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História da Imunoloqía-------------------------Oavid W. Talmage, MO

ORIGEM DA IMUNOLOGIA vez a animais. por Robert Koch, em 1876c a partir de uma cultura invilí:o~preenchendo. assim. os postulados-de-Koeh-que afinn~ra seremnecessários para provar que a doença era causada por bacténas:.. Entre187D.s..l88J Pastem ~eser1.Yolvcu ~s trêsprimeiras vacinas atenuadas(ap6s a vacfnia): as vacinas contra a cólera das galinhas. o antraz e araiva.

A bacteriologia e a histologia foram reconhecidas como campos ci-entíficos estabelecidos durante este período. 9 gonococo, a primeiropatógcno humano, foi isolado em 1819 or AlQert Neisser. e dez outrospatógcnos foram isolados na década seguinte. De particular importân-cia para a irnunologia foi o isolamento do bacilo da difteria ar TheodQi:,Klcbs e F iederich L6ffler. em 1883' isto levou à produção do primeiro

;~ definido, a toxina diLlérica, orEmile~ e A~J::.E~Ye_rsin.ern1888. Naquele mesmo ang, os primeiros anucorpos, bactericidinasséricas, foram descrito-s por Georgc Nuttall, e Pasteur reconheceu quesubstâncias inertes, bem como organismos vivos, eram capazes de in-

-Ciúzir imunidade, Isto levou à descooerfaG.1s antiroxinas Ror Einil vonBehringeSh-ibasaburo Kitasato, em 1890,-e, -posteriorrne-nte, ao desen-v_Õ!~imento de toxóidcs para difteria e tétano. .

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A imunologin surgiu como ramo da microbiologin, desenvolvendo-se a partir do estudo d;ls doenças inkcciosas e das respostas do orga-nismo a estas doenças. Os conceitos de cont:í io e a te ria dos ncscomo causado~nç-a..-<;.~-C;;.i.r.Q.I.;+j.n.Ç)...EJ'acas.tQtQ....ll.lJlcõiCgãcfêCõõ"cmicus na Universidade de l':ídua ...Q\l e ·C.J;.c;;,:ç,ll.em 15;;16.qu.s,"o cqr:tágj~ma infccçãp que passa ele uma coisa para outra ... Ainfecção é exatamente semelhante tanto no portador quanto no receptordo contágio. O termo é mais corretamente utilizado quando a infecçãoorigina-se de partículas muito pequenas. imperceptíveis". As conclu-sõcs de Fracastoro foram notáveis, visto que eram contrárias à filosofiade sua época ao postular a existência de germes que eram muito peque-nos para serem visíveis. Foi um médico clínico quem deu mais créditoJS suas próprias observações do que às crenças tradicionais.

Passaram-se mais. de dois séculos para que outro médico. Edward~. ,ln2p.Liassc o conceito de contágio para o estudo dj.jju_unicladeproduzida no hospedeiro. Este foi o início da lmunologia. Jenncr, ummédico do interior em Glouccstcrshirc, na Inulatcrra. observou, em 1791\,que uma doença pustular observada 110Scascos de cavalos, d~-da "sebo", era frequentemente transportada por trabalhadores de fazcn- IMUNIDADE CELULAR VERSUS iMUNIDADE HUMORALdas para os mamilos das vacas, a partir dos quais era adquirida por .'~;;'i,.;~%~":ordenhadorcs. "Pontos inflamados começam agora a ~parecer nas mãos ,é:~·f·E~1883. Elie Metchnikoff observou a fagocitosc de 'esporos dee. algumas vezes, nos punhos dos cmpregad?s domestl;:os encarre~a- -:)ungos por lcucócitos e lançou a hipótese de que a imunidade era pri-dos da or?enha ... entretanto, o que torn~ o ':'Irus da van~1a bovina tao~mariamente devida aos lcucócitos. E'sta idéia provocou intensa centro-

, singular e o fato de que a pessoa que ja fOI afetada ~sta para sempre" vérsia com os defensores da imunidade hurnoral. A descoberta dopíO[cg~d~ da infecