ex.monossacardeos)

Lipopolissacardeo (LPS) (endotoxina) Lpido A dissacardeo de glicosamina fosforilado ligado a c. Graxos de cadeia longa. - altamente hidrofbico e existe inserido na membrana externa. - Endotoxina pirognica, principalmente em Salmonella, Shigella, E.coli. Polissacrideo interno (core)-Liga o lipdeo A ao antgeno O - Possui cido ceto-desoxi-octonato (CDO) e carboidratos (heptoses, glucose, galactose e NAG). - Usualmente especfico de espcies Cadeia lateral O (Polissacardeo O-especfico ou antgeno O) - Projeta-se para o exterior da clula. - constitudo por um ncleo central de monossacridos (galactose, raminose, manose e abequose) que se repete um nmero varivel de vezes. Especfico de cepa.

Funes do LPS

Escapar das defesas imunitrias do organismo (anticorpos) - As bactrias Gram negativas podem mudar a estruturado antgeno O aumentando ou diminuindo a sua dimenso ou modificar a ordem dos monossacrideos . -Efeito farmacolgico inespecfico: liberao de IL1 e TNF por macrfagos febre, choque, cogulao vascular disseminada.

Funes da membrana externa

LPS cria superficies densamente hidroflicas - barreira contra molculas Hidrofbicas. Barreira protetora que previne ou regula a entrada de, por exemplo, sais biliares, antibiticos, enzimas digestivas, metais pesados, detergente e outras substncias txicas para a bactria. Permite a passagem por difuso passiva, pelas porinas, de molculas hidroflicas de baixo peso molecular (acares, aminocidos, nucleotdeos, vitaminas, ferro, peptdeos). Contm sistemas de transporte de substncias de grande tamanho que no passam pelas porinas (ex. vitamina B12). Local de ao de anticorpos. Determinante de patognicidade (Lpido A = endotoxina). Locais de fixao para vrus e substncia nocivas (bacteriocinas)

Espao periplsmico

o espao fsico que existe entre a membrana citoplasmtica e a parede celular das bactrias. ocupado por um gel - periplasma.

So centros de processamento metablico importantes nas clulas procariticas por possurem:

Enzimas hidrolticas (lipases, nucleases e proteases) - Processamento de nutrientes orgnicos demasiado grandes para passar pela membrana citoplasmtica. - Protenas de transporte de aminocidos, acares (Protenas de ligao maltose) e vitaminas.

Protenas de ligao penicilina (lactamases) (bomba de extruso de antibitico, metais pesados), Chaperones, Catalases, Fosfodiesterases e desidrogenases Degradao e sntese do peptidoglicano

Composio da parede celularParede atpicas: Archaea Protenas, glicoprotenas ou polissacardeos complexos No contm peptideoglicano tpico Com ausncia cido N-acetilmurmico e D-aminocidos. y Pseudo-peptideoglicano (metanognicas) 2 acares: N-acetilglucosamina e cido N-acetiltalosaminurnico ( 1-3)

Ausncia de parede- Micoplasma spp. - estabilidade da membrana conferida por lipdeos esteris: protege a clula da lise osmtica. Mycobacterium spp.- bactrias alcool-cido resistentes Contedo de lipdeos > 60%- cidos miclicos e glicopeptdeos

Etapas da Colorao de Gram Christian Gram em 1884

Membrana Citoplasmtica

Membrana citoplasmtica: 4 a 5 nm de espessura constituda principalmente de fosfolipdeos e protenas Eucariotos: carboidratos e esteris

Estrutura

Pode conter esterides de estrutura similar ao colesterol. *em Archaea, membranas adaptadas a condies extremas teres de alcol isoprenide, algumas monocamadas

Regio de cidos graxos (hidrofbica) Poro do glicerol do fosfolipdeo (hidroflica)

Funes da membrana citoplasmticaPermeabilidade

seletiva

de numerosas enzimas do metabolismo: respirao Pigmentos e enzimas envolvidas na fotossntese Controlar a bacteriana Enzimas envolvidas no transporte de substncias

Sede

Permeabilidade

Entrada do ferro atravs de siderforos

So normalmente compostos de baixo peso molecular secretados por bactrias e fungos crescendo em meios deficientes em ferro. Os siderforos complexam com ons frricos (Fe3+) com elevada afinidade e depois os fornecem s clulas. So fenolatos e hidroxamatos (derivados do cido hidroxmico).

Sideroforos produzidos por microrganismos

Ferricromo (fungos) enterobactina aerobactina

Captao de ferro pelos siderforosSiderforos removem Fe das glicoprotenas transferrinas presentes nos fludos corporais Siderforos complexados ao Fe se ligam a protenas receptoras de superfcie, presentes na ME de Gram (Tpn) ou na membrana citoplasmtica de Gram +. O ferro depois enviado para dentro da clula, sozinho ou complexado com os siderforos, e reduzido forma de ferro ferroso (Fe2+). Protenas transportadoras de Fe atravs da Membrana com gasto de ATP (Estaloferrina A).

Depois de libertarem o ferro, os siderforos podem ser novamente utilizados para o transporte do ferro.

MESOSSOMOS

invaginaes da membrana citoplasmtica; parecem estar envolvidos na replicao de DNA e diviso celular, Atualmente, so considerados artefatos

Estruturas externas parede celular

Flagelo Fimbrias Cpsula

Flagelos Longos

filamentos delgados e ondulados e semi-rgidos. Comum em bacilos Comprimento- 10 a 20 Qm motilidade (taxia) estimulado por substncias qumicas (quimiotaxia) ou por luz (fototaxia).

Funo:

3

partes: corpo basal, gancho e filamento helicoidal.

Estrutura do Flagelo

Filamento (flagelina) Gancho (conecta o filamento ao corpo basal-motor flagelar)

Corpo basal- Pequeno eixo inserido em um sistema de anis que se inserem no: LPS (Gram -) - Anel L Peptideoglicano - Anel P Membrana citoplasmtica-Anel S-M Gram + : ausncia do anel L

Protenas Mot (motor flagelar) e Fli (direo da rotao) Gram O motor flagelar apresenta um movimento de rotao que se propaga ao filamento, propelindo a clula atravs do meio. Energia: oriunda da fora prton motora Protenas sensoras (MC) so quimiorreceptores que percebem os sinais do ambiente e interagem com as protenas Fli

Disposio dos flagelosy

Monotrquio: um nico flagelo polar Vibrio comma, Pseudomona aeruginosa Anfitriquios: um flagelo em cada extremidade

y

Disposio dos flagelosy

Flagelos lofotrquios: 2 ou mais flagelos em um polo da clula Pseudomonas fluorescens, Spirillum Flagelos peritrquios: distribudos por toda a superficie da clula. Escherichia coli, Proteus vulgaris, Salmonella

y

Movimento de bactrias com flagelos polares

Movimento do flagelo resulta da rotao do seu corpo basal no sentido horrio ou anti-horrio e depende de energia quimica-ATP Permite a bactria responder a estmulos: taxia (Fototaxia e quimiotaxi)

Movimento de bactrias com flagelos peritrquios

Corridas/cambalhotas controladas por quimioatraentes e repelentes velocidade = 100m/seg (60 x comp./s) Guepardo: mais veloz (25 x comp/s)

Filamentos axiais

Pode ocorrer por movimentos de contrao e distenso devido existncia de um filamento axial, no caso das espiroquetas (exs. Treponema pallidum e T. denticola), que pode dar vrias voltas completas em torno da clula. Filamento axial - localiza sob a bainha externa

Mobilidade bacteriana sem flagelosPode ocorrer por deslizamento, no caso das bactrias filamentosasCianobactrias com produo de polissacardeos limosos estabelece o contato entre a superfcie celular e a slida. Envolve o movimento de protenas especficas de mobilidade ancoradas nas membranas citoplasmticas e externas que propelem a clula para a frente mecanismo de cremalheira contnua.

Mobilidade invasiva (swarming)

Clulas pequenas, mveis e vegetativas de uma colnia diferenciam-se em clulas alongadas e hiperflageladas (flagelos laterais) que se agrupam formando jangadas e migrando para longe da colnia.

Mobilidade invasiva de Proteus sp.

FMBRIAS

Filamentos proticos mais curtos e delicados do que os flagelos; Uma clula bacteriana pode estar envolvida por mais de 500-1000 fmbrias. So compostos por um nico tipo de protena- a pilina So determinados por genes cromossmicos. mais comuns em bactrias Gram negativas; funes de adeso a superficies e colonizao do hospedeiro; Especificidade para clula, tecidos e hospedeiro; Neisseria gonorheae

Pili sexuais

estruturas ocas e geralmente lineares com dimetro de 3 a 10 nm constitudas de protenas chamadas de pilina. unio entre a clula receptora e doadora durante a conjugao para troca de material gentico -pili sexual. pili 1 ou 2 por clula

Cpsulas

Algumas bactrias secretam materiais viscosos- polissacardeos, polipeptdeos e complexos de protenas e polissacardeos Cpsula: o material est disposto de modo compacto ao redor da clula Camada mucosa: o material solto, forma apenas uma camada difusa. camada S - composta por protenas ou glicoprotenas ligadas a parede - sustentao da clula.

Archeas:

Cpsulas - funes

Papel na virulncia -Proteo contra defesa do hospedeiro S. pneumoniae, K. pneumoniae; S. mutans; Confere resistncia fagocitose; Bactrias capsuladas so mais virulentas; Proteo contra protozoarios, contra fagos, toxinas, ao de agentes antimicrobianos, detergentes, etc. A cpsula tem carga negativa repelindo as macromolculas aninicas e impedindo a ligao e penetrao de protenas de carga negativa cujos receptores se encontram na membrana externa (ex. colicinas e componentes do soro, incluindo as IgGs e os fatores do complemento).

Streptococcus

Enterobacter aerogenes

Cpsulas - funes

Proteo contra dessecao (solo) Constituem reserva de carboidratos Atuam como depsito para produtos de escria. reservatrio de gua e nutrientes

Funes da cpsula

Papel na aderncia a superfcies Ajudam na formao de biofilmes: infeco e biocorroso, (bactrias, micro algas, fungos e protozorios) formao de biofilme - resistncia a biocidas

Biofilme com P. aeruginosa em lente de contato

Estruturas Celulares Internasrea Citoplasmtica Citoplasma: 80% de gua, contm enzimas, carboidratos, lipdeos, ons inorgnicos e compostos de baixo PM e estruturas citoplasmticas

70S, alto nmero-granular Sm, gentamicina (30S) cloranfenicol (50S)

Material gentico - DNANcleode

Est associado com a membrana citoplasmtica DNA dupla fita circular, 1mm de comprimento (10000 X) Protenas semelhantes s histonas

Plasmdeos

Molculas de DNA circulares Genes no determinam funes essenciais, mas conferem vantagens seletivas s clulas: - Pasmdeos F fator de fertilidade- Plasmdeos R resistncia a antibiticos, metais pesados e toxinas celulares - Plasmdeos colicinognicos sntese de bacteriocina - Plasmdeos de virulncia: Toxina exfoliativa Staphylococcus aureus, neurotoxina de Clostridium tetani. - Plasmdeos catablicos Pseudomonas tolueno, fenol, hidrocarbonetos do petrleo

Plasmdeos bacterianos

Ribossomo

Clula procatiota 70S (50S + 30S) Citoplasma - aspecto granular (milhares) Constitudos de protenas e de rRNA Sub-unidade 50S contm 2 molculas de rRNA Sub-unidade 30S contm 1 molcula de rRNA Sequenciamento de rRNA 16S - construo de rvores filogenticas

Incluses citoplasmticas

Grnulos de armazenamento: polifosfato (Pi), enxofre, lipdeospolihidroxibutirato (PHBs), caroidratos ( glicogenio ou amido)

Carboxissomos (orgnico) presentes em muitas cianobactrias, bactrias nitrificantes e tiobacilos. Contm a enzima ribulose-1,5bifosfato carboxilase. A sua funo armazenar esta enzima e podem tambm ser um local de fixao de CO2

cido poli-F-hidroxibutirco

- Composto de natureza lipidica formado por unidades de cido de poli-F-hidroxibutirco

