BIOL O G I A

M i c r o b i o l o g i a

P r o f a M á r c i a M a r i a C a m a r g o d e M o r a i s

2a edição | Nead - UPE 2013

Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP)Núcleo de Educação à Distância - Universidade de Pernambuco - Recife

Xxxxxxxx, Xxxxxxxx XxxxxxxxXxxxxxxxxxxx / Xxxxxxxx Xxxxxxxx Xxxxxxxx. – Recife: UPE/NEAD, 2009.

56 p.

ISBN - xxxxxxxxxxxxxxxxx

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO - UPE

ReitorProf. Carlos Fernando de Araújo Calado Vice-ReitorProf. Rivaldo Mendes de Albuquerque

Pró-Reitor AdministrativoProf. Maria Rozangela Ferreira Silva

Pró-Reitor de PlanejamentoProf. Béda Barkokébas Jr.

Pró-Reitor de GraduaçãoProfa. Izabel Christina de Avelar Silva

Pró-Reitora de Pós-Graduação e Pesquisa Profa. Viviane Colares Soares de Andrade Amorim

Pró-Reitor de Desenvolvimento Institucional e ExtensãoProf. Rivaldo Mendes de Albuquerque

NEAD - NÚCLEO DE ESTUDO EM EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA

Coordenador GeralProf. Renato Medeiros de Moraes

Coordenador AdjuntoProf. Walmir Soares da Silva Júnior

Assessora da Coordenação GeralProfa. Waldete Arantes

Coordenação de CursoProf. José Souza Barros

Coordenação PedagógicaProfa. Maria Vitória Ribas de Oliveira Lima

Coordenação de Revisão GramaticalProfa. Angela Maria Borges CavalcantiProfa. Eveline Mendes Costa LopesProfa. Geruza Viana da Silva

Gerente de ProjetosProfa. Patrícia Lídia do Couto Soares Lopes

Administração do AmbienteJosé Alexandro Viana Fonseca

Coordenação de Design e ProduçãoProf. Marcos Leite

Equipe de DesignAnita Sousa/ Gabriela Castro/Renata Moraes/ Rodrigo Sotero

Coordenação de SuporteAfonso Bione/ Wilma SaliProf. José Lopes Ferreira Júnior/ Valquíria de Oliveira Leal

Edição 2013Impresso no Brasil

Av. Agamenon Magalhães, s/n - Santo AmaroRecife / PE - CEP. 50103-010Fone: (81) 3183.3691 - Fax: (81) 3183.3664

Microbiologia

Profa. Márcia Maria Camargo de Morais Carga Horária I 30H

EMENTa

Microbiologia básica: Fundamentos da Mi-crobiologia. Microrganismos procariotos, eucariotos e parasitas. Fisiologia e genética dos microrganismos. Microbiologia aplica-da: Microrganismos e doenças. Microbiolo-gia ambiental e industrial. Enfoques episte-mológicos dos conteúdos, planejamento de ensino, metodologias e recursos didáticos - pedagógicos e avaliação de competências.

obJETiVo gEral

Caracterizar os principais grupos de micror-ganismos e as funções celulares que per-mitem sua multiplicação e adaptação aos ambientes, identificando as aplicações das células microbianas nas áreas ambiental e industrial.

aPrESENTaÇÃo Da DiSciPliNa

A disciplina de Microbiologia apresenta um panorama das diversas situações em que os microrganismos se fazem presentes na nossa vida, na maioria das vezes, trazen-do benefícios e algumas vezes, malefícios. Veremos que micróbios estão presentes em quase tudo à nossa volta: na terra, no ar, nas águas, nos alimentos, roupas, obje-tos e, também, no nosso corpo, tanto na superfície quanto no interior dele. Iremos constatar como a presença dos microrga-nismos influencia nossa saúde, nossos há-bitos e comportamentos, sejam individuais ou sociais. Para verificar tudo isso, estuda-

remos as características dos principais grupos microbianos, abordando aspectos relativos às formas através das quais os microrganismos conseguem se adaptar e crescer nas mais di-versas condições ambientais, sejam estes am-bientes o solo, a água ou o corpo humano. Encerraremos a disciplina apresentando apli-cações práticas dos microrganismos nas áreas ambiental, industrial e alimentícia.

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FuNDaMENToS Da Microbiologia

Profa Márcia Maria Camargo de Morais Carga I 10H

obJETiVoS ESPEcÍFicoS

• Identificar os principais fatos históricosno campo da microbiologia.

• Reconhecerasprincipaisdiferençasentreas células procarióticas e eucarióticas.

• Identificar as característicasprópriasdasparedes celulares de bactérias Gram posi-tivas e Gram negativas.

• Caracterizarometabolismomicrobianoesuas peculiaridades.

• Reconhecerasetapaseascaracterísticasdo crescimento microbiano.

• Identificar e caracterizar os fenômenosgenéticos microbianos.

iNTroDuÇÃo

Neste capítulo, serão desenvolvidos os temas básicos do estudo da microbiologia. Apre-sentaremos uma breve história dos fatos que levaram ao desenvolvimento dessa área da ciência. Em seguida, alguns conceitos funda-mentais de estrutura, metabolismo, fisiologia e genética microbianos serão trabalhados para posterior entendimento das característi-cas próprias de cada grupo de microrganismo.

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1. brEVE HiSTÓrico Da MicrobiologiaA microbiologia tem sua presença registrada em momentos tão distantes na história quan-to os registros das leis antigas de Moisés na Bíblia, que faziam referência ao uso de con-dições sanitárias básicas. Ao longo do tempo, vários outros registros se fizeram presentes, revelando, de algum modo, a importância dos micróbios para a sociedade que, então, se desenvolvia. Bebidas baseadas em fermen-tações microbianas datam desde as civiliza-ções egípcias, e mais drasticamente, inúme-ros relatos de doenças infecciosas, arrasando populações inteiras, estão presentes na histó-ria da humanidade.

O exemplo mais conhecido destas doenças e omaisarrasadoréapestebubônicaouPeste Negra, responsável pela morte de dezenas de milhões de pessoas na Europa, entre os anos de 1300 e 1700 (Figura 1). Uma obra-prima da literatura, Decamerão, de Boccaccio, ambien-ta-se na cidade de Florença, Itália, na época em que a peste dizimava sua população. O au-tor escreve em certo trecho

“A peste, em Florença, não teve o mesmo compor-tamento que no Oriente. Neste, quando o sangue saía pelo nariz, fosse de quem fosse, era sinal evi-dente de morte inevitável. Em Florença, apareciam, no começo, tanto em homens como nas mulheres, ou na virilha ou na axila, algumas inchações. Algu-mas destas cresciam como maçãs, outras como um ovo; cresciam umas mais, outras menos; chamava--os o populacho de bubões.... Em seguida, o as-pecto da doença começou a alterar-se; começou a colocar manchas de cor negra ou lívidas nos enfer-mos. Tais manchas estavam nos braços, nas coxas e em outros lugares do corpo.... E do mesmo modo como, a princípio, o bubão fora e ainda era indí-cio inevitável de morte futura, também as manchas passaram a ser mortais, depois, para os que as ti-nham instaladas”.

Mais de um século ainda se passou até que o conhecimento da relação entre os microrga-nismos e as doenças, revelado por Pasteur e Koch, nos anos de 1800, começasse a gerar as respostas para o controle e a cura de inú-meras doenças.

Figura 1. “O triunfo da morte”, quadro de Pieter Brueghel, século XVI, re-tratando o drama da rápida dizimação de populações de cidades inteiras. Disponível em www.science.nationalgeographic.com/.../plague.html

1.1 o iNÍcio Da Microbiologia coMo ciÊNcia

Na área da Microbiologia, os avanços come-çaram a ser possíveis apenas depois da cria-ção de equipamentos apropriados à obser-vação do mundo microscópico. A primeira descrição de um equipamento desta natureza foi feita em 1665, pelo inglês Robert Hooke, que construiu um microscópio rudimentar e o utilizou para observar cortes de cortiça. Ao descrever o arranjo organizado das divisões nos cortes, que lembravam celas de monges, ele utilizou, pela primeira vez, o termo célula. Assim, com a possibilidade de desvendar os segredos de um mundo tão pequeno, cresceu o interesse pelas estruturas microscópicas da natureza. Este interesse tomou força, quan-do o holandês Anton van Leeuwenhoek, um amador na construção de lentes (Figura 2), enviou uma carta, em 1673, para a “Royal So-ciety of London”, descrevendo suas observa-ções com ilustrações preciosas de “pequenos animáculos” presentes na água de lagos e da chuva e em material de seus próprios dentes e fezes. A partir de então, inúmeros achados foram descritos até sua morte, já como mem-bro da “Royal Society”, em 1723. Pelos seus achados, van Leeuwenhoek é considerado o “pai da microbiologia”.

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Figura 2. Selo em homenagem a Anton van Leeuwenhoek, figurando ao lado de um de seus microscópios, no qual se destaca o texto “nascimento da microbiologia”. Disponível em www.uk.geocities.com/.../leewanhochgrenada.jpg

Após a morte de van Leeuwenhoek, devido à falta de desenvolvimento de equipamentos mais avançados, a microbiologia não mostrou grande avanço. As doenças infecciosas ainda eram comuns e letais na Europa, e os cientis-tas, de um modo geral, não acreditavam que minúsculos organismos vivos pudessem causar infecções. Acreditava-se, ainda, que substân-cias sem vida poderiam gerar criaturas vivas, com base em observações do “surgimento” de larvas de moscas em alimentos estragados. Esta crença deu origem ao conceito de gera-ção espontânea, amplamente aceito entre os cientistas e os leigos em geral. No entanto, alguns cientistas mais céticos passaram a de-senvolver experimentações para demonstrar a inexistência de geração espontânea.

Um destes cientistas, Lazzaro Spallanzani, na Itália, ferveu caldos de carne, antes de colocá-los em tubos fechados e demonstrou que não houve desenvolvimento de nenhum organismo no interior. Porém, muitos críticos alegaram que a fervura retirava o oxigênio necessário à força vital que gerava os organismos, e os fras-cos fechados impediam o ar de retornar. Vá-rios outros cientistas tentaram outros métodos para derrubar o conceito de geração espontâ-nea, mas sem sucesso. A geração espontânea foi desacreditada somente com a contribuição

de Louis Pasteur, em 1859. Pasteur desenvol-veu um tipo de frasco denominado “pescoço de cisne” (Figura 3), que possuía um longo gargalo curvado em “S”. O ar podia entrar li-vremente nos frascos, e os microrganismos do ar também, porém estes últimos ficavam re-tidos nas curvas do gargalo, não alcançando as infusões no interior dos frascos. As infusões permaneciam estéreis, a menos que os fras-cos fossem inclinados para que a infusão no interior alcançasse o gargalo, permitindo aos microrganismos serem levados ao interior do frasco. Desta forma, reconheceu-se que, para que houvesse crescimento no meio, era neces-sário introduzir os microrganismos e que estes não eram gerados espontaneamente.

Figura 3. Ilustração de Louis Pasteur e o frasco com “pescoço de cisne”, usado para combater a teoria da geração espontânea. Disponível em www.mundoeducacao.uol.com.br

1.2 a Era DE ouro Da Microbiologia

O período de desenvolvimento da microbio-logia compreendido entre 1857 e o início do século XX, com aproximadamente 60 anos de duração, ficou conhecido como a Era de Ouro, pois foi marcado por importantes contribuições utilizadas até o presente, pe-los microbiologistas modernos. Destacam--se, por exemplo, a elucidação da ligação dos germes à causa das doenças, a identifi-cação de micróbios causadores de doenças específicas e o desenvolvimento do processo de pasteurização, das técnicas de isolamento de microrganismos e dos métodos de obten-ção de culturas puras. Dois notáveis nomes deste período foram Louis Pasteur e Robert

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10Koch. Louis Pasteur era professor de quími-ca na Universidade de Lille, França, quando se interessou pela observação microscópi-ca de amostras de fermentação de vinhos, descrevendo, pela primeira vez, a presença de pequenas células de levedura, que ele acreditava estarem ligadas ao processo de fermentação do suco de uva e produção do álcool. Além disso, ele revelou que o “azeda-mento” do vinho, quando se tornava vinagre, era resultado da ação de outros minúsculos micróbios em forma de bastão, conhecidos hoje como bactérias. Uma aplicação prática deste conhecimento ficou conhecida como Pasteurização, processo proposto por Pas-teur, que consistia em aquecer o vinho logo após sua produção, antes de as bactérias o tornarem vinagre.

Os resultados de Pasteur, sobre a associação entre a presença das bactérias e a “doença” do vinho, levaram a comunidade científica a refletir sobre a possibilidade das bactérias se-rem a causa das doenças humanas e não o efeito, como se pensava até então. Originou--se, assim, a Teoria Germinal das Doenças. Outra importante contribuição de Pasteur foi a primeira imunização de uma pessoa con-tra raiva, em 1885, feita em um menino de 9 anos de idade, mordido por um cão raivoso. A vacina foi desenvolvida por Pasteur, a par-tir de medula espinhal de coelhos infectados com o tecido cerebral de animais raivosos. A medula seca foi utilizada para aplicar as in-jeções no menino, de nome Joseph Meister. Joseph sobreviveu e, quando adulto, passou a trabalhar na guarda do Instituto Pasteur, onde permaneceu até sua morte, em 1940. Pasteur morreu em 1895, deixando inúmeras outras contribuições.

Robert Koch trabalhou como médico na Alemanha e foi contemporâneo de Pasteur. Muitas das descobertas destes dois cientistas foram frutos da competição entre Alemanha e França, devido à Guerra Franco-Prussiana. Ambos os cientistas eram considerados sím-bolos nacionais. A mais importante contri-buição de Robert Koch foi o estabelecimento, pela primeira vez, de um específico microrga-nismo a uma específica doença. Ele formu-lou quatro postulados, que ficaram conhe-cidos como Postulados de Koch (Figura 4),

que consistiam num método para estabele-cer a origem germinal de uma doença. Koch foi também pioneiro no desenvolvimento de métodos de isolamento de microrganismos e obtenção de culturas puras, utilizando meios de cultura sólidos, formulados com ágar. Tais métodos são utilizados até os dias atuais. Em relação à identificação de microrganismos, Koch foi responsável pelo isolamento do baci-lo causador da tuberculose, da bactéria cau-sadora da cólera e da bactéria causadora do antraz, identificando, nesta última, as estru-turas de repouso ou endosporos, que foram objeto de atenção no início dos anos 1990, ao serem utilizados nos Estados Unidos como ferramenta de terrorismo biológico. Koch ain-da desenvolveu estudos sobre malária e febre tifóide, dentre outros. Em 1905, foi agracia-do com o prêmio Nobel de Medicina ou Fisio-logia e morreu em 1910, aos 66 anos.

A Era do Ouro da Microbiologia foi encerra-da com o início da Primeira Guerra Mundial, interrompendo grande parte das pesquisas microbiológicas. No entanto, vários outros progressos foram realizados nos anos se-guintes, alguns levando à abertura de novas fronteiras na pesquisa com microrganismos. Merecem destaque as descobertas realizadas por Alexander Flemming, que isolou a penici-lina, primeiro antibiótico da história; Watson e Crick, que desvendaram a estrutura do DNA e Holley, Khorana e Nirenberg, que decifra-ram o código genético. Importante destaque deve ser dado ao trabalho de Smith, Nathan e Arben, que descobriram a existência de en-zimas de restrição, capazes de cortar o DNA, possibilitando o surgimento da tecnologia de clonagem e de uma nova área da microbiolo-gia: construção de microrganismos recombi-nantes. Ainda hoje, muitas das pesquisas em medicina e biologia são possíveis, graças ao envolvimento da Microbiologia, como, por exemplo, o desenvolvimento de terapias gê-nicas e vacinas de DNA.

Saiba MaiS

Para saber mais sobre temas como microrganismos recombinantes, clonagem, terapia gênica, vacina de DNA, etc, consulte o site do Conselho de Informações sobre Biotecnologia, no endereço www.cib.org. br.

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Figura 4. Postulados de Koch, para provar que um microrganismo específico causa uma doença específica. Fonte: Martinko, J.M. (2004) Mi-crobiologia de Brock, 10 ed., Pearson Education do Brasil, São Paulo.

2. aS cÉlulaS ProcariÓTicaS E EucariÓTicaS2.1 cÉlulaS ProcariÓTicaS

As células procarióticas apresentam carac-terísticas comuns aos domínios Archaea (ar-queo-bactérias, de archae, antigo) e Bacté-ria (eubactérias ou bactérias verdadeiras). As arqueobactérias são comuns em ambientes de características extremas. Já as eubactérias compreendem a maioria das bactérias presen-tes no nosso planeta.

A maioria dos organismos procariotos mede de 0,5 a 2,0 µm de diâmetro. No entanto, exis-tem aquelas muito pequenas, com diâmetros de 0,1 µm e as que chegam a apresentar 60 µm de diâmetro. Assim como no tamanho, a morfologia das células bacterianas varia bas-tante, porém todas derivam de três formas bá-sicas: esférica (cocos), em bastão (bacilos) e es-piral (espirilos, espiroquetas) (Figura 5). Além do formato celular, frequentemente as células bacterianas assumem arranjos característicos, que ocorrem quando elas não se separam

completamente após a divisão celular. Para os cocos, estes arranjos são definidos como di-plococos, estreptococos, estafilococos, sarci-nas, etc (Figura 6a). Os bacilos apresentam os arranjos de diplobacilos e estreptobacilos (Fi-gura 6b). As bactérias espirais compreendem aquelas que têm uma ou mais curvaturas e podem assumir formas variadas, tais como o vibrião, em forma de vírgula, e os espirilos e espiroquetas, de forma helicoidal (Figura 6c).

cocos

estreptococos

espirilos

esporos bacterianos

diplococos

estafilococos

bacilos

bactéria flagelada

vibriões

Figura 5. Tipos morfológicos bacterianos. Disponível em www.cientic.com/imagens/img_monera5.gif

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12Plano dedivisão

Diplococo

Sarcina

Estreptococo

Tétrade

Estafilococo

(a)

(b)

(c)

2 µm

(d)

3 µm

0,1 µm

2 µm

2 µm

Figura 6. Arranjos bacterianos. a) arranjos dos cocos; b) Arranjos dos bacilos; c) bactérias espirais. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

A

B C

Diplobacilos

Bacilo único

Estreptobacilos

Cocobacilos

(a)

(b)

(c)

(d)

Espirilo

Vibrião

Espiroqueta

(a)

(b)

(c)

Como você já viu nos capítulos de Citologia, a célula procariótica apresenta diversas estruturas, que consistem em: um citoplasma interno; uma membrana celular e estruturas externas à mem-brana: parede celular, cápsulas, flagelos e pili. Destacaremos aqui as características da parede celular bacteriana devido à sua importância na identificação das bactérias.

A parede celular está presente em quase todas as bactérias e tem as funções de conferir a forma celular e prevenir o rompimento da célula, quando há diferença de pressão de água dentro e fora da célula. Um dos principais métodos de coloração das células bacterianas baseia-se na estrutura da parede celular, conhecido como Coloração de Gram.

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13A coloração de Gram consiste em corar as célu-las bacterianas com cristal-violeta; em seguida, adiciona-se uma solução de iodo, para auxiliar a fixação do corante e, então, lavam-se as cé-lulas com álcool a 95% ou solução etanol-ace-tona. Por último, as células são lavadas com água e coradas com safranina. Pode-se, assim, distinguir as células Gram-positivas (permane-cem coradas com cristal violeta), as Gram-ne-gativas (não retêm o cristal violeta, corando-se pela safranina), as Gram-não reativas (não se coram) e as Gram-variáveis (coram-se de forma desigual). Em geral, os cocos apresentam-se Gram positivos, e os bacilos, Gram negativos. Mas há exceções nos dois grupos. Sabe-se hoje que as diferentes apresentações das células bacterianas em resposta à Coloração de Gram são resultado de diferenças na estrutura da pa-rede celular destas células.

2.1.1 PAREDE CELULAR DAS BACTÉRIAS GRAM-POSITIVAS E GRAM-NEGATIVAS

A parede celular bacteriana é formada por peptidoglicano ou mureína, um polímero se-melhante a uma rede entrecruzada de fileiras unidas. O peptidoglicano é formado de N-ace-tilglicosamina e ácido N-acetilmurâmico. Estas moléculas são ligadas por cadeias de quatro aminoácidos (Figura 7a).

As bactérias Gram-positivas apresentam uma espessa camada de peptidoglicano e uma mo-lécula denominada ácido teicóico, que se es-tende além da parede celular (Figura 7b). Já as bactérias Gram-negativas têm uma camada delgada de peptidoglicano e uma membrana externa contendo lipoproteínas, proteínas for-madoras de poros, denominadas porinas, e li-popolissacarídios (LPS) (Figura 7c).

Figura 7. Paredes celulares bacterianas. a) estrutura do peptidoglicano; b) parede celular Gram positiva; c) parede celular Gram negativa. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

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14Saiba MaiS

Para acompanhar o procedimento do método de co-loração de Gram, acesse o site www.e-escola.pt/site/topico.asp?topico=306. Nele estão disponíveis figu-ras animadas das estruturas das paredes celulares de bactérias Gram negativas e Gram positivas, além de fotos do passo-a-passo desta coloração e de diferen-tes espécies bacterianas após a coloração.

2.2 cÉlulaS EucariÓTicaS

Os organismos eucariotos são aqueles per-tencentes ao domínio Eukarya, que inclui os reinos Protista, Plantae, Fungi e Animalia. As células destes organismos são maiores do que

as procarióticas, tendo a maioria diâmetro su-perior a 10m, podendo alcançar 100m (Figura 8). Os microrganismos eucariotos consistem de protozoários, algas e fungos microscópi-cos. As células eucarióticas têm também maior número e complexidade de estruturas do que as procarióticas. As estruturas presentes nas células eucarióticas compreendem: membrana plasmática, com as estruturas internas a ela (citoplasma, núcleo celular, organelas, citoes-queleto) e as estruturas externas (flagelos, cí-lios, parede celular). Para uma revisão destas estruturas e suas funções, consulte os capítu-los de Citologia.

Figura 8. Estrutura de uma célula eucariota. Disponível em: www. recursos.cnice.mec.es/bios-fera/alumno/.../contenidos2.htm

Miceotúbulos

Centriolos

Mitocondria

Vesículas

Aparato de Golgi

Ribossomas

Reticulo endoplasmático rugoso

Nucleoplasma

Nucleolo

Menbrana nuclear

Cromossoma

Menbrana plasmáticaCitoplasma

3. o METaboliSMo DaS cÉlulaS MicrobiaNaS

O metabolismo microbiano corresponde aos processos químicos realizados pelos microrganis-mos que, em última análise, correspondem às reações de desdobramento dos nutrientes para geração de energia (catabolismo) e síntese de novos nutrientes com a utilização da energia ge-rada (anabolismo). A geração de energia pelo catabolismo dá-se por processos de transferência de elétrons, conhecidos como reações de oxidação-redução. Uma explicação mais detalhada destes processos pode ser encontrada nos capítulos de bioquímica. Uma particularidade do mundo microbiano diz respeito à grande versatilidade para obtenção de energia. De acordo com a forma de obtenção de energia, os microrganismos são classificados como autotróficos ou heterotróficos. A figura 9 resume as características das diferentes formas de obtenção de energia pelos microrganismos.

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3.1 ViaS DE uTiliZaÇÃo Da glicoSE

A maioria dos organismos autotróficos e hete-rotróficos utiliza a via metabólica denominada de Glicólise ou via Embdem-Meyerhof, sejam estes anaeróbicos ou aeróbicos. Os detalhes desta via metabólica podem ser revistos no seu capítulo de Bioquímica. A importância que destacaremos aqui é que as enzimas desta via têm a função de quebrar a molécula de glicose, um açúcar de seis carbonos, em dois açúcares de três carbonos que, ao final, irão gerar duas moléculas de ácido pirúvico e duas moléculas de ATP. Esta via constitui a forma mais simples e direta de obtenção de energia a partir de uma fonte de carbono. Por esta razão, a glicose será sempre primeiramente utilizada pelos micror-ganismos, quando estes estiverem em um meio contendo outras fontes de carbono além dela.

Algumas bactérias apresentam uma via adi-cional à da glicólise, denominada Via Pentose Fosfato. Nesta via, a glicose gera açúcares de 5 carbonos após a liberação de uma molécula de CO2, que serão utilizados para a síntese de outros compostos celulares, tais como nucleo-tídios e aminoácidos, dependendo das neces-sidades da célula.

A versatilidade do metabolismo microbiano pode ser ainda notado pela presença da via metabólica denominada via Entner-Doudoroff. Através dela, alguns micróbios são capazes de metabolizar a glicose sem a participação da via da glicólise ou da via pentose-fosfato. Dentre as bactérias que utilizam esta via, estão Rhizo-bium, Pseudomonas e Agrobacterium.

O ácido pirúvico resultante da quebra da glico-se poderá ser utilizado pelas células microbia-nas nos processos de respiração celular ou de fermentação. A respiração compreende uma série de reações presentes nas vias conhecidas como Ciclo de Krebs, Cadeia Transportadora de Elétrons e Fosforilação Oxidativa, que cul-minam com a síntese de ATP através do pro-cesso chamado quimiosmose. Estas vias são vistas em detalhe no capítulo de Bioquímica. Nos organismos procariotos, as reações en-volvendo a cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa ocorrem na mem-brana citoplasmática. Já nos eucariotos, elas ocorrem na membrana mitocondrial. Caracte-risticamente, o processo de respiração utiliza uma molécula inorgânica como aceptor final na cadeia transportadora de elétrons. Nos mi-crorganismos aeróbicos, o aceptor final é uma molécula de oxigênio. Nos anaeróbicos, é uma

Figura 9. Diferentes formas de obtenção de energia pelos microrganismos.Fonte: Black, J.G. (2002) Microbiologia, fundamentos e perspectivas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro.

Todos os microrganimos

CO2 inorgânico = fonte de carbonoAUTOTRÓFICOS

(não-alimentação)Produção do próprio alimento

através da redução de CO2

Luz = fonte de energia

FOTOAUTOTRÓFICOSExemplos:bactérias fotossintéticas:

sulfurosas verdessulfurosas de cor púrpuracianobactérias

algas

Compostos inorgânicos = fonte de energia

QUIMIOAUTOTRÓFICOSExemplos:ferro, enxofre, hidrogênio e bactérias nitrificantes, algumas arqueobactérias

Luz = fonte de energia

FOTO-HETEROTRÓFICOSExemplos:bactérias não-sulfurosas de cor púrpurabactérias não-sulfurosas verdes

Compostos orgânicos = fonte de energia

FOTO-HETEROTRÓFICOSExemplos:a maioria das bactérias todos os protozoários todos os fungostodos os animais

Compostos orgânicos = fonte de carbonoHETEROTRÓFICOS

(alimentação externa)Utilizam como alimento

moléculas orgânicas prontas

Os principais tipos de metabolismo que captam energia.

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16outra molécula inorgânica, como sulfato (for-mando sulfeto de hidrogênio – H2S) ou carbo-nato (formando metano – CH4).

Existem, portanto, microrganismos aeróbi-cos, que utilizam oxigênio ou necessitam es-tritamente dele; microrganismos anaeróbicos, que não utilizam oxigênio ou podem até ser mortos por ele e microrganismos anaeróbicos facultativos ou aeróbicos facultativos, que uti-lizam oxigênio, mas são capazes de viver na ausência dele.

Na ausência de um aceptor final para a cadeia transportadora de elétrons, uma via alternati-va de produção de energia a partir do ácido pirúvico é conhecida como fermentação. A fer-mentação não apresenta o mesmo rendimen-to energético da respiração, mas tem grande importância na reciclagem do NAD, através da passagem dos elétrons do NAD reduzido para o ácido pirúvico ou seus derivados, permitindo que a glicólise não seja interrompida. Portanto, enquanto na respiração o aceptor de elétrons é uma molécula inorgânica, na fermentação, ele é uma molécula orgânica

A fermentação não requer oxigênio, mas pode ocorrer algumas vezes na presença dele.

As fermentações mais comuns são a fermenta-ção lática e a etanólica (Figura 10), mas uma grande variedade de fermentações é realizada por diferentes microrganismos . Na fermenta-ção lática, o ácido pirúvico é reduzido a ácido lático. Ocorre em lactobacilos e estreptococos, sendo bastante explorada para a produção de laticínios, queijos e iorgutes. Na fermentação alcoólica, o ácido pirúvico é descarboxilado a acetoaldeído, que é, então, reduzido a etanol. É um processo comum em leveduras e é utili-zado para a produção de bebidas alcoólicas e pães. Você verá mais detalhes sobre este as-sunto no Capítulo 3 que trata da aplicação dos microrganismos. Embora rara em bactérias, al-gumas espécies como Zymomonas mobilis são capazes de realizar fermentação alcoólica. No entanto, bactérias são capazes de gerar vários outros produtos de fermentação e a detecção de alguns destes produtos é utilizada em tes-tes rotineiros de diagnóstico laboratorial para identificação de espécies bacterianas.

Saiba MaiS

Para saber mais sobre características e identificação bacterianas, acesse o site microbiologia e imunologia on line no endereço: www. pathmicro.med.sc.edu/Portuguese

3.2 uTiliZaÇÃo DE liPÍDioS E ProTEÍNaS

Os microrganismos, em sua maioria, são ca-pazes de degradar gorduras para obtenção de energia através da produção de enzimas chamadas lipases extracelulares. As lipases hi-drolisam os lipídios e geram glicerol e ácidos graxos. O glicerol é incorporado à glicólise, e os ácidos graxos são metabolizados via Ci-clo de Krebs. Para metabolizar as proteínas, as células microbianas produzem proteases e peptidases extracelulares, liberando aminoáci-dos. A seguir, os seus grupamentos amina são removidos e então as moléculas desaminadas entram na glicólise, na fermentação ou no Ci-clo de Krebs (Figura 11). Para uma revisão do

Figura 10. Esquema das fermentações lática e etanólica. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

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17metabolismo de lipídios e proteínas, consulte o seu capítulo de Bioquímica.

hidrogênio, como H2S, são utilizados para re-duzir o CO2, e usualmente estas bactérias são anaeróbicas estritas e não liberam oxigênio como produto da fotossíntese.

Outro grupo de bactérias é capaz de utilizar a energia da luz, mas necessitam de substâncias orgânicas como fonte de carbono. Estas bacté-rias, denominadas foto-heterotróficas, incluem bactérias não-sulfurosas púrpuras ou verdes. Por último, os microrganismos conhecidos como quimio-autotróficos compreendem as bactérias que não realizam fotossíntese, mas obtêm energia a partir de substâncias inorgâ-nicas. Exemplos destes grupos são as bactérias nitrificantes e as sulfurosas.

aTiViDaDE

1. inúmeros produtos de fermentação micro-biana são consumidos diariamente pela população mundial. Faça uma pesquisa sobre o processo de fabricação de dois destes produtos e depois elabore uma apresentação sob a forma de slides, desta-cando as curiosidades ou peculiariedades de cada processo. Envie ou apresente aos seus colegas. Não se esqueça de mencio-nar os microrganismos envolvidos nos pro-cessos escolhidos.

4. o crESciMENTo MicrobiaNoO crescimento do ponto de vista microbioló-gico é considerado o aumento do número de células e não, do tamanho celular. Portanto, as características que veremos a seguir são rela-cionadas aos comportamentos ou padrões de crescimento de uma população de células.

A maioria das populações de células bacteria-nas cresce através do mecanismo de divisão celular conhecido como fissão binária (Figura 12), em que cada célula origina duas células filhas. Na bactéria Escherichia coli, este proces-so leva cerca de 15 minutos, período definido como tempo de geração. Outros microrganis-mos podem ainda se dividir por brotamento, fragmentação, formação de exósporos, etc.

Figura 11. Metabolismo das principais classes de biomoléculas. Fonte: Black, J.G. (2002) Microbiologia, fundamentos e perspecti-vas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro.

Além dos processos descritos acima, realizados pelos microrganismos quimio-heterotróficos, existem ainda outros processos metabólicos realizados pelas células microbianas foto-au-totróficas, foto-heterotróficas e quimio-auto-tróficas (Veja Figura 9).

Os microrganismos foto-autotróficos são aqueles capazes de realizar fotossíntese. Estão, neste grupo, as bactérias verdes e púrpuras e as cianobactérias. Em relação à fotossíntese re-alizada pelas cianobactérias, algas e vegetais superiores (revise no capítulo de Bioquímica), as bactérias verdes e púrpuras apresentam al-gumas diferenças: a clorofila, chamada bacte-rioclorofila, absorve luz em comprimento de onda maior; ao invés de água, compostos de

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Quando uma população de microrganismos é introduzida em um meio de cultura rico em nutrientes, as células passam a se dividir e au-mentar o tamanho da população gerando um padrão característico, no qual se identificam as diferentes fases do crescimento microbiano. Estas fases são conhecidas como:

i) fase lag ou de latência; ii) fase log ou exponencial; iii) fase estacionária e iv) fase de morte ou declínio.

Veja as definições destas fases na figura 13.

Saiba MaiS

Para saber mais sobre nutrição e crescimento micro-biano, acesse o site “Curso de Microbiologia Básica”, no endereço www.livrosonline.com

Alguns fatores físicos e nutricionais podem in-fluenciar o crescimento dos microrganismos, favorecendo ou inibindo-o. Dentre os fatores fisicos, destacam-se a temperatura, o pH, umi-dade, pressão osmótica e aeração. A tempera-tura ótima de crescimento microbiano varia para diferentes microrganismos. Assim, temos os cha-mados termófilos, psicrófilos e mesófilos. Neste último grupo, está a maioria das bactérias.

VocÊ Sabia?

Que um microrganismo termófilo foi a fonte de uma enzima resistente a altas temperaturas que hoje é uti-lizada em uma enorme gama de testes baseados na análise de DNA? Esta enzima é chamada Taq polime-rase, isolada da bactéria Thermus aquaticus, aplicada em reações de PCR para testes de paternidade, inves-tigações criminais e diagnósticos de diversas doen-ças. Para saber mais sobre as reações de PCR, assista a animação no site: www.maxanim.com/genetics/PCR/PCR.htm

O pH indica a condição de acidez ou alcalinida-de de um meio. A maioria dos microrganismos apresenta melhor crescimento em pH neutro (pH 7,0), mas alguns preferem valores de pH bem diferentes. De acordo com estas preferên-cias, os microrganismos se classificam em aci-dófilos, neutrófilos ou alcalófilos. A umidade é essencial para todas as células microbianas metabolicamente ativas. A maioria dos micror-ganismos sobrevive poucas horas sem umida-de, com exceção daqueles capazes de produzir esporos, estruturas que conferem resistência contra a dessecação. A pressão osmótica está relacionada às substâncias dissolvidas no meio em que se encontram os microrganismos. A maioria das bactérias tolera grandes variações de concentrações de susbstâncias dissolvidas, porém concentrações muito altas podem inibir ou até matar as células. Existem, no entanto, bactérias halófilas, que toleram concentra-ções de sal muito superiores às toleradas pela maioria das outras células microbianas. Devido a sua versatilidade de crescimento em meios com diferentes condições de aeração, os mi-crorganismos são classificados, de uma manei-ra geral, em aeróbicos, anaeróbicos e aeróbi-

Figura 13. Curva de crescimento típico de uma população bacteria-na. Evidenciam-se as fases Lag (adaptação ao meio, ausência de crescimento da população, células metabolicamente ativas); Log ou Exponencial (abundância de nutrientes, taxa máxima de crescimento celular); Estacionária (número de células viáveis é constante, taxas de crescimento e morte celular semelhantes); Declínio ou Morte (exaus-tão dos nutrientes, número de células viáveis decresce em velocidade logarítmica). Disponível em www.unb.br/.../crescimento/tabcresc.jpg

Figura 12. Esquema ilustrativo do processo de fissão binária. Dispo-nível em: www.livronline.com/.../capitulos/cap5.html

Célula Parental

Elongação Célular

Invaginação da parede edistribuição do material nuclear

Formação de uma parede celular

Separação de 2 células-filhas idênticas, cada uma capaz de repetir o processo

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19cos facultativos (Veja item 3.1 deste capítulo e Figura 14). Neste último grupo estão bactérias integrantes da microbiota do corpo humano, como Escherichia coli e Staphylococcus aureus.

necessitam ainda de vitaminas, como vitamina B12 e ácido fólico, que são susbstâncias orgâni-cas, muitas vezes, utilizadas como co-enzimas. A otimização das condições dos fatores fisicos e nutricionais leva ao estado ótimo de cresci-mento microbiano. O conhecimento destas condições é imprescindível para aquelas indús-trias que exploram o comércio de produtos mi-crobianos, como as cervejarias e as empresas produtoras de antibióticos, por exemplo.

Saiba MaiSPara saber mais sobre os efeitos dos fatores ambien-tais sobre o crescimento microbiano, acesse o site www.unb.br/ib/cel/microbiologia/index/html.

aTiViDaDE

1. Você sabia que muitos dos hábitos de pre-servação de alimentos desenvolvidos ao longo da história da humanidade exploram a capacidade de impedir o crescimento de microrganismos no alimento e a conse-qüente deterioração? Pense a respeito de ações como: refrigeração, congelamento, secagem e salga de alimentos, cozimento, embalagem a vácuo, pasteurização, etc. De que forma estas ações estão impedindo o crescimento microbiano?

5. gENÉTica DoS MicrorgaNiSMoSNestecapítulo,vamosexplorarosfenômenosgenéticos relacionados às peculiaridades dos microrganismos, tendo como modelo o grupo dos procariotos. Para isso, revise os conheci-mentos trabalhados nos capítulos de Genética Geral e Genética Molecular. A grande capaci-dade adaptativa dos microrganismos às mais diferentes condições ambientais reflete a enor-me variabilidade genética das populações mi-crobianas. Esta biodiversidade é decorrente de mutações e de mecanismos de recombinação entre moléculas de DNA.

5.1 MuTaÇÕES

Nos procariotos, com raras exceções, as molé-culas de DNA são circulares e podem ser extra-

Figura 14 - Distribuição dos microrganismos em relação às di-ferentes condições de aeração. Alem dos principais grupos, ae-róbicos (a), anaeróbicos (b) e aeróbicos facultativos (c), existem ainda os microaerófilos (necessitam de pequenas quantidades de oxigênio)(d) e os anaeróbicos aerotolerantes (são fermentadores, crescem pouco em superfícies de contato com oxigênio)(e). Fon-te: Martinko, J.M. (2004) Microbiologia de Brock, 10 ed., Pearson Education do Brasil, São Paulo.

Os fatores nutricionais referem-se àqueles pre-sentes no meio onde se encontra um dado microrganismo e que servirão para a nutrição e conseqüente crescimento celular. São de-nominados de: fontes de carbono, fontes de nitrogênio, minerais, oligoelementos e vita-minas. As fontes de carbono, como glicose e outros carboidratos, são usadas para a síntese da maioria dos compostos celulares. As fontes de nitrogênio, como proteínas, aminoácidos e uréia, são usadas para a síntese de ácidos nucléicos (DNA, RNA) e proteínas. Alguns mi-nerais, como fósforo e enxofre, têm grande importância para a síntese de ATP e proteí-nas, respectivamente. O fósforo é usualmente obtido de fosfatos inorgânicos, e o enxofre, a partir de sais de sulfato inorgânico e de al-guns aminoácidos. Oligoelementos são assim denominados, porque são necessários em pe-queníssimas quantidades para as células, sen-do tóxicos em concentrações elevadas. Atuam normalmente como co-fatores para a ativida-de de algumas enzimas. Exemplos destes são: zinco, cobre, ferro, cobalto. Algumas células

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20cromossômicas, denominadas plasmídios, ou podem constituir o cromossomo bacteriano. As mutações são alterações na seqüência de nucleotídios que compõem tais moléculas de DNA. Podem ser resultado de deleções, inser-ções ou substituições de nucleotídios, gerando formas variadas de genes ou alelos (figura 15). As alterações podem causar modificações na se-qüência de aminoácidos de um polipeptídio ou proteína codificada pelo gene ou podem ainda alterar os genes de rRNAs ou tRNAs. As muta-

ções podem ser originadas espontaneamente, como as que ocorrem durante o processo de re-plicação do DNA na divisão celular, ou induzidas por agentes químicos ou físicos, como ácido ni-troso e radiação. Há, ainda, as mutações decor-rentes da ação dos elementos de transposição ou transposons, que podem se transpor de uma posição para outra em uma mesma molécula de DNA ou para moléculas diferentes, podendo interromper sequências de genes.

Figura 15. Exemplos de mutações ocasionadas por deleção(exclusão) ou inserção (adição) de bases, ocasionando a leitura incorreta da seqüência de aminoácidos codificada pelo gene. A substituição de bases não representada também gera uma mutação que poderá afetar a proteína codificada pelo gene, se o novo códon formado não especificar o mesmo aminoácido. Fonte: Black, J.G. (2002) Micro-biologia, fundamentos e perspectivas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro.

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1. Um teste muito útil para a análise do po-tencial mutagênico (ou cancerígeno) de substâncias, tais como novos fármacos em fase de teste ou efluentes e resíduos de indústrias, é o teste de Ames. Descu-bra como este teste explora o fenômenode mutação nas células bacterianas para realizar as análises laboratoriais.

5.2 MEcaNiSMoS DE rEcoMbiNaÇÃo

Além das mutações, a variabilidade genética microbiana é decorrente da transferência de material genético entre células, ou seja, seg-mentos de DNA de células diferentes se re-combinam. Este processo depende da existên-cia de certa similaridade entre tais segmentos, conhecida por homologia. Os mecanismos de transferência de genes entre os procariotos são conhecidos como Transformação, Conjugação e Transdução (Figura 16).

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que se projetam da célula doadora até a re-ceptora. Através destes canais, ocorre a trans-ferência do DNA da célula doadora para a re-ceptora, que pode se recombinar com o DNA desta última.

5.2.3 TRANSDUÇÃO

A transdução é um processo através do qual o DNA de uma célula doadora é transferido para uma célula receptora através de um vírus que infecta bactérias, conhecido como bacte-riófago ou fago . Neste processo, um fago, ao infectar uma bactéria e se multiplicar no seu interior, pode ocasionalmente inserir parte do DNA bacteriano dentro das partículas virais recém-formadas. Assim, ao deixar esta bacté-ria e infectar uma nova célula, o DNA da pri-meira bactéria (doadora) pode ser transferido e se recombinar com o DNA da segunda célula bacteriana (receptora).

VocÊ Sabia?

Que algumas bactérias patogênicas ao ser humano só produzem suas toxinas, se estão infectadas por fagos contendo os genes destas toxinas? Exemplos desses casos são a toxina do tipo shiga de Escherichia coli O157:H7, que causa diarréia sanguinolenta, e a toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae, cau-sadora da difteria.

Figura 16. Mecanismos de recombinação bacterianos. Fonte: Martinko, J.M. (2004) Microbiologia de Bro-ck, 10 ed., Pearson Education do Brasil, São Paulo.

5.2.1 TRANSFORMAÇÃO

Na transformação, um segmento de DNA livre no meio, oriundo de uma célula bacteriana li-sada ou rompida penetra em outra célula bac-teriana, implantando-se no seu genoma. Esta bactéria receptora “transforma-se”, passando a expressar uma nova característica. Daí a ori-gemdonomedoprocesso.Estefenômenofoidescrito em 1928, por F. Griffith.

Saiba MaiS

Para saber mais sobre o Experimento de Griffith, acesse o site “Biologia Molecular – identificação do material genético em bactérias” no endereço www. biomol.org/historia/identifbact.shtml.

5.2.2 CONJUGAÇÃO

A conjugação, ao contrário da transformação, é específica e mediada por um tipo de plasmí-dio, denominado Fator F (de fertilidade). Além disso, requer o contato direto célula-a-célula e só ocorre com células de tipos opostos de acasalamento – as células doadoras, que trans-portam o plasmídio, e as células receptoras, que não o transportam. Nas bactérias Gram negativas, o plasmídio F contém os genes que codificam as proteínas das pilli sexuais, canais

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22Saiba MaiS

Para saber mais sobre os mecanismos de recombi-nação bacterianos e consultar representações es-quemáticas destes processos, acesse o site www.unb.br/ib/cel/microbiologia/index/html, capítulo “Genética bacteriana – processo de transferência horizontal de genes”.

6. PlaSMÍDioSOs plasmídios são moléculas de DNA circula-res capazes de replicar independentemente do cromossomo bacteriano, o que permite às cé-lulas possuírem, nas ocasiões necessárias, mui-tas cópias do mesmo plasmídio no seu inte-rior (figura 17). Os plasmídios desempenham várias funções nas células, normalmente não relacionadas aos processos vitais celulares. No entanto, em certos momentos, a presença de plasmídios pode garantir a sobrevivência das células em meios inóspitos. Exemplo prático de tais situações são os plasmídios denominados fatores R (de resistência). Estes plasmídios car-regam genes que conferem à célula bacteriana resistência a antibióticos e alguns desinfetan-tes. A contenção da disseminação destes plas-mídios em bactérias de ambientes hospitalares é uma das preocupações das comissões respon-sáveis pelo controle das infecções hospitalares.

Além dos fatores R e dos fatores F, já mencio-nados no item 5.2.2., existem os plasmídios de dissimilação, que conferem às células bacteria-nas a capacidade de utilizar certos nutrientes incomuns (tolueno, petróleo, etc) como fon-tes de energia. Esta particularidade está sendo atualmente explorada como uma alternativa para biorremediação de ambientes poluídos.

aTiViDaDE

1. Procure saber como as células bacterianas conseguem adquirir resistência aos antibi-óticos quando estão portando plasmídios R. Você pode se concentrar em um tipo específico de antibiótico. Registre os re-sultados de sua pesquisa e discuta com os colegas.

rESuMoA microbiologia como ciência teve início com o desenvolvimento dos primeiros microscó-pios. As primeiras publicações com descrições do mundo microscópico foram realizadas pelo holandês Anton van Leeuwenhoek, conside-rado o pai da microbiologia. A era de ouro da microbiologia foi marcada pelas inúmeras contribuições de Louis Pasteur e Robert Koch, tais como a técnica de pasteurização, cultivo e identificação de microrganismos causadores de doenças. As bactérias são organismos pro-cariotos e constituem o principal grupo de mi-crorganismos. Elas apresentam diferenças de estrutura na parede celular, sendo assim divi-didas em dois grupos: Gram positivas e Gram negativas. Os microrganismos têm ampla ca-pacidade de utilizar diferentes formas de me-tabolismo para obtenção de energia, podendo ser quimio-heterotróficos, foto-autotróficos, foto-heterotróficos e quimio-autotróficos. O crescimento microbiano representa o aumen-to do número de células de uma população. O processo mais comum de reprodução bac-teriana é o de fissão binária. Numa curva de crescimento microbiano típica, são caracteri-zadas quatro fases distintas: Lag, Log ou expo-nencial, Estacionária e Morte. Alguns fatores ambientais podem interferir no crescimento microbiano, como pH, temperatura, concen-

Figura 17. Fotomicrografia eletrônica de uma célula bacteriana rompida suavemente, mostrando o cromossomo e os plasmíde-os bacterianos (setas). Fonte: Martinko, J.M. (2004) Microbiologia de Brock, 10 ed., Pearson Education do Brasil, São Paulo.

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23tração de oxigênio e nutrientes. A variabilidade de adaptação dos microrganismos é reflexo de eventos de mutação e recombinação. As mu-tações podem ser espontâneas ou induzidas por agentes químicos ou físicos, ou ainda, ser resultado de ação de transposons. Recombi-nação de DNA entre bactérias ocorre através de processos de transformação, conjugação e transdução. Algumas bactérias possuem plas-mídios, que são capazes de conferir resistência a antibióticos e desinfetantes ou capacidade de utilizar fontes de nutrientes incomuns.

gloSSárioAcidófilo - organismo que tem preferência por ambientes com alta acidez.

Aeróbico - organismo que requer oxigênio para crescimento.

Alcalófilo - organismo que tem preferência por ambientes com alta alcalinidade.

Anaeróbico - organismo que não requer oxigê-nio para crescimento.

Autotrófico - organismo que utiliza dióxido de carbono (CO2) como principal fonte de carbono.

Bacteriófago - vírus que infecta e se multiplica em células bacterianas.

Biorremediação - uso de microrganismos para remover poluentes ambientais. Biorremedia-ção: uso de microrganismos para remover po-luentes ambientais.

Endosporos - estruturas de resistência desen-volvidas por alguns microrganismos, quando estão em ambientes desfavoráveis.

Fermentação - processo de obtenção de ener-gia a partir de compostos orgânicos (usualmen-te glicose) sem utilização de oxigênio, aplica-do na produção de vinhos, cervejas, iogurtes.

Fissão binária - reprodução bacteriana por divi-são, gerando duas células-filhas.

Geração espontânea - teoria segundo a qual os organismos podem surgir a partir de uma mas-sa inerte, contendo um princípio ativo ou vital.

Heterotrófico - organismo que requer uma fonte orgânica de carbono.

Homologia - semelhança de sequências de ba-ses de DNA.

Imunização - aquisição de proteção imunológi-ca contra doenças infecciosas, venenos e outros.

Levedura - microrganismos unicelulares euca-rióticos muito utilizados em processos de fer-mentação alcoólica.

Mesófilo - organismo que tem preferência por temperaturas moderadas.

Microbiota - conjunto de microrganismos que habitam determinado ambiente.

Microrganismo recombinante - microrganis-mo criado a partir da manipulação artificial de genes, que contém combinação de DNAs de diferentes organismos.

Neutrófilo - organismo que tem preferência por ambientes com pH neutro.

Pasteurização - processo que consiste em sub-meter um produto alimentício à alta tempe-ratura e logo após à baixa temperatura, para destruir os microrganismos ali presentes.

Penicilina - antibiótico beta-lactâmico utilizado para combater algumas infecções bacterianas.Peptidoglicano - molécula estrutural das pare-des celulares das eubactérias.

Polímero - molécula que consiste de uma se-qüênciademoléculassimilares,osmonômeros.

Psicrófilo - organismo que tem preferência por baixas temperaturas.

Quimiosmose - mecanismo que usa um gra-diente de prótons através da membrana cito-plasmática para gerar ATP.

Tempo de geração - tempo requerido para uma célula ou população dobrar seu número.

Teoria germinal das doenças - princípio que afirma que os microrganismos ou germes são causadores de algumas doenças.

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24Terapia gênica - tratamento de uma doença pela substituição de genes anormais.

Termófilo - organismo que tem preferência por altas temperaturas.

Terrorismo biológico - liberação ou dissemina-ção intencional de agentes que provocam do-enças, tais como vírus, bactérias, etc.

Transposon - fragmento de DNA que pode se mover de uma região para outra na molécula de DNA.

Vacina de DNA - imunização através da injeção de genes que codificam antígenos.

rEFErÊNcia

BLACK, J.G. (2002) Microbiologia, fundamen-tos e perspectivas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro.

TORTORA, G.J., FUNKE, B.R., CASE, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

PELCZAR, MJ (1996) Microbiologia: conceitos e aplicações, 2 ed., Makron Books do Brasil, São Paulo.

MARTINKO, J.M. (2004) Microbiologia de Brock, 10 ed., Pearson Education do Brasil, São Paulo.

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PriNciPaiS gruPoSMicrobiaNoS

Profa Márcia Maria Camargo de Morais Carga I 10H

obJETiVoS ESPEcÍFicoS

• Identificarosprincipaisgruposmicrobia-nos: bactérias, vírus, microrganismos eu-carióticos e parasitas.

• Caracterizarosprincipaisgruposmicro-bianos: bactérias, vírus, microrganismos eucarióticos e parasitas.

iNTroDuÇÃo

Neste capítulo, estudaremos os diferentes grupos de microrganismos. As bactérias, fungos, vírus, parasitas e outros microrganis-mos eucarióticos serão caracterizados a par-tir do estudo da forma, estrutura e organiza-ção celular, do modo de vida e habitat. Esses conhecimentos ajudarão a compreender as relações dos diferentes microrganismos com o meio em que se encontram e com outros seres vivos.

1. bacTÉriaS GRUPOS BACTERIANOS

Muitas das características das células bacte-rianas foram já discutidas no primeiro capítulo de Microbiologia, tais como formas, arranjos, estruturas celulares, adaptações bioquímicas

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26e fisiológicas, etc. Neste capítulo, enfocare-mos a diversidade dos grupos bacterianos e dos ambientes em que estes se encontram.

A identificação de diferentes grupos bacteria-nos é comumente baseada no Manual de Bac-teriologia Determinativa de Bergey, publicado pela primeira vez, em 1923 e, desde então, reconhecido internacionalmente como refe-rência em taxonomia de bactérias.

Como foi mencionado no capítulo 1, existem dois principais grupos de bactérias: as arque-obactérias e as eubactérias, que apresentam algumas diferenças na constituição de alguns componentes celulares estruturais e no meta-bolismo. As eubactérias são divididas em três grupos, de acordo com características da pare-de celular: eubactérias Gram-negativas; Eubac-térias Gram-positivas e Micoplasmas (bactérias sem parede celular). A seguir, iremos conhecer algumas características desses grupos.

1.1 EubacTÉriaS

1.1.1 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: ESPIROQUETAS

Esse grupo de bactérias apresenta forma he-licoidal e espiralada. São bactérias móveis, porém com o seu flagelo localizado abaixo da membrana externa, diferentemente da maioria dos flagelos bacterianos. Este flagelo é deno-minado flagelo periplasmático.

Existem espécies bacterianas deste grupo que vivem livres em sedimentos ou na água. Outras são parasitas de outros seres vivos e há aque-las que causam doenças em seres humanos, como Treponema pallidum (Figura 1) e Borre-lia, agentes etiológicos da sífilis e febre recor-rente, respectivamente.

1.1.2 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: ENCURVADAS AERÓBICAS E MICROAERÓFILAS

Ao contrário das espiroquetas, essas bactérias têm a célula rígida, embora sejam também helicoidais. São denominadas espirilos e têm flagelos localizados nas extremidades das célu-las. Algumas espécies são saprofíticas de água doce, como as do gênero Aquaspirillum. Nesse grupo, estão, também, incluídas algumas bac-térias do gênero Azospirillum microaerófilas, que vivem em raízes de plantas, como trigo e milho capazes de fixar nitrogênio da atmos-fera, aumentando a disponibilidade de nitro-gênio para estas plantas. A espécie Campylo-bacter jejuni (Figura 2), em forma de vibrião e microaerófila, é a principal causa de diarréia em humanos.

Figura 1. Fotomicrografia eletrônica de varredura de duas células de Treponema pallidum. Disponível em www.fam.br/microrganismos/bacteriologia_bacterias_espiraladas.htm.

Figura 2. Fotomicrografia eletrônica de varredura de uma cé-lula de Campylobacter jejuni, espécie mais comum do gênero e principal agente causador de diarréias. Disponível em www.phil.cdc.gov

1.1.3. EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: COCOS E BACILOS AERÓBICOS

Nesse grupo, estão presentes bactérias muito úteis e importantes, como Pseudomonas e Rhi-zobium. Muitas dessas bactérias são comumen-te encontradas na água e em locais de grande umidade, também ocorrendo naturalmente no solo. As Pseudomonas são conhecidas pela sua habilidade de decompor compostos orgâ-nicos diferentes e, por isso, já são usadas para remediar grandes acidentes ecológicos, como derramamentos de petróleo (ver exemplo na Figura 3). Essas bactérias também têm grande importância médica devido à sua facilidade de causar infecções hospitalares. As bactérias do gênero Rhizobium são fixadoras de nitrogênio atmosférico e, por esta razão, são usadas para

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27inocular raízes de plantas leguminosas, como o feijão, para aumentar a disponibilidade de nitrogênio às plantas. Assim, a produtividade das plantações aumenta consideravelmente. O gênero Acetobacter também é bastante explo-rado para a produção industrial de vinagres. Dentre os cocos Gram negativos, destaca-se o gênero Neisseria, que possui duas espécies de importância médica, Neisseria gonorrhoeae (Figura 4), que causa a gonorréia, e Neisseria meningitidis, causadora da meningite.

1.1.4 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: BACILOS FACULTATIVOS

Bactérias facultativas são aquelas capazes de crescer tanto na presença quanto na ausência de oxigênio. Essas bactérias podem ser retas ou encurvadas. A este grupo pertencem as En-terobactérias, que são bacilos retos, habitan-tes naturais do intestino do ser humano e de outros animais. Uma grande importância des-se grupo de bactérias é o fato de ele possuir muitos gêneros de importância médica. Temos como exemplo as espécies de Salmonella, que podem causar febre tifóide e gastroenterite; Shigella, causadora de disenteria; Yersinia, causadoradapestebubônicaoupestenegra(ver o breve histórico da microbiologia). Algu-mas dessas espécies podem também causar infecções, se deixarem o seu habitat natural no corpo humano e se instalarem em outros locais. Por exemplo, espécies dos gêneros Es-cherichia, Klebsiella, Proteus e Serratia podem causar infecções urinárias ou infecções em fe-ridas cirúrgicas. Existem ainda outras espécies de importância médica não-entéricas, como Vibrio cholerae (Figura 5), bacilo encurvado, que causa a cólera e Haemophilus influenzae, causadora de meningite em crianças.

Figura 3. Diferentes etapas do processo de biorremediação aplicado no Alasca para controlar o impacto do derrama-mento de petróleo do navio Valdez, da Exxon, em 1989. a)o ambiente logo após o acidente ambiental; b) técnicos pul-verizando nutrientes para acelerar a degradação bacteriana do petróleo; c) aspecto da área recuperada, dois anos após o acidente. Fonte: Adaptado de Black, J.G. (2002) Microbiolo-gia, fundamentos e perspectivas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro. Saiba mais sobre biorremediação em www.ufrb.edu.br/ ou em www.portalbrasilambiental.blogspot.com

(a) O vazamento de óleo do navio Valdez, da Exxon, em 1989, deixou grandes quantidades de óleo derra-mado em locais do Golfo do Alaska, como por exem-plo em Green Island. A biorremediação em 1989.

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B

(b) através da aplicação de nutrientes (nitrogênio e fósforo) à costa acelerou a biodegradação bacteria-na do óleo a dióxido de carbono e água.

C

(c) Em 1991, a área estava recuperada e considerada quase totalmente limpa de óleo, sem necessidade de mais tratamento.

Figura 4. Neisseria gonorrhoeae, bactéria causadora da gonorréia. Note os cocos, usualmente dispostos aos pares, com localização intra e extracelular. Disponível em: www.microbelibrary.org

Figura 5. Vibrio cholerae, bacilo encurvado Gram negativo, causadora da cólera, conhecida doença diarréica aguda. Dis-ponível em: www.student.ccbcmd.edu

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281.1.5 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: ANAERÓBICOS

A presença desse grupo de bactérias é fre-quentemente identificada por nós através do odor presente no ambiente em que vivem, como pântanos, brejos e lodos. O odor é re-sultado da produção de gás sulfídrico, que é tóxico para o homem e lembra o cheiro de ovo podre. Algumas espécies deste grupo habitam o intestino humano, estabelecendo-se como o grupo predominante neste local. Exemplos de gêneros são Desulfovibrio, habitante de lodos, e Bacteróides, habitante do intestino (Figura 6).

1.1.7 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: FOTOTRÓFICAS ANOXIGÊNICAS

Essas bactérias conseguem converter luz em energia, semelhante às plantas, mas ao contrá-rio destas, não liberam oxigênio (anoxigênicas). Por serem anaeróbicas, vivem sob a superfície de águas estagnadas e de pântanos ou nos fundos de lagos. Suas células podem produzir pigmentos alaranjados e púrpuras (bactérias púrpuras) ou pigmentos verdes e marrons (bac-térias verdes) (Figura 8).

Figura 6. Desulfovibrio desulfuricans, bactéria habitante de lodos e pântanos, produtora de gás sulfídrico, responsável pelo mau odor característico destes ambientes. Disponível em: www.lbl.gov

Figura 7. Rickettsia, bactéria intracelular em forma de bastão. As setas destacam células, dividindo-se por fissão binária. Disponível em: www.microbelibrary.org

Figura 8. Rhodopseudomonas palustris, pertencente ao grupo das bactérias produtoras de pigmentos, carote-nóides, que absorvem energia da luz e a transmitem à bacterioclorofila, porém sem produção de oxigênio. Disponível em: www.nature.com/nrmicro/journal

1.1.6 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: RIQUÉTSIAS E CLAMÍDIAS

As Riquétsias, sob forma de bastão ou ovais, estão associadas a doenças transmitidas por pulgas, piolhos, carrapatos ou ácaros. Elas têm a particularidade de sobreviver, apenas, no in-terior de outras células. São, portanto, para-sitas intracelulares obrigatórios. Nesse grupo, estão as bactérias do gênero Rickettsia (Figura 7). As Clamídias são cocóides e não estão as-sociadas à transmissão por insetos ou outros animais. Algumas espécies estão associadas a doenças sexualmente transmissíveis.

1.1.8 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: FOTOTRÓFICAS OXIGÊNICAS

Essas bactérias, que apresentam coloração es-verdeada ou azulada, são capazes de produzir oxigênio como as plantas e eram, no passado, chamadas de algas azul-esverdeadas. Atual-mente, pelo fato de serem células procarióti-cas, são classificadas como bactérias azuis ou cianobactérias. Estão presentes no solo, água doce e ambientes marinhos. O crescimen-to dessas bactérias pode ser notado, quando observamos o esverdeamento de paredes de frascos ou de mangueiras de jardim depois de alguns dias ao sol (Figura 9).

VocÊ Sabia?

Que o acidente da clínica de hemodiálise em Caru-aru, em 1996, que causou a morte de mais de 60 pacientes, ocorreu pelo efeito das toxinas produzidas por cianobactérias do gênero Microcystis, contami-nantes da água utilizada nos dialisadores da clínica?

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29Para saber mais sobre essas bactérias e seus efeitos ambientais, acesse www.cianobacteria.furg.br/

Figura 9. Microcystis aeruginosa, exemplar do grupo das cianobactérias oxigênicas, que possuem a clorofi-la a, também encontrada nas plantas verdes. Algumas bactérias deste grupo podem produzir toxinas letais para o ser humano. Disponível em: www.biologie.uni--hamburg.de/b-online/library/..

As bactérias com bainha são assim chamadas por apresentarem uma estrutura em forma de tubo ao redor das células. São encontradas na água doce e do mar. Exemplo desse grupo é a espécie Sphaerotilus natans, comum em águas poluídas.

O grupo das bactérias gemulantes ocorre no solo ou água. Algumas produzem túbulos, que se projetam das células, os pedúnculos. Algumas espécies se reproduzem por brota-mento, e outras, por fissão binária.

1.1.10 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: QUIMIOLITOTRÓFICAS

Essas bactérias são capazes de obter energia de compostos inorgânicos. Algumas usam CO2 como fonte de carbono. Exemplos desse gru-po são Nitrococcus, que utiliza nitritos; Thio-bacillus, que utiliza sulfitos ou gás sulfídrico. Esses organismos habitam solo e água, e al-guns gêneros têm importância no ciclo de nu-trientes do solo, como Nitrobacter e Nitroso-monas (Figura 11).

1.1.9 EUBACTÉRIAS GRAM NEGATIVAS: DESLIZANTES, COM BAINHA E GEMULANTES

As bactérias deslizantes podem formar cor-pos de frutificação (estruturas produtoras de esporos) ou não. As que formam essas estru-turas são bastonetes curtos e flexíveis. Ao se deslocarem em superfícies úmidas, deslizam formando um rastro de limo e, por esta razão, são chamadas bactérias limosas ou myxobac-térias. As bactérias que não formam corpos de frutificação são filamentos ou bastonetes e vi-vem no solo ou água (Figura 10).

Figura 10. Chondromyces crocatus, espécie do grupo das myxo-bactérias, apresentando corpos de frutificação. Disponível em www.uoguelph.ca/.../MISCELLANEOUS/nov00.1.jpg

Figura 11. Nitrosomonas, bactéria quimiolitotrotófica de grande importância na reciclagem de nitrogênio no solo. Disponível em: www.microbewiki.kenyon.edu

1.1.11 EUBACTÉRIAS GRAM POSITIVAS: COCOS

Essas bactérias são agrupadas de acordo com os tipos de arranjos celulares e metabolismo. Os cocos aeróbicos, como os Micrococcus, vi-vem no solo ou água. Os facultativos, como Staphylococcus, são um dos grupos mais conhecidos e habitam normalmente alguns locais do corpo humano. Algumas espécies patogênicas, como S. aureus, podem causar diferentes infecções e intoxicação alimentar.

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30O gênero Streptococcus também possui es-pécies patogênicas, como S. pyogenes, que causa doenças, como febre reumática, escar-latina, dentre outras. Os cocos anaeróbicos, como Peptococcus, fazem parte da microbiota normal do corpo humano e de outros animais (Figura 12).

1.1.13 EUBACTÉRIAS GRAM POSITIVAS: BACILOS REGULARES

As bactérias desse grupo podem ser aeróbicas, facultativas ou anaeróbicas. Um exemplo é o gênero Lactobacillus, muito usado nos proces-sos de produção de iogurtes, queijos e leites fermentados (Figura 14).

Figura 12. Staphylococcus aureus, bactéria que habita a pele e mucosas do corpo humano e que pode causar diversas infec-ções e intoxicações. Disponível em: www.bact.wisc.edu/themicro-bialworld

Figura 13. Clostridium botulinum, anaeróbica, do grupo das bac-térias esporuladas, produz neurotoxinas e causa a doença conhe-cida por botulismo. Disponível em: www.student.ccbcmd.edu/

Figura 14. Lactobacillus, bastonetes Gram positivos que fazem parte da microbiota normal do corpo humano, também utilizados em processos industriais para a produ-ção de laticínios. Disponível em: www.microbelibrary.org

1.1.12 EUBACTÉRIAS GRAM POSITIVAS: BACTÉRIAS ESPORULADAS

Esse grupo é assim chamado pela capacidade de formar endosporos. A maioria apresenta a forma de bastonete, como os gêneros Bacillus e Clostridium. Muitos grupos ocorrem livres na água ou solo, mas algumas espécies podem ser patógenas, como Clostridium perfringens, que causa gangrena gasosa e intoxicação ali-mentar (Figura 13), C. tetani, que causa tétano e C. botulinum, que causa o botulismo, uma intoxicação alimentar fatal.

VocÊ Sabia?

Que alimentos industrialmente enlatados são subme-tidos a um processo de esterilização comercial para eliminar os endosporos de Clostridium botulinum, uma vez que o interior da lata é um ambiente anae-róbico, propício ao desenvolvi-mento dessa bactéria?

1.1.14 EUBACTÉRIAS GRAM POSITIVAS: MICOBACTÉRIAS

As micobactérias compreendem apenas o gênero Mycobacterium. São bacilos com a capacidade de resistir à descoloração por ál-cool-ácido, sendo assim denominados “álcool--ácido resistentes”. Algumas espécies são sa-profíticas, mas espécies, como M. tuberculosis e M. leprae, causam a tuberculose e a lepra, respectivamente (Figura 15).

Figura 15. Mycobacterium tuberculosis, agente causador da tuberculose. A seta indica os bacilos típicos, corados com fucsina carbólica, um corante vermelho. Disponível em: www.textbookofbacteriology.net

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311.1.15 EUBACTÉRIAS GRAM POSITIVAS: ACTINOMICETOS

A capacidade desses organismos de formar um micélio ou emaranhado de hifas é sua principal característica. Habitam o solo, e algumas espé-cies se reproduzem por fragmentação, como as do gênero Nocardia. Nesse grupo, também está o gênero Streptomyces, com espécies ca-pazes de produzir antibióticos, como a estrep-tomicina (Figura 16).

1.2 arQuEobacTÉriaS

1.2.1 ARQUEOBACTÉRIAS: METANOGÊNICAS

As arqueobactérias desse grupo habitam am-bientes anaeróbicos ricos em matéria orgânica e são capazes de produzir grandes quantida-des de gás metano. São, muitas vezes, usadas em estações de tratamento de esgoto e como fonte de gás metano para conversão em ener-gia elétrica.

1.2.2 ARQUEOBACTÉRIAS: HALOFÍLICAS EXTREMAS

Estas bactérias necessitam de altas con-centrações de sal no ambiente, usualmen-te entre 17 a 23%, bem mais do que a concentração de 3% da água do mar. São encontradas em lagos salgados, como o Mar Morto, e em alimentos preservados com sal.

1.2.3 ARQUEOBACTÉRIAS: ENXOFRE-DEPENDENTES

Os gêneros desse grupo habitam fontes de água quente e ácida, como Sulfolobus, que é aeróbico, e Thermoproteus, anaeróbico. São denominadas dependentes de enxofre pela ca-pacidade de obter energia de compostos de enxofre, produzindo gás sulfídrico. Algumas bactérias desse grupo foram isoladas de fen-das vulcânicas marinhas a milhares de metros de profundidade.

1.2.4 ARQUEOBACTÉRIAS: TERMOPLASMAS

Assim como os mico-plasmas, esse grupo não apresenta parede celular. Porém, diferem pela re-sistência a altas tempera-turas e condições ácidas, tais como 59°C e pH 2,0. Alguns desses organismos foram isolados de amostras de carvão incandescente (Figura 18).

Figura 16. Bactéria do gênero Streptomyces. Eviden-ciam-se o micélio (filamentos) e os esporos ovais. Disponível em: www.sanger.ac.uk/.../gfx/h4tkm1m.gif

1.1.16 MICOPLASMAS

As bactérias pertencentes a esse grupo não têm parede celular e são envoltas apenas pela membrana citoplasmática. Assim, as células podem assumir muitas formas e são resistentes a antibióticos que atuam sobre a parede ce-lular bacteriana. Algumas espécies compõem a microbiota normal do ser humano, e es-pécies, como Mycoplasma pneumoniae e Ureaplasma urealyticum, podem cau-sar doenças (Figura 17).

Figura 17. Mycoplasma pneumoniae, bactéria sem parede celular e de morfologia irregular. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

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VocÊ Sabia?

Você sabia que existem empresas especializadas na reativação de formas bacterianas latentes, isoladas de insetos preservados em âmbar, que já foram capazes de reativar mais de 1200 espécies bacterianas, de 2 a até135milhõesdeanos?Paraverafotodascolôniasbacterianas mais antigas do planeta, acesse www. unb.br/ib/cel/microbiologia/intromicro.

aTiViDaDE

1.elaboreumcartazoupôster com ilustra-ções que demonstrem as principais dife-renças entre os grupos das arqueobacté-rias e as eubactérias. Crie personagens e use a criatividade.

2. VÍruSOs vírus são agentes infecciosos que, ao contrário das bactérias, não têm estrutura celular nem or-ganelas celulares. São, portanto, considerados “parasitas intracelu-lares obrigatórios”, pois necessi-tam da maquinaria de outras cé-lulas para completar seu ciclo. Não existe ainda hoje, no meio cientí-fico, uma unanimidade quanto ao fato de considerar os vírus como seres vivos ou não. Os argumentos contra a ideia do ser vivo baseiam--se na incapacidade dos vírus de se auto-replicar independentemen-te de outra célula. Porém, na última década, experimentos com o vírus da pólio mostraram

que este foi capaz de reproduzir novas partí-culas virais na presença de um extrato livre de células. Até o presente, desconhece-se a des-crição deste efeito com outros vírus. A favor da ideia de ser vivo, estão aqueles que destacam a capacidade de os vírus apresentarem algumas características de organismos vivos após a in-vasão das células hospedeiras.

2.1 coMPoNENTES ViraiS

Os vírus são compostos geralmente por áci-dos nucléicos (DNA ou RNA), que constituem o genoma viral, e um envoltório de proteínas chamadas capsômerosque, unidas, formam o capsídio e envolvem o genoma. Alguns vírus ainda apresentam um envelope, que é par-te da membrana da célula que foi infectada (Figura 19).

Figura 18. Habitats de arqueobactérias. Da esquerda para a direita, riacho em Wysconsin, EUA, contendo bactérias férri-cas; rio no parque de Yellowstone, EUA, com bactérias férricas formando manchas marrons; fontes termais ácidas, parque de Yellowstone, EUA, contendo bactérias sulfurosas e férricas; fenda de mar profundo, com temperaturas de 2700 a 3800 C, ambiente de algumas bactérias produtoras de gás sulfídrico.

Figura 19. Representação da estrutura viral, em que se observa o capsídio, mate-rial genético e envelope. No exemplo, vírus HIV. Disponível em: www.spcd.org.br

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332.2 claSSiFicaÇÃo DoS VÍruS

Os vírus são classificados inicialmente pelo áci-do nucléico de que são constituídos, forman-do dois grupos: vírus de DNA e vírus de RNA. As subdivisões desses grupos envolvem outras características relacionadas aos ácidos nuléi-cos, como a organização em fita simples ou dupla, por exemplo. Dentre os vírus de DNA, destacam-se os Adenovírus, que causam infec-ções respiratórias e os pox-vírus, que causam catapora. São exemplos de vírus de RNA, o En-terovírus, que causa Pólio, Rotavírus, que cau-sa infecções respiratórias e gastrointestinais e HIV, que causa a AIDS.

2.3 rEPlicaÇÃo Viral

A replicação ou multi-plicação viral pode ser dividida em diferentes etapas. Ao final das etapas, novas partículas virais ou vírions são originadas. Essas fases são conhecidas como: adsorção, penetração, síntese, maturação e liberação. A Figura 20 ilustra as caracterís-ticas de cada uma das etapas na replicação dos bacteriófagos.Outros tipos de vírus apre-sentam diferentes ciclos de replicação, como os fagos lisogênicos, que podem permanecer na célula, sem causar lise, e os diferentes vírus animais.

Figura 20. Ciclo de replicação viral de um bacteriófago, em que são demonstradas as diferentes etapas. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

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34Saiba MaiS

Para saber mais sobre os diferentes tipos de replica-ção viral, acesse: www.iptsp.ufg.br/download/Virus_

replicacao_VET.pdf

2.4 VÍruS E cÂNcEr

Alguns tipos virais têm sido associados a cân-ceres humanos. O vírus EBV (Epstein-Barr) as-socia-se a tumores de mandíbula; o vírus HPV está associado ao câncer de colo do útero e o vírus HBV pode levar ao câncer hepático. O mecanismo que desencadeia o desenvolvimen-to de câncer está relacionado com a integra-ção dos vírus no genoma da célula hospedeira, desencadeando o crescimento descontrolado dessas células.

aTiViDaDE

1. “Repórter Por Um Dia”.Faça uma pesqui-sa sobre o câncer de colo de útero e sua relação com o vírus HPV. A seguir, escreva uma coluna informativa para uma revista “imaginária”, fornecendo as informações importantes sobre a doença e sobre o vírus para o leitor. Vale o uso de infografias!!!

3. MicrorgaNiSMoS EucariÓTicoSO grupo dos seres eucarióticos apresenta muitos organismos microscópicos capazes de causar doenças ou produzir nutrientes e subs-tâncias antibióticas de interesse aos microbio-logistas. Os principais pertencem aos grupos dos protistas, fungos e helmintos.

3.1 ProTiSTaS

Os protistas são um grupo variado de organis-mos com características em comum, como a estrutura unicelular, presença de núcleo verda-deiro e organelas celulares. Apesar de possuí-rem características próprias, muitos se asseme-lham a vegetais, fungos e animais.

O grupo semelhante a vegetais é formado pelas algas. Esses organismos têm cloroplastos e re-alizam fotossíntese, habitando ambientes úmi-

dos e iluminados. Os euglenóides apresentam um flagelo e uma mancha ocular pigmenta-da, denominada estigma. A reprodução desse grupo se dá por fissão binária. As diatomáceas (Figura 21) são um importante grupo de pro-dutores em água-doce e marinha. Não apre-sentam flagelo e produzem pigmentos mar-rons e amarelos. Os dinoflagelados possuem dois flagelos e possuem membros capazes de realizar fotossíntese e outros desprovidos de pigmentos que se alimentam de matéria orgâ-nica. Exemplos desse grupo são: Euglena, um euglenóide; Campylodiscus hibernicus, uma diatomácea e Gonyaulax, um dinoflagelado.

Figura 21. Algas Diatomáceas, exemplos de protistas semelhantes a vegetais. Disponível em: www.lqes.iqm.unicamp.br

Os protistas semelhantes a fungos incluem os fungos aquáticos e limosos. Os fungos aquáticos são algumas vezes causadores de doenças em vegetais. Possuem esporos cha-mados zoósporos na fase assexuada e muitos gametas móveis na fase sexuada. Esse grupo de protistas vive livremente em água doce ou parasitando vegetais, tais como uvas, beterra-bas e batatas. Os fungos limosos são isola-dos frequentemente como camadas de limo sobre madeira em decomposição, muitos sen-do saprófitas. Os fungos limosos plasmodiais formam uma massa amebóide multinucleada, denominada plasmódio. Essa massa é capaz de se mover, fagocitar matéria morta e formar corpos de frutificação (Figura 22). Os corpos de frutificação liberam esporos, que originam gametas. Ao se fundirem, os gametas geram novos plasmódios. Os fungos limosos celulares formam pseudoplasmódios, ou seja, agrega-dos de células com pequena mobilidade. Os corpos frutificantes liberam esporos, que ge-ram células amebóides fagocíticas, que se divi-dem independentemente.

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O grupo dos protistas semelhantes a animais é conhecido como protozoários (Figura 23). Muitos vivem em ambientes aquáticos e têm mobilidade. Estão subdivididos em mastigófo-ros, sarcodíneos, apicomplexos e ciliados. Al-guns mastigóforos são de vida livre, encontra-dos em água doce ou salgada, mas a maioria é simbionte ou parasita. Dentre os parasitas do ser humano, destacam-se Trypanossoma, Leishmania e Trichomonas. Os sarcodíneos são amebóides e se alimentam de outros micror-ganismos. Incluem-se neste grupo os foraminí-feros e os radiolários, presentes em ambientes marinhos, e as amebas, tipicamente parasitas. Os apicomplexos são imóveis e parasitas. Um exemplo desse grupo é o Plasmodium, causador da malária, que possui um ciclo de vida comple-xo, envolvendo como hospedeiros o mosquito e o homem. Os ciliados apresentam, em toda a sua superfície, cílios que permitem a motili-dade. Exemplo desse grupo é o Paramecium.

3.2 FuNgoS

Os fungos são organismos heterotróficos, com características muito variadas. Este gru-po compreende os cogumelos e bolores, que são multicelulares, e as leveduras, unicelula-res. Um fungo típico é formado por hifas, que são estruturas filamentosas, que se organizam formando uma massa relativamente frouxa, denominada micélio. As células das hifas têm um ou dois núcleos e são separadas micélio. As células das hifas têm um ou dois núcleos e são separadas por septos. Os fungos podem se reproduzir assexuada ou sexuadamente, mas alguns têm, apenas, reprodução assexuada.

Uma grande importância relacionada aos fun-gos é a função de decomposição nos ecos-sistemas, liberando nutrientes para diversos organismos vivos. Algumas espécies têm im-portância médica pela capacidade de causar danos em diferentes graus nos seres humanos e, também, pela produção de muitas substân-cias antibióticas.

3.2.1. BOLORES

Esse grupo de fungos, classificados como Zygomycota (Figura 24), apresenta hifas não septadas, que podem produzir esporos fa-cilmente disseminados pelo ar. Um exemplo desse grupo é o gênero Rhyzopus ou “bolores negros,” que são oportunistas e podem cau-sar doenças ao homem, embora a maioria dos bolores negros não seja patógena para o ser humano.

Figura 23. Ameba, exemplo de um protozoário do grupo dos protistas semelhantes a animais. Dispo-nível em: www.ufmt.br

Figura 22. Fungo limoso plasmodial do gênero Hemitrichia, em um pedaço de madeira em decomposição. Fonte: Adap-tado de Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbio-logia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

Figura 24. Rhizopus oryzae, um fungo do grupo dos bolores, com as hifas não septadas e os esporangióforos. Disponível em: www.mycology.adelaide.edu.au/

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363.2.2 FUNGOS EM FORMA DE SACO

Ascomicota é a denominação desses fungos, que produzem um asco em forma de saco du-rante a reprodução sexuada (Figura 25).

3.2.3 FUNGOS IMPERFEITOS

Os fungos imperfeitos são assim denominados pela ausência de estágio sexuado no seu ciclo de vida. São conhecidos como Deuteromycota e apresentam, algumas vezes, características semelhantes ao grupo dos Ascomycota.

aTiViDaDE

1. a presença de fungos filamentosos em nossa casa costuma ser comum, espe-cialmente em locais com umidade. Você já viu uma laranja mofada ou pão? Faça uma pesquisa sobre esses fungos com o objetivo de identificar as possíveis espécies presentes nesses alimentos.

4. HElMiNToSOs helmintos têm estreita relação com a micro-biologia, uma vez que alguns se apresentam como indivíduos de tamanho muito pequeno em, pelo menos, alguma fase de seu ciclo vi-tal, o que os levou a serem muito estudados por microbiologistas. Porém, a área de conhe-cimento relacionada ao estudo aprofundado destes organismos é a Parasitologia.

Os helmintos que podem causar doenças no ser humano são divididos em vermes acha-tados e cilíndricos. Os vermes achatados são também conhecidos como platelmintos (Figu-ra 27) que, em sua maioria, não medem mais que um milímetro de espessura, com exceção das tênias, que chegam a medir dez metros de comprimento.

Figura 25: Colônia de Penicillium notatum, do grupo Ascomicota. Disponível em: www.enq.ufsc.br/

Figura 26. Exemplares do grupo Basidiomicota. Disponível em: www.livewild.org

Figura 27. Platelmintos, vermes achatados com simetria bilateral, sistema digestivo incomple-to, sistema excretor e gônadas permanentes. Disponível em: www.pucrs.br/.../Platelmintos/Platelmintos.jpg

As leveduras estão incluídas neste grupo, em-bora a maioria não apresente estágio sexuado. Algumas leveduras também não formam hifas. Pertencem a esse grupo o gênero Penicillium, um fungo filamentoso muito utilizado na fa-bricação de queijos e o gênero Sacharomyces, uma levedura aplicada para a obtenção de produtos fermentados.

VocÊ Sabia?

Que as cervejas e os pães são produzidos pela ação do mesmo microrganismo, a levedura Sacharomyces cerevisiae?

3.2.3 FUNGOS CLAVIFORMES

Nesse grupo, estão inclusos os cogumelos, os fungos causadores de ferrugem e os fitopa-togênicos (Figura 26). Esses fungos formam estruturas sexu-adas em forma de clava chama-das de basídios, originando o nome do grupo, Basidiomycota. Alguns gêneros, tais como Ama-nita e Claviceps, produzem toxi-nas que podem ser letais para o ser humano.

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37Esses vermes não possuem sistema circulató-rio e absorvem os nutrientes pelas paredes do corpo, o trato digestivo é simples e apresen-tam celoma. São exemplos deste grupo as pla-nárias, de vida livre, e os parasitas humanos Taenia saginata e Fasciola hepática. Os vermes cilíndricos ou nematódeos (Figura 28) têm um pseudoceloma e apresentam comprimento va-riado de um milímetro até mais de um metro. Possuem extremidades pontiagudas e corpos cilíndricos, que facilitam a mobilidade no solo ou nos tecidos. Apresentam indivíduos de se-xos separados, ao contrário dos platelmintos, que são hermafroditas. Exemplos deste grupo são os ancilóstomos e oxiúros, parasitas do in-testino humano.

pletar seu ciclo. São comumente divididos em dois grupos: vírus de DNA e vírus de RNA, que têm como exemplos os adenovírus (infecções respiratórias) e o HIV (vírus da imunodeficiên-cia humana), respectivamente.

Os organismos eucariotos estudados na micro-biologia compreendem membros dos grupos dos protistas, fungos e helmintos. Os protistas incluem as algas, fungos limosos e os protozo-ários. Os fungos são heterotróficos, com gran-de variedade de grupos e características, que os dividem em bolores, fungos em forma de saco, fungos claviformes e fungos imperfeitos. Os helmintos, embora sejam foco da área da Parasitologia, são, muitas vezes, estudados na microbiologia pelas características microscópi-cas ou muito pequenas que algumas formas apresentam. Os helmintos que podem causar doenças no ser humano são divididos em pla-telmintos e nematódeos. Os platelmintos não possuem sistema circulatório e apresentam ce-loma. Os nematódeos, por sua vez, têm um pseudoceloma.

gloSSárioAgentes etiológicos - agentes causadores de doenças.

Amebas - organismos protistas que se movem por meio de pseudópodos.

Ancilóstomos - pequenos nematódeos que pe-netram na pele e causam a doença conhecida como ancilostomose.

Basídios - pedestal que produz basidiósporos.

Capsídio - camada de proteína de um vírus que circunda o ácido nucléico.

Capsômeros - subunidade protéica de um cap-sídio viral.

Diatomáceas - algas ou protistas semelhantes a plantas, desprovidos de flagelos, com uma concha externa vitrificada.

Dinoflagelados - algas ou protistas semelhan-tes a plantas, geralmente com dois flagelos.

Envelope - revestimento externo que circunda o capsídio de alguns vírus.

Figura 28: Exemplar do grupo dos nematódeos, vermes cilíndri-cos usualmente de tamanho pequeno. Disponível em: www.uco.es/.../Fotos_nematodos/nematodo.jpg

rESuMoA identificação de diferentes grupos bacte-rianos é baseada no Manual de Bacteriologia Determinativa de Bergey, reconhecido interna-cionalmente como referência em taxonomia de bactérias. Existem dois principais grupos de bactérias: as arqueobactérias e as eubacté-rias. As eubactérias são dividas em Eubactérias Gram-negativas, Eubactérias Gram-positivas e Micoplasmas. As arqueobactérias são agrupa-das de acordo com características metabólicas ou ambientais, compondo os grupos das Me-tanogênicas, Enxofre-dependentes, Halofílicas e Termoplasmas.

Os vírus são agentes infecciosos sem estrutu-ra ou organelas celulares. São denominados parasitas intracelulares obrigatórios devido à necessidade da maquinaria celular para com-

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38Euglenóides - algas ou protistas semelhantes a plantas, geralmente com um único flagelo e ocelo pigmentado (estigma).

Fitopatogênicos - organismos que causam do-enças em plantas.

Fungos limosos celulares - fungos formados por células amebóides fagocíticas que se agre-gam para formar pseudoplasmódios.

Fungos limosos plasmodiais - protistas seme-lhantes a fungo que consiste de uma massa amebóide multinucleada ou plasmódio, que se move lentamente e fagocita matéria morta.