Grnulos de reserva- Magnetossomo

Formados em algumas bactrias GRAM xidos de Fe-magnetita armazenados em vesculas membranosas Geram um dipolo magntico permanete na clula permitindo-a reagir a um campo magntico Aquapirillum- respondem a campos magnticos, movem para baixosedimentos - baixa tenso de O2 e alta concentrao de Fe3O4

Vesculas de gs

Cilindros ocos, formados por protenas GvpA alinhadas de forma paralela, e reforadas por ligaes cruzadas promoviadas pelas protenas GvpC, criando uma superfcie impermevel a gua e permevel ao gs. Reduzem a densidade final da clula, aumentando a sua flutuabilidade.

Vesculas de gs de cianobactrias- Anabaena (pontos brilhantes) e Microcystis (arranjadas em feixes)

Vesculas de gs

Bactrias aquticas, fotossintetizantesFlutuao de cianobactrias (florescimento) - regies com intendidade luminosa tima fotossntese

Esporos bacterianos

Produzidas por bactrias gram + , principalmente pelos gneros Bacillus e Clostridium Estruturas de resistncia, capazes de sobreviverem vrios anos, Os endosporos so muito resistentes s seguintes condies de stress ambiental: Calor, Radiao U.V. e Desinfectantes qumicos e Dissecao Formao ativada por stress, e a disponibilidade de nutrientes dispara a germinao e crescimento

Endosporos de Bacillus subtilis

A posio do endosporo na clula

Difere de acordo com as espcies bacterianas sendo, portanto, um elemento til de identificao. Assim os esporos podem ter localizao:

Endosporulao resposta a stress ambiental como a falta denutrientes, dessecao, temperatura alta. Dura cerca de 10h no Bacillus megaterium.Formo de camada adicional de protenaexosprio

A Membrana invagina formando um septo individualizando o DNA

A Membrana continua a crescer e engolfa o esporo

Camada de peptideoglicano formada entre as duas membranas-Cortex

Estrutura do acido dipicolinico

Constituio dos endosporos

Nucleo do endosporo: - Cerca de 10 -15% do peso seco do endosporo constitudo por cido dipicolnico complexado com clcio. - Quantidades substanciais (1020% da quantidade total) de protenas bsicas de baixo peso molecular, as SASPs Cortex: molculas de peptideoglicano Capa do esporo protenas especficas do esporo Exosprio - invlucro externo confere resistncia aos compostos alcalinos, composto por protenasNcleo do esporo

Exosprio

Capa do esporo

Membrana externa

Cortex

Membrana interna

Resistncia intrnseca dos endosporos bacterianos aos biocidas e calor

Os endosporos so as formas bacterianas mais resistentes aos agentes biocidas. Tanto os invlucros do esporo como o cortex so importantes na resistncia do esporo aos biocidas. DNA protegido pela formao de complexos com o dipicolinato de clcio e protenas SASPs SASPs parecem ser determinantes para a resistncia do endosporo s radiaes ultravioletas e aos biocidas qumicos (ex. perxido de hidrognio) SASPs podem ser utilizadas como fontes de C e energia no desenvolvimento de uma nova clula vegetativa-germinao Desidratao do protoplasto

Passagem de um endosporo a uma clula vegetativa 1)

Ocorre em trs fases: Ativao Processo reversvel que prepara o esporo para a germinao e que normalmente resulta de tratamentos diversos como, por exemplo, o aquecimento.

2) Germinao Caracterizada pelo intumescimento do endosporo, ruptura do invlucro do esporo, perda de resistncia ao calor e a outros stress ambientais, aumento de atividade metablica, ativada pela adio de nutrientes (ex. aminocidos e aucares). - Perdem o dipicolinato de clcio e os componentes do cortex e degradao de PPASs 3) Crescimento o protoplasto fabrica novos componentes, emerge do invlucro e origina-se uma nova forma vegetativa.

Endoesporulao