Gastroenterite - inflamação do estômago eintestino.

Gonorréia - doença sexualmente transmissível causada por Neisseria gonorrhoeae.

Hifas - filamento longo de células em fungos ou actinomicetos.

Inocular - introdução de microrganismos em um meio de cultura.

Lise - destruição de uma célula pela ruptura da membrana plasmática.

Meningite - inflamação das meninges, mem-branas que recobrem o cérebro e a medula espinhal.

Micélio - massa de filamentos longos de célu-las que se ramificam e se entrelaçam.

Oxiúros - pequeno nematódeo, Enterobius ver-micularis, que causa doença gastrointestinal.

Patogênicas - organismos capazes de causar doenças.

Plasmódio - massa multinucleada de proto-plasma.

Saprofíticas - organismos que obtêm nutrien-tes de matéria orgânica morta.

Septos - divisória em uma hifa fúngica.

Taxonomia - ciência da classificação dos or-ganismos.

Vírions - partículas virais completas, plena-mente desenvolvidas.

rEFErÊNciaBLACK, J.G. (2002) Microbiologia, fundamen-tos e perspectivas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro.

TORTORA, G.J., FUNKE, B.R., CASE, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

PELCZAR, MJ (1996) Microbiologia: conceitos e aplicações, 2 ed., Makron Books do Brasil, São Paulo.

MARTINKO, J.M. (2004) Microbiologia de Brock, 10 ed., Pearson Education do Brasil, São Paulo.

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DoENÇaS MicrobiaNaS,Microbiologia aMbiENTal E iNDuSTrial

Profa Márcia Maria Camargo de Morais Carga I 10H

obJETiVoS ESPEcÍFicoS

• Identificar os principaismicrorganismosde importância médica

• Caracterizarasprincipaisdoençasmicro-bianas

• Reconhecer as funções desempenha-das pelos microrganismos presentes no ambiente.

• Identificarasaplicaçõesmicrobianasnasindústrias de alimentos e de biotecnologia.

iNTroDuÇÃo

Neste capítulo, iremos abordar as aplicações práticas do conhecimento da microbiologia. Até agora conhecemos o comportamento dos microrganismos em diferentes ambien-tes, as diversas necessidades nutricionais, os mecanismos genéticos que contribuem para esta grande variabilidade e os principais gru-pos microbianos presentes no ambiente ao nosso redor, muitos deles bastante íntimos do nosso dia-a-dia. Agora veremos outros aspectos relacionados aos seres microscópi-cos, que têm, na maioria das vezes, grande influência no nosso comportamento diário, seja no cuidado para evitar infecções ou na escolha de um alimento ou bebida com sa-bores diferenciados.

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1. MicrorgaNiSMoS E DoENÇaSPrimeiramente, é importante destacar que mui-tos microrganismos habitam diferentes locais do corpo humano, compondo o que chama-mos de microbiota normal do corpo humano. A microbiota normal desses locais não causa nenhum dano ao hospedeiro, ao contrário, traz benefícios, tais como produção de vitaminas e proteção contra invasão de patógenos. Porém, algumas vezes, estes microrganismos podem vir a causar doenças quando têm crescimento exacerbado ou quando invadem um local estéril ou outro local colonizado em que não são nor-malmente encontrados. Alguns locais do corpo que possuem microbiota normal são a pele, os olhos, a orofaringe, a nasofaringe, o trato gastro-intestinal, o trato genito-urinário. Exem-plos de locais estéreis são os órgãos internos, sangue, urina, trato respiratório inferior, cére-bro, medula, ossos, ouvido interno. Além dos microrganismos da microbiota normal, outros organismos do ambiente também podem cau-sar doenças.

Nos capítulos anteriores, pudemos perceber a existência de uma enorme variedade e quan-tidade de microrganismos. Felizmente, os mi-crorganismos patógenos constituem uma mi-noria, contando menos de 10% do total dessa população. Ainda assim, a variedade de doen-ças de origem microbiana é extensa, e veremos aqui algumas características das principais do-enças e seus agentes causadores.

1.1 DoENÇaS iNFEccioSaS Da PElE, ouViDoS E olHoS

1.1.1 INFECÇÕES DA PELE CAUSADAS POR VÍRUS

Dentre as infecções virais da pele, as mais conhecidas são catapora, rubéola, sarampo e verrugas (Figura 1). A catapora (ou cobrei-ro ou varicela) é uma infecção branda gene-ralizada, com febre e erupções na pele e nas mucosas. O agente causador é o vírus varicela--zoster, um vírus de DNA do grupo dos herpes--vírus. A rubéola é uma doença viral branda, com erupções planas, delgadas e rosadas, que começam na face e no pescoço, espalhando-

-se depois pelo resto do corpo. Em gestantes, pode causar morte intra-uterina, aborto ou mal-formações. O agente causador é o vírus da rubéola, um vírus de RNA, da família To-gaviridae. O sarampo é uma doença viral al-tamente contagiosa, com febre, conjuntivite, tosse, manchas na boca e erupções na pele com manchas vermelhas. O agente causador é o vírus do sarampo, um vírus de RNA da fa-mília Paramyxoviridae. As verrugas são lesões da pele muito variadas, podendo ser verrugas comuns, venéreas e plantares. A maioria é ino-fensiva, embora algumas possam vir a ser can-cerosas. O agente causador é o papilomavírus humano (HPV), um vírus de DNA da família Papovaviridae.

Figura 1. Rubéola é uma doença viral branda, causada pelo vírus da rubéola, da família Togaviridae. A doença apresen-ta este nome pelo aspecto avermelhado ou rubro do pa-ciente. Disponível em: www.fiocruz.br

1.1.2 INFECÇÕES DA PELE CAUSADAS POR BACTÉRIAS

Existe uma variedade de infecções de pele que podem ser causadas por bactérias. Al-guns exemplos são: a acne, a hanseníase, o furúnculo, o terçol e a erisipela (Figura 2). A acne é uma doença comum, resultante da obstrução dos poros por sebo, pele desca-mada e bactérias. Formam-se pontos pretos (cravos) e pontos brancos (espinhas) inflama-dos e abscessos infectados. O agente cau-sador é Propionibacterium acnes, um bacilo Gram positivo anaeróbico. A hanseníase pode ser do tipo lepromatosa ou tuberculóide. A forma lepromatosa caracteriza-se por surgi-mento de nódulos na pele, mucosa nasal e olhos. A forma tuberculóide tem poucos nó-dulos na pele, mas envolve os nervos perifé-ricos, ocasionando perda da sensibilidade. É

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41causada por Mycobacterium leprae, um bacilo Gram positivo álcool-ácido resisten-te. O furúnculo e os terçóis são infecções localizadas e sem complicações. São cau-sadas por Staphylococcus aureus, um coco Gram-positivo. A erisipela ocasiona febre e erupções vermelhas na pele, quentes e dolorosas. É causada pela bactéria Strepto-coccus pyogenes, um coco Gram-positivo.

Figura 2. Acne facial em adulto. A acne é uma doença ba-teriana causada por Propianobacterium acnes. Disponível em: www.nlm.nih.gov

1.1.4 INFECÇÕES DOS OLHOS

As infecções dos olhos podem ser causadas por vírus e bactérias (figura 4). A ceratite (in-fecção ou inflamação da córnea), ceratocon-juntivite (infecção da córnea e conjuntiva) e a conjuntivite (infecção ou inflamação da con-juntiva) podem ser causadas pelos vírus adeno-vírus, enterovírus e o vírus da herpes simples. As principais doenças bacterianas são a Con-juntivite Bacteriana, Conjuntivite Gonocócica e Tracoma. A conjuntivite bacteriana ou “olhos rosados” causa a vermelhidão da conjuntiva, irritação, inchação das pálpebras, secreção pu-rulenta, fotossensibilidade. É altamente con-tagiosa. Pode ser causada por Haemophilus influenza, Streptococcus pneumoniae e outras bactérias. A conjuntivite gonocócica causa ver-melhidão, inchação da conjuntiva e secreção purulenta. Se não tratada, pode causar ceguei-ra. O agente causador é Neisseria gonorrhoe-ae, um diplococo Gram negativo. O tracoma é uma infecção da conjuntiva altamente conta-giosa, que deixa cicatrizes na córnea e conjun-tiva, deformação das pálpebras e cegueira. É causada pela bactéria Chlamidia trachomatis.

1.1.3 INFECÇÕES DOS OUVIDOS CAUSADAS POR VÍRUS E BACTÉRIAS

Essas infecções são conhecidas como otites, podendo ser otite externa ou otite média (Fi-gura 3). A otite externa (Infecção do Canal do Ouvido, Ouvido de Nadador) é acompa-nhada de coceira, dor, secreção fétida, dor, vermelhidão, inchação e problemas de audi-ção. É comum em temporadas de natação, pois a umidade no ouvido facilita a infecção. Pode ser causada pelas bactérias Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Proteus vulga-ris, Staphylococcus aureus e, raramente pelo fungo Aspergillus. A otite média é uma con-seqüência freqüente do resfriado comum. Al-guns sintomas são: dor de ouvido, pressão no ouvido,náusea,vômitoefebre.Essadoençapode ser causada por bactérias ou vírus. É causada pelas bactérias Streptococcus pneu-moniae, Haemophilus influenza e Moraxella catarrhalis, Staphylococcus aureus e Strepto-coccus pyogenes. Os vírus causadores de otite média são: o vírus do sarampo, o parainfluen-zavírus e o vírus sincicial respiratório (RSV).

Figura 3. Representação esquemática do ouvido humano, mostrando a inflamação decorrente de otite média. Disponível em (adaptado de): www.apps.uwhealth.org

Figura 4. Conjuntivite ou inflamação da conjuntiva, mem-brana que reveste a parte da frente do globo ocular e interior das pálpebras. Disponível em: www.fiocruz.br

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1. faça uma pesquisa e elabore um folheto explicativo sobre duas doenças microbia-nas de pele, olhos ou ouvidos, destacando as características, o microrganismo causa-dor, as formas de contágio e as medidas para evitá-lo. Seja criativo (você pode usar ilustrações, histórias em quadrinhos, etc.)

1.2 DoENÇaS iNFEccioSaS Do SiSTEMa rESPiraTÓrio

O sistema respiratório pode ser dividido em trato respiratório superior e inferior. O trato superior envolve a região compreendida desde as cavida-des nasais até a laringe (“caixa de voz”). O trato inferior inclui traquéia,brônquiosepulmões.

1.2.1 INFECÇÕES DO TRATO RESPIRATÓRIO SUPERIOR (TRS)

As infecções comuns do TRS podem ser virais ou bacterianas. A doença viral é conhecida como Resfriado Comum (Rinite viral Aguda, Coriza aguda). É uma infecção viral do re-vestimento do nariz e vias aéreas superiores. Produz coriza, espirro, lacrimejamento, dor de garganta, calafrios e mal-estar. È causada pe-los rinovírus, coronavírus, vírus influenza, ade-novírus e enterovírus. Exemplos de doenças bacterianas do TRS são difteria e faringite es-treptocócica (Figura 5). A difteria é contagiosa e envolve as amígdalas, faringe, laringe e nariz. Forma-se uma membrana espessa na orofarin-ge, que causa dificuldade respiratória. Outros sintomas são dor de garganta e inchação do pescoço. É causada pela bactéria Corynebacte-rium diphtheriae, um bacilo Gram positivo. A faringite estreptocócica é uma infecção aguda da orofaringe com dor de garganta, calafrios, febre e manchas brancas na garganta. A bac-téria causadora é Streptococcus pyogenes, um coco Gram positivo em cadeia.

1.2.2 INFECÇÕES DO TRATO RESPIRATÓRIO INFERIOR (TRI)

Essas infecções podem ser causadas por vírus ou bactérias. Como exemplo, incluem-se as pneumo-nias, gripe, coqueluche e tuberculose. Alguns vírus podem causar doenças respiratórias virais, agudas e febris, com sintomas de mal-estar, perda de ape-tite, calafrios, dores de cabeça. Esses vírus são Pa-rainfluenzavírus, vírus sincicial respiratório, adeno-vírus, rinovírus, coronavírus e outros. Outra doença viral do TRI é a Gripe (Influenza). Essa doença pro-voca febre, calafrios, dores de cabeça, dores pelo corpo, dor de garganta e tosse. O agente causa-dor é o Influenzavírus, vírus de RNA da família Or-thomyxovírus. As doenças causadas por bactérias incluem coqueluche, pneumonia e tuberculose. A coqueluche é altamente contagiosa, surgindo com sintomas semelhantes a resfriado e, depois, com graves acessos incontroláveis de tosse, que podemprovocarvômitoerupturadospulmões.É causada pela bactéria Bordetella pertussis, um cocobacilo Gram negativo. A pneumonia atípica primária causa dor de cabeça, mal-estar, tosse seca, dor de garganta e produção de escarro. O agente causador é Mycoplasma pneumoniae. A tuberculose é infecção do TRI por micobactérias. Causa mal-estar, febre, suores noturnos, perda de peso, tosse com sangue. O agente cau-sador é Myco-b a c t e r i u m tuberculosis, bacilo Gram positivo ou Gram variá-vel, álcool-áci-do resistente (Figura 6). Al-gumas doen-ças do TRI po-dem também ser causadas por fungos, tais como Coccidioides immitis, Cryp-tococcus ne-oformans e Histoplasma capsulatum. Figura 6. Folheto de campanha de esclare-

cimento quanto aos sintomas da tubercu-lose. Disponível em: www.itapeva.sp.gov

Figura 5. Faringite estreptocócica, infecção da orofaringe causada por Streptococcus pyogenes. Disponível em: www.microbelibrary.org

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431.3 DoENÇaS iNFEccioSaS Do TraTo gaSTro-iNTESTiNal

Dentre as doenças virais, destacam-se a herpes labial, gastroenterites virais ou diarréias virais e hepatites virais (Figura 7). A herpes labial causa a formação de vesículas claras numa região avermelhada dos lábios, que formam uma crosta e cicatrizam em poucos dias. O agente causador é o vírus herpes simples do tipo I (HSV I) ou tipo II (HSV II). A gastroen-teriteviralprovocanáuseas,vômito,diarréia,dornoabdômenemúsculos,dordecabeçae febre moderada. É causada por adenovírus entéricos, astrovírus, calicivírus e rotavírus. As hepatites virais são inflamações do fígado que podem ser causadas por diferentes vírus,

como o vírus da hepatite A (HAV), vírus da hepatite B (HBV) e vírus da hepatite C (HCV) e outros. Exemplos de doenças bacterianas são a cárie dentária, cólera e salmonelose, den-tre outras. A cárie dentária ocorre quando o esmalte do dente sofre corrosão pelos ácidos produzidos pelas bactérias presentes na boca. O agente causador é Streptococcus mutans, um coco Gram positivo. A cólera é uma doen-ça que provoca diarréia com fezes aquosas e desidratação rápida. É causada pela bactéria Vibrio cholerae, bacilo Gram negativo em for-ma de vírgula. A salmonelose é uma gastro-enterite com dor de cabeça, dor abdominal, diarréia,náuseaevômitos.Écausadapores-pécies de Salmonella, bacilos Gram negativos do grupo das enterobactérias.

Figura 7. Folheto de campanha de esclarecimento sobre a cólera. Disponível em: www.ajpas.org

VocÊ Sabia?

Que a água não tratada é um veículo de transmis-são de muitas doenças, tais como cólera, hepatite A, diarréias virais, diarréias bacterianas brandas e gra-ves, febre tifóide e outras?

1.4 DoENÇaS iNFEccioSaS Do TraTo gENiTouriNário

1.4.1 INFECÇÕES DO TRATO URINÁRIO (ITU)

As doenças infecciosas do trato urinário po-dem ser: cistite, nefrite e uretrite (Figura 8). A cistite consiste na inflamação da bexiga. É cau-

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44sada pelas bactérias Escherichia coli, Klebsiella, Proteus, Enterobacter, Pseudomonas e outras. Leveduras do gênero Candida também podem causar ITU. A nefrite refere-se à inflamação dos rins. A causa mais comum é a bactéria E. coli. A uretrite é a inflamação da uretra, que usualmente está associada à transmissão por via sexual. Os agentes causadores comuns são Chlamydia trachomatis, Neisseria gonorrhoe-ae, ureaplasmas e micoplasmas.

Figura 8. Amostras de urina em que é demonstra-da a turbidez característica da presença de bacté-rias no tubo da esquerda e a ausência de turbidez no tubo da direita, indicando ausência de micror-ganismo nesta amostra de urina. Fonte: Black, J.G. (2002) Microbiologia, fundamentos e perspec-tivas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro.

mente assintomáticas. O agente causador é a bacteria Neisseria gonorrhoeae. A sífilis ocorre em três estágios: primário, com lesão indolor ou cancro; secundário, com erupções na pele das mãos e pés; terciário, com lesões do siste-ma nervoso central, cardiovascular e outros ór-gãos internos. É causada pela bactéria Trepone-ma pallidum, uma espiroqueta Gram variável.

Figura 9. Ilustração de cartilha sobre as doenças sexualmente transmissíveis, DST. Disponível em: www.aids.gov.br/assistencia/

1.4.2 INFECÇÕES DO TRATO GENITAL SEXUALMENTE TRANSMISSÍVEIS (DST)

As DST incluem a síndrome da imunodeficiên-cia adquirida (AIDS), infecções por clamídias e herpes, gonorréia e sífilis (figura 9). As DST vi-rais incluem herpes genital e verrugas genitais. A AIDS será abordada a seguir, no tópico que descreve as doenças relacionadas ao sistema circulatório. A herpes genital provoca coceira, formigamento e dor, manchas avermelhadas e depois pequenas vesículas dolorosas. As regi-ões afetadas podem ser vulva, períneo, pernas e nádegas, nas mulheres; nos homens, as le-sões ocorrem no pênis, ânus e reto. O agen-te causador é o vírus herpes simples do tipo II (HSV II). As verrugas genitais têm aparência rugosa e surgem como pequenos inchaços ro-sados e macios. Normalmente, nos homens, ocorrem no pênis e, nas mulheres, na vulva. São causadas pelo vírus papilomavírus huma-no (HPV), um vírus de DNA. Gonorréia e sífilis são DST bacterianas. A gonorréia provoca, nos homens, o surgimento de secreção uretral e dor na miccção. Nas mulheres, são frequente-

1.5 DoENÇaS iNFEccioSaS Do SiSTEMa circulaTÓrio

1.5.1 INFECÇÕES DO SISTEMA CIRCULATÓRIO CAUSADAS POR VÍRUS

As doenças virais mais conhecidas são caxum-ba, síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS) e mononucleose infecciosa (Figura 10). A caxumba caracteriza-se por febre e inflama-ção das glândulas salivares abaixo das orelhas, as parótidas. O agente causador é o vírus da caxumba, um vírus de DNA da família Para-myxoviridae. A AIDS (síndrome da imunode-ficiência adquirida) apresenta os sintomas de febre, erupções na pele, dor de cabeça, mús-culos e articulações, perda de peso, depressão e outros. A principal conseqüência da AIDS é a deficiência do sistema imune, que permite o surgimento de várias infecções secundárias generalizadas. Quando a doença não é tratada com os coquetéis antivirais, a taxa de mortali-dade de pacientes com AIDS é de quase 100%. O agente causador é o vírus HIV (vírus da imu-nodeficiência humana), um vírus de RNA da família Retroviridae. A mononucleose infeccio-sa apresenta os sintomas de febre, dor de gar-

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45ganta, aumento do baço e fadiga. Pode durar de uma a várias semanas. É causada pelo vírus Epstein-Barr (EBV), um vírus de DNA da famí-lia Herpesviridae. Existem, ainda, as doenças hemorrágicas virais, geralmente graves, como as causadas pelos vírus Marburg e Ebola, vírus filamentosos da família Filoviridae.

Figura 10. Cartoon de campanha pelo uso de preservativos no com-bate à AIDS. Disponível em: www.artshopping.com.br

na superfície ou no interior do endocárdio, podendo causar complicações, como aciden-tes vasculares, ataques cardíacos e morte. Os agentes causadores podem ser Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Neisseria gonorrhoea, Streptococcus pyogenes, Entero-coccus faecalis, Staphylococcus epidermidis e Haemophilus. Além das bactérias, alguns fun-gos também podem causar endocardite infec-ciosa, como Candida e Aspergillus.

Figura 11. Bubão (nódulo linfático inchado), sintoma típico da peste bubônica, causada pela bactéria Yersinia pestis. Disponí-vel em: www.cdc.gov/ncidod/dvbid/plague/p5.htm.

1.5.2 INFECÇÕES DO SISTEMA CIRCULATÓRIO CAUSADAS POR BACTÉRIAS

Algumas das doenças circulatórias causadas poragentesbacterianossão:apestebubônicaou peste negra, a doença de Lyme e a endo-cardite infecciosa (Figura 11). A pestebubôni-ca se manifesta por calafrios, febre, mal-estar, dor nos músculos, náusea, dor de garganta, inchamento dos linfonodos (bubões). Outras manifestações da doença são conhecidas por pestepneumônica,queenvolveospulmõeseé altamente contagiosa, e a peste septicêmica, que causa choque séptico, meningite e morte. Devido ao surgimento de manchas negras na pele, a peste era também chamada de peste negra. É causada pela bactéria Yersinia pestis, um cocobacilo Gram negativo, que é trans-mitido pela picada de pulgas de roedores. A doença de Lyme apresenta três estágios: ini-cial, com lesão vermelha na pele semelhante a um alvo; sistêmico, com surgimento de febre, dor de cabeça, calafrios, fadiga, dor nos mús-culos e articulações e rigidez na nuca; neuroló-gico e cardíaco, com paralisia facial, meningi-te, arritmias cardíacas e pericardite. O agente causador é a bactéria Gram negativa Borrelia burgdorferi, do grupo das espiroquetas. A en-docardite infecciosa caracteriza-se pela pre-sença de bactérias e coágulos sanguíneos

1.6 DoENÇaS iNFEccioSaS Do SiSTEMa NErVoSo cENTral (SNc)

As doenças do sistema nervoso central podem se manifestar como encefalites (inflamação do cérebro), meningite (inflamação das meninges, membranas que recobrem o cérebro) e mieli-te (inflamação da medula). Algumas vezes, as inflamações podem ocorrer em mais de uma dessas estruturas ao mesmo tempo.

1.6.1 INFECÇÕES DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL CAUSADAS POR VÍRUS

Exemplos dessas doenças são poliomielite ou paralisia infantil e raiva (Figura 12). A polio-mielite causa, na maioria dos pacientes, uma doença branda, com febre, mal-estar, náusea, vômitoedordecabeça.Emcercade1%doscasos, porém, a doença pode causar intensa dor nos músculos, rigidez na nuca e nas costas e paralisia flácida. O agente causador da pó-lio é o poliovírus, um vírus de RNA da família Picornaviridae. A raiva é uma encefalomielite viral, que causa depressão mental, dor de ca-beça, febre, mal-estar, inquietação, paralisia muscular, convulsões e morte por insuficiência

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46respiratória. O agente causador é o vírus da raiva, um vírus de RNA da família Rhabdoviri-dae. Existem, ainda, algumas encefalites virais que podem causar dor de cabeça, febre alta, desorientação, coma, tremores, convulsões e morte. São usualmente transmitidas por mos-quito e causadas por vírus das famílias Flavivi-ridae, Togaviridae e Bunyaviridae.

aTiViDaDE

1. Você conhece a música “PULSO”, da ban-da Titãs? Analise a letra dessa música e identifique as doenças microbianas que são citadas. Liste-as e faça um pequeno resumo das características de cada uma delas, destacando os sintomas, o agente causador e as características desse agente.

1.7 DoENÇaS ParaSiTáriaS

Algumas doenças parasitárias conhecidas são: leishmaniose, toxoplasmose, amebíase, giardí-ase e malária, causadas por protozoários, e as-caridíase, teníase e filariose, causadas por hel-mintos (Figura 14). A leishmaniose pode formar úlceras na pele, em forma de cratera e causar morte. O agente causador é Leishmania, um protozoário flagelado. A toxoplasmose é uma infecção que pode envolver o SNC, músculos e coração. Em gestantes, pode causar mal-for-mações do feto e morte. É causada pelo To-xoplasma gondii, um organismo intracelular. A amebíase é uma infecção gastrointestinal, que pode ser branda ou grave. Pode causar disen-teria, febre, calafrios e diarréia sanguinolenta. O agente causador é Entamoeba histolytica. A giardíase se caracteriza por causar diarréia com fezes pálidas, fétidas e gordurosas e ga-ses abdominais. É causada pelo protozoário flagelado Giárdia lamblia. A malária apresenta sintomas de calafrios, dor de cabeça, suor e náusea. Podem ainda surgir sintomas de tosse, diarréia, dificuldade respiratória, coma e mor-te. É causada por quatro espécies de Plasmo-dium, o P. vivax, P, falciparum, P. malarie e P. ovale. A ascaridíase pode afetar os intestinos e pulmões e é causada pelo helminto Ascaris lumbricoides. A teníase pode provocar a for-mação de cistos em diferentes órgãos, como o cérebro, por exemplo. A mais comum é causa-da pela Taenia saginata (do boi) ou pela Taenia solium (do porco). A filariose causa inchação dos membros e elefantíase, decorrente da obstrução dos vasos linfáticos, sendo causa-da por Wuchereria bancrofti ou Brugia malayi.

Saiba MaiSPara saber mais sobre doenças infecciosas e parasitá-rias, acesse o site PDAMED- Guia Digital de Doenças Infecciosas e Parasitárias, no endereço: www.pda-med.com.br/doeinfpar/pdamed_0001.php

Figura 12. Ilustração mostrando Louis Pasteur e os coelhos que ele utilizou para desenvolver a primeira vacina contra a raiva. Fonte: Black, J.G. (2002) Microbiologia, fundamentos e perspec-tivas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro.

1.6.2 INFECÇÕES DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL CAUSADAS POR BACTÉRIAS

As infecções causadas por bactérias podem ser exemplificadas pelo tétano e meningite bac-teriana (Figura 13). O tétano é resultado da ação de uma toxina bacteriana, que provoca contração muscular dolorosa do músculo da mandíbula e do pescoço, paralisia rígida, insu-ficiência respiratória e morte. É causada pela bactéria Clostridium tetani, um bacilo Gram positivo anaeróbico. A meningite bacteriana apresenta os sintomas iniciais de febre, dor de cabeça,vômito,dordegargantaerigidezdanuca. Os sintomas neurológicos são: tontura, convulsões, paralisia e coma, podendo ocor-rer a morte em algumas horas. Os principais agentes causadores são as bactérias Haemo-philus influenza, Neisseria meningitidis e Strep-tococcus pneumoniae.

Figura 13. Pintura do ano de 1809, ilustrando os espas-mos musculares e rigidez apresentados por paciente com tétano. Disponível em: www.pt.wikipedia.org

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2. Microbiologia aMbiENTal2.1 Microbiologia Do Solo

No solo, uma quantidade enorme de organis-mos vive em conjunto. Destes, os microrga-nismos e, em especial, as bactérias formam o grupo mais numeroso. Nas camadas superfi-ciais do solo, há uma concentração maior de organismos, e esta vai diminuindo à medida que as camadas vão ficando mais profun-das. Os microrganismos do solo decompõem a matéria orgânica presente naquele local e liberam nutrientes para outros organismos. Alguns elementos resultantes da decompo-sição entram nos ciclos biogeoquímicos, que são as sequências de transformações sofridas

Figura 14. Úlcera em forma de cratera na pele, sintoma de Leishmaniose, doença causada por Leishmania, um protozoário flagelado. Disponí-vel em: www.mgm.ufl.edu

por alguns elementos, disponibilizando-os, em formas distintas, para vários seres vivos, até retornarem ao solo a fim de, novamente, serem transformados pelos microrganismos. A seguir, serão caracterizados os ciclos bio-geoquímicos do carbono, nitrogênio, enxofre e fósforo.

2.1.1 O CICLO DO CARBONO

No ciclo do carbono, o retorno do CO2 para a atmosfera pela respiração é proporcional à remoção pela fixação. No entanto, as queima-das e o uso de combustíveis fósseis (derivados de petróleo) aumentam a quantidade de CO2 liberada na atmosfera, contribuindo para os danos ambientais de que ouvimos falar cons-tantemente, como o aquecimento global. No ciclo do carbono, os seres autotróficos (ciano-bactérias, plantas, algas e bactérias verdes e púrpuras) fixam o carbono da atmosfera. Em seguida, os seres quimioheterotróficos (ani-mais, fungos e protozoários) alimentam-se dos autotróficos e, também, são consumidos por outros animais. Assim, o carbono obtido da quebra dos componentes dos primeiros orga-nismos do ciclo é agora utilizado para construir parte dos componentes de outros organismos. Estes, ao morrerem, também disponibilizam fontes de carbono no solo para a decomposi-ção microbiana. Um resumo do ciclo do carbo-no pode ser visto na figura 15.

Fotossíntese(principalmente de plantas e de algas)

Respiração das célulasAr e ÁguaCO2

Respiração das células;combustão

Fungos e bactérias

Produção de cimento;óleo e carvão

Compostos orgânicosde organismos autótrofos

(que produzem o próprio alimento)

Consumo heterotrófico

(principalmente de animais)

Compostos orgânicos

de organismosheterotróficos

Figura 15. Esquema ilustrativo do Ciclo do Carbono. Disponível em: www.aticaeducacional.com.br/images

CO2

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482.1.2 O CICLO DO NITROGÊNIO

O nitrogênio é um componente necessário para a síntese de proteínas, ácidos nucléicos e outros compostos. Os microrganismos do solo desempenham uma função importante na disponibilização do nitrogênio para outros organismos. Existem microrganismos capazes de realizar reações de amonificação, nitrifica-ção, denitrificação e fixação do nitrogênio at-mosférico. A amonificação consiste na trans-formação dos aminoácidos liberados no solo pela decomposição microbiana em amônia.Esta conversão é realizada por bactérias e fun-gos. A nitrificação ocorre em etapas realiza-das por tipos bacterianos distintos. A primeira etapa consiste na obtenção de nitrito a partir da amônia e é realizada pela bactéria Nitro-somonas. A segunda etapa consiste na con-versão de nitrito em nitrato, que é feita pela Nitrobacter. Na forma de nitrato, o nitrogênio pode ser absorvido do solo pelas plantas. A de-nitrificação é uma reação, que possibilita o uso

dos nitratos como aceptor de elétrons para a respiração na ausência de oxigênio, liberando gás nitrogênio na atmosfera. Bactérias do gru-po das Pseudomonas são as mais importantes na denitrificação do solo, causando, algumas vezes, prejuízos aos agricultores que usam fer-tilizantes com nitrato.

A Figura 16 mostra um esquema do ciclo do nitrogênio. A fixação do nitrogênio da atmos-fera é realizada por microrganismos de vida livre e simbióticos, que possuem uma enzima denominada nitrogenase. Os de vida livre são bactérias numerosas na rizosfera (camada do solo preenchida pelas raízes), como as do gê-nero Azotobacter. As bactérias simbióticas são as dos gêneros Rhizobium e Bradyrhizobium. Essas bactérias são muito utilizadas para in-fectar raízes de leguminosas (feijão, ervilha, amendoim, etc), formando nódulos e aumen-tando a disponibilidade de nitrogênio para es-sas plantas. Veja o esquema na Figura 17.

Figura 16. Esquema ilustrativo do Ciclo do Nitrogênio. Disponível em: www.profotos.com.br/.../CiclosNatureza.htm

Fixação do Nitrogênio

Atmosférico

Assimilação de Nitrogênio pelos Herbívorosrico

Excreção

Decompositores

Amônia(NH3)

Nitrogênio Atmosférico (N2)

Nitrogênio seTransforma emNitrato (NO3)

Absorção de Amônia

pelas Raízes

Nitritos

Denitrificação

BactériasDenitrificantes

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Figura 17. Formação de um nódulo por Rhizobium na raiz de leguminosa, estabelecendo uma relação benéfica para a planta. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

2.1.3 CICLO DO ENXOFRE

No ciclo do enxofre, o gás sulfeto de hidrogênio (H2S) é convertido por algumas bactérias em grânulos de enxofre elementar e sulfatos. Essas bactérias podem ser Beggiatoa e Thiobacillus. Os sulfatos incorporados pelas plantas e bactérias são utilizados para a síntese de proteínas e outros compostos pelos animais. Esses, ao sofrerem morte e decomposição microbiana, liberam o enxo-fre como sulfeto de hidrogênio, que retorna ao ciclo (Figura 18).

Figura 18. Ciclo do enxofre. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

Precipitação ácida

Queima de com-bustíveis fósseis

Assimilação pelas plantas e bactérias

Enxofreelementar

Oxidaçãomicrobiana

Bactérias púrpuras e verdes fototróficas

H2SO3

Enxofre elementar

SO2-3

S0

S0

H2S

Bactérias púrpuras e verdes fototróficas

Grupos sulfidrilSH das

proteínasDecomposição pelos micróbios (dissimilatórios)

Condições aeróbicas

Condições anaeróbicas(na maioria solo e sedimentos)

Beggiatoa, Thiobacillus

Beggiatoa, Thiobacillus

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502.1.4 CICLO DO FÓSFORO

O ciclo do fósforo envolve reações que modi-ficam as formas dos íons fosfato de insolúveis para solúveis e de fosfato orgânico para inor-gânico. Muitas vezes, ocorre por alterações no pH do solo, que são resultantes do metabolis-mo de algumas bactérias, como Thiobacillus.

2.2 Microbiologia Da água

Em um corpo de água doce, vários microrga-nismos são encontrados nas diferentes zonas, de acordo com a profundidade, de forma se-melhante ao que vimos nas camadas do solo. Na zona superficial, onde há abundância de luz solar e oxigênio, estão presentes as algas fotos-sintéticas, espécies de Pseudomonas, Cytopha-ga, Caulobacter e Hyphomicrobium. As algas representam a maior fonte de matéria orgâni-ca e energia para os outros organismos. Nas áreas mais profundas, onde há menor dispo-nibilização de oxigênio e luz, encontram-se as bactérias sulfurosas púrpuras e verdes. Na zona bêntica, no fundo dos lagos, estão aquelas bac-térias que utilizam o sulfato depositado, como Desulfovibrio e as bactérias metanogênicas.

Em águas marinhas, a microbiota é forma-da por algas diatomáceas, dinoflagelados e

Figura 19. Etapas do tratamento de água. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

outras, além de cianobactérias, formando o fitoplâncton. As algas fornecem componentes orgânicos utilizados pelas bactérias, além de uma superfície para a aderência bacteriana. Em geral, muitas das bactérias marinhas são Gram negativas, sugerindo que a membrana exter-na é mais adaptada a esses ambientes aquá-ticos. Numerosos microrganismos aquáticos realizam alterações bioquímicas que reciclam os nutrientes da água, de forma semelhante ao que ocorre no solo, mantendo o fluxo de nutrientes para a vida marinha.

2.2.1 TRATAMENTO DE ÁGUA

Como vimos anteriormente, alguns micror-ganismos podem causar doenças, e algumas dessas doenças são adquiridas pelo consu-mo de águas contaminadas. Para evitar esse risco, os sistemas públicos de abastecimen-to de águas realizam tratamento das águas retiradas dos mananciais para ofertar água potável à população. Testes de pureza das águas são realizados para avaliar a eficácia dos tratamentos. O tratamento da água en-volve uma seqüência de etapas, que envol-vem a decantação de partículas, floculação, filtração e desinfecção (ver a descrição das etapas na Figura 19).

O controle microbiológico da água é realizado pela procura de microrganismos denominados or-ganismos indicadores. Esses microrganismos são as bactérias conhecidas como coliformes fecais, que habitam normalmente o intestino humano e o de outros animais. Como os patógenos trans-mitidos pela água são relacionados à contaminação da água por fezes, a presença de coliformes

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51indica que a água não é apropriada para o con-sumo. Este teste é mais prático e rápido do que a procura por patógenos específicos na água.

Saiba MaiSPara saber mais sobre estações de tratamento de água, acesse os sites: www.corsan.com.br ou www.copasa.com.br.

2.2.2 TRATAMENTO DE ESGOTO

A água que retorna para os esgotos após sua utilização deve passar por diferentes tratamen-tos, até ser liberada novamente no ambiente. Infelizmente, ainda há muitos locais no mun-do e no Brasil em que as águas de esgoto são eliminadas diretamente em rios e oceanos. O tratamento de esgoto (Figura 20) consiste em etapas conhecidas como tratamento primário, tratamento secundário e tratamento terciário. Após o tratamento secundário, a água obtida pode já ser liberada para o ambiente com boa qualidade, e a maioria dos sistemas de trata-mento finaliza nesta etapa. O tratamento terci-ário fornece água de qualidade para consumo humano, mas ainda tem custo muito elevado e é pouco aplicado no mundo.

Figura 20. Estágios de uma estação de tratamento de esgoto típica. Fonte: Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

O tratamento primário consiste na separa-ção de materiais sólidos por escumação, trituração e decantação. O lodo obtido é removido, e o efluente é submetido ao trata-mento secundário. Nesta etapa, o tratamen-to é predominantemente biológico, com o uso de bactérias para degradar a matéria orgânica presente no efluente. São usados dois métodos, conhecidos como lodo ativa-do e filtro de escoamento. O lodo ativado é um sistema, em que há tanques de aera-ção, onde ocorre o fluxo de ar ou oxigênio através do efluente. A aeração visa fornecer oxigênio necessário para os microrganismos aeróbicos, presentes no efluente, decompo-rem a matéria orgânica, produzindo CO2 e água. No sistema de filtro de escoamento, o efluente é espalhado sobre um leito de pedras, por gotejamento. O leito de pedras permite a circulação de ar, favorecendo a de-gradação da matéria orgânica pelos micror-ganismos aeróbicos presentes na camada limosa na superfície das pedras. Após o tra-tamento secundário, o efluente é submetido à desinfecção por cloração e liberado.

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3. Microbiologia iNDuSTrial

3.1 aPrESENTaNDo a bioTEcNologia Os alimentos fermentados fazem parte da his-tória da evolução da espécie humana e, com isso, podemos dizer que a evolução do nosso hábito alimentar se deve, em boa medida, aos microrganismos. Só para exemplificar, temos a fabricação da cerveja (produzida pelos Su-mérioseBabilôniosdesde4000a.C.),dopãofermentado (produzido pelos egípcios desde 6000 a.C.), do vinho (no Irã, cerca de 5000 a.C.)edoqueijo(pelospovosnômadesdaÁsiacentral, cerca de 8000 a.C.) (Figura 21). De for-ma genérica, podemos classificar todos esses produtos que são produzidos por microrganis-mos como produtos Biotecnológicos. Portan-to, podemos conceituar a Biotecnologia como uma área do conhecimento que usa seres vivos intactos ou suas partes constituintes na produ-ção de bens de consumo para os seres huma-nos. No Brasil, um importante produto biotec-nológico é o álcool combustível, produzido a partir da fermentação da sacarose do caldo de cana até etanol pela levedura Saccharomyces cerevisiae.

Figura 21. Queijos e vinhos, produtos biotecnológicos obtidos a partir do uso de microrganismos. Disponível em: www.emporiocas-si.com

fermento de pão, de vinho e de cerveja (Sac-charomyces cerevisiae) e os fermentos lácteos (bactérias lácticas).

No caso da fermentação do pão, as células de S. cerevisiae transformam os açúcares presen-tesnamassade trigonogáscarbônico,queirá fazer a massa “crescer” como um balão de festa. O pouco etanol produzido é evaporado durante o cozimento. No caso da cerveja, do vinho e da cachaça bem como de todas as be-bidas fermentadas, ocorre a mesma transfor-mação dos açúcares dos mostos de malte, uva e cana-de-açúcar, respectivamente, em álcool (etanol em maior quantidade e outros álcoois que, em pequenas quantidades, são responsá-veis pelos aromas e sabores característicos) e gáscarbônico.

3.1.1.2 Produção de vinagre e alimentos fermentados

O processo de fermentação acética consiste na oxidação da glicose a ácido acético na presença de oxigênio. Esse processo é utilizado na pro-dução de vinagre comum e do ácido acético industrial. Esse processo também é relevante na indústria de alimentos, pois promove a de-terioração de bebidas de baixo teor alcoólico e de certos alimentos pela presença das bacté-rias acéticas. Este processo é realizado por bac-térias denominadas acetobactérias, produzin-do ácido acético e CO2. Essas bactérias acéticas necessitam do oxigênio do ar para realizarem a acetificação. Por isso, multiplicam-se mais na parte superior do vinho que está sendo transformado em vinagre, formando um véu conhecido como “mãe do vinagre”. Esse véu pode ser mais ou menos espesso, de acordo com o tipo de bactéria.

Outro exemplo de fermentação é a utilizada na conserva de alimentos, como, por exem-plo, na preparação de chucrute e de salsichas. Nesses processos, as bactérias presentes na microbiota superficial dos alimentos não es-terilizados consomem os açúcares disponíveis e os transformam em ácido acético, ou até, em outros ácidos orgânicos, como succínico, propiônicoemálico,osquaistêmproprieda-de bactericida e bacteriostática, impedindo o desenvolvimento de bactérias patogênicas naqueles ambientes.

3.1.1 PRODUÇÃO DE ALIMENTOS E BEBIDAS FERMENTADAS

3.1.1.1 Produção de pão e bebidas fermentadas

Os microrganismos responsáveis pelos pro-cessos de fermentação são denominados industrialmente de fermentos, tais como o

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533.1.1.3 Produção de bebidas e produtos lácteos

As bactérias lácticas (BL) são bactérias gram-po-sitivas, que crescem em condições de microae-rofilia a condições de anaerobiose. Esse grupo de bactérias engloba um grande número de gê-neros, com um número considerável de espé-cies, sendo os mais importantes: Lactobacillus, Lactococcus, Enterococcus, Streptococcus, Pe-diococcus, Leuconostostoc, Weissella, Carno-bacterium, Tetragenococcus e Bifidobacterium.

As bactérias lácticas são encontradas em di-ferentes habitats, como laticínios, vegetais, carnes, solo, água, adubo, água de esgoto, fermentações lácticas (produção de queijo, iogurtes, manteiga) e alcoólicas (produção de álcool combustível, vinho, whisky). Essas bac-térias são encontradas, ainda, no trato diges-tivo humano, na cavidade oral e na mucosa da vagina. Algumas de suas características são de interesse para sua função como probiótico; uma pré-condição é sobreviver no trato intes-tinal. As atividades bioquímicas das células de BL possibilitam a modificação da estrutura e do aroma dos alimentos fermentados e contri-buemparaaqualidadegastronômica.

As BLs também são bastante conhecidas pelas suas propriedades probióticas. Dizemos que uma bactéria possui uma atividade probiótica, quando, se ingerida viva por um hospedeiro determinado, exerce sobre este um efeito be-néfico direto ou indireto.

Existem, também, as chamadas leveduras lác-teas, que promovem fermen-tação de derivados de laticí-nios. As principais leveduras desse grupo pertencem ao gê-nero Kluyveromyces, principal-mente as espécies K. lactis e K. marxianus. Existe uma bebida láctea muito apreciada na Rús-sia e em vários outros países eslavos denominada Kefir. Essa bebida é produzida pela fer-mentação do leite por “grãos de Kefir”, flocos de agregados de BLs e de Kluyveromyces, que transformam a lactose em áci-do láctico e etanol (Figura 22).

O queijo é, de forma simplificada, um processo de solidificação das proteínas do leite. A aci-dificação é feita diretamente pela adição de um ácido orgânico como vinagre ou a partir de uma fermentação láctea que emprega leve-duras e BLs.

Esses microrganismos também desempenham um importante papel na variação dos sabores dos queijos a partir da produção de várias subs-tâncias durante a fermentação. Na maioria dos queijos, empregam-se bactérias dos gêneros Lactococcus, Lactobacillus ou Streptococcus. Além dessas, na Suíça ainda é utilizada a Pro-pionibacter shermani, que produz bolhas de gáscarbônicoduranteamaturaçãodoqueijo,resultando no queijo suíço ou Emmental com seus furos característicos.

No caso dos queijos amadurecidos, existe uma segunda etapa microbiana que também con-tribui para a qualidade e sabor dos produtos. Durante o amadurecimento, as leveduras e BLs continuam seu processo metabólico, produ-zindo compostos secundários, tais como ál-coois superiores, ésteres e ácidos graxos, que conferem aromas e sabores diferenciados. A esses microrganismos se juntam os fungos fila-mentosos, também chamados de bolores. Há três categorias principais de queijos em que a presença de bolor é uma característica signifi-cativa: queijos curados moles, queijos de casca lavada e queijos azuis.

Os queijos curados moles são aqueles que têm uma textura externa firme e de aparên-cia muito branca, mas que amadurecem de

fora para dentro pela exposição ao bolor (Penicillium candida ou P. camemberti) Os queijos de leite de cabra são, muitas vezes, tratados de forma semelhante, por vezes com bolo-res brancos (Chèvre--Boîte) e, outras ve-zes, com o azul.

Os queijos de casca lavada são de ca-racterística macia e

Figura 22. Kefir, uma bebida feita a partir de leite fer-mentado cujo nome deriva da palavra turca “keif”, que significa boa sensação. Disponível em: www.lon-glifewithkefir.blogspot.com

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54são amadurecidos por dentro como aqueles de bolores brancos. Os queijos de casca lava-da podem ser macios (Limburger), semiduros (Munster) ou duros (Appenzeller).

O chamado queijo azul é produzido pela ino-culação no queijo do fungo Penicillium roque-forti ou Penicillium glaucum. Isto é feito quan-do o queijo está ainda na forma de coalhada e sofrendo pouca pressão. O bolor cresce dentro do queijo à medida que ele amadurece. Esses queijos têm distintos veios azuis que lhes dão o nome, e, muitas vezes, sabores característi-cos. Os bolores podem variar do verde pálido ao azul escuro e podem vir acompanhados de bolores brancos e castanhos. Sua textura pode ser macia ou firme. Alguns dos mais famosos queijos são deste tipo, cada um com sua pró-pria e inconfundível cor, sabor, textura e aro-ma. Eles incluem o Roquefort, o Gorgonzola e o Stilton (Figura 23).

combate a doenças infecciosas causadas por bactérias, estava longe de imaginar que sua linhagem, que produzia menos de 2mg do an-tibiótico por litro de meio de cultivo, teria sua produção melhorada em milhares de vezes. Atualmente, estima-se que existam linhagens industriais de Penicillium capazes de produzir mais de 50g/litro, ou seja, um aumento de 25.000 vezes em relação à linhagem origi-nal de Fleming. Aliás, foi com a produção de antibióticos que a biotecnologia teve seu iní-cio efetivo na década de 40, adquirindo, em seguida, a importância que tem atualmente, quando acrescida das modernas tecnologias, especialmente a do DNA recombinante. É na indústria de antibióticos, que existem outros exemplos comparáveis ao descrito para a peni-cilina, tanto utilizando fungos como bactérias.

VocÊ Sabia?

Que as injeções de BOTOX®, utilizadas em clínicas de estética, consistem da toxina produzida industrial-mente pela bactéria Clostridium botulinum, embora em concentrações muito pequenas?

Saiba MaiS

Para saber mais sobre produtos biotecnológicos de origem microbiana, acesse o site: www.biotecnolo-gia.com.br.

aTiViDaDE

1. Você conhece a literatura de cordel? Con-sulte alguns livretos de cordel para se fa-miliarizar com este estilo de linguagem. Depois, elabore um texto de cordel para falar dos inúmeros usos dos microrga-nismos no nosso dia-a-dia. Lembre-se de adequar a linguagem ao estilo de cordel e usar ilustrações.

rESuMoA presença dos microrganismos em nosso dia--a-dia é constante, seja como habitantes natu-rais de algumas regiões de nosso corpo, seja provocando doenças, ou ainda, sendo utiliza-dos para produzir alimentos e outros produtos para nosso consumo. As doenças microbianas podem se manifestar como infecções de pele,

Figura 23. Queijo gorgonzola, do grupo dos queijos azuis, produzido pela inoculação de fungos do gênero Peni-cillium. Perceba o crescimento do micélio no interior do queijo. Disponível em: www.formaggiokitchen.com

VocÊ Sabia?

Que alguns produtos conhecidos de nosso dia-a-dia são feitos com o uso de aminoácidos produzidos in-dustrialmente por microrganismos? Exemplos são o acentuador de sabores AJINOMOTO® e o adoçante Aspartame.

3.1.2 PRODUÇÃO DE ANTIBIÓTICOS

Um dos exemplos mais impressionantes de melhoramento genético, utilizando técnicas de genética clássica, incluindo seleção e muta-ção, ocorreu no fungo filamentoso Penicillium chrysogenum. Quando Fleming relatou, pela primeira vez, em 1929, o grande valor po-tencial desse fungo produtor da penicilina no

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55ouvidos e olhos, infecções do sistema respira-tório, infecções do trato gastro-instestinal, in-fecções do trato genito-urinário, infecções do sistema circulatório e infecções do sistema ner-voso central. As doenças parasitárias podem afetar tanto o trato gastro-intestinal quanto a pele, o sistema nervoso e o coração.

A microbiologia ambiental dá enfoque aos microrganismos presentes na terra e na água e suas influências no ambiente. No solo, está presente uma imensa quantidade de microrga-nismos, muitos deles contribuindo para a reali-zação dos ciclos biogeoquímicos de elementos importantes como carbono, nitrogênio, enxo-fre e fósforo. Na água, existem microrganismos típicos de ambientes de água doce e de águas marinhas. Para serem adequadas ao consumo, as águas coletadas dos mananciais devem ser potáveis, ou seja, do ponto de vista microbioló-gico, não devem conter coliformes fecais, que são organismos indicadores da contaminação da água. Os sistemas de tratamento de esgo-tos utilizam etapas de tratamento baseadas na ação de microrganismos para a eliminação da matéria orgânica poluente do esgoto.

A microbiologia industrial explora o potencial biotecnológico de diversos microrganismos. Exemplos da aplicação microbiana são a pro-dução de alimentos fermentados, de bebidas alcoólicas fermentadas e destiladas, de queijos maturados, etc. Como produtos microbianos não alimentícios, temos os exemplos dos anti-bióticos e do BOTOX®.

gloSSárioAbscessos - acúmulo de pus em uma cavidade formada por uma lesão de tecido.

Bactericida - agente que mata bactérias.

Bacteriostático - agente que inibe o crescimen-to de bactérias.

Choque séptico - septicemia ameaçadora da vida, com pressão sangüínea baixa e colapso dos vasos sangüíneos, causado por endotoxinas.

Conjuntiva - membrana mucosa que forra a parte externa do globo ocular e parte interna das pálpebras.

Conjuntivite - inflamação da conjuntiva.

Córnea - parte anterior, transparente e de cur-vatura acentuada da membrana que reveste o globo ocular.

Endocárdio - membrana que forra interna-mente o coração.

Fitoplancton - organismos fotoautotróficos de flutuação livre.

Fotossensibilidade - sensibilidade às radiações luminosas.

Mucosas - membranas que produzem uma se-creção aquosa espessa, rica em glicoproteínas e eletrólitos.

Nódulos - espessamentos globosos.

Pálpebras - pregas móveis dotadas de cílios que protegem o globo ocular.

Vasos linfáticos - vasos por onde flui a linfa, fluido excessivo e proteínas plasmáticas perdi-das pelas paredes dos capilares.

rEFErÊNciaBLACK, J.G. (2002) Microbiologia, fundamen-tos e perspectivas, 4 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro.

TORTORA, G.J., Funke, B.R., Case, C.L. (2001) Microbiologia, 6 ed., Artes Médicas, Porto Alegre.

PELCZAR, MJ (1996) Microbiologia: conceitos e aplicações, 2 ed., Makron Books do Brasil, São Paulo.

MARTINKO, J.M. (2004) Microbiologia de Bro-ck, 10 ed., Pearson Education do Brasil, São Paulo.

BURTON, GRW, Engelkirk, PG. Microbiologia para as Ciências da Saúde, 7 ed., Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2005.

ACTOR, JK. Imunologia e Microbiologia, Else-vier, Rio de Janeiro, 2007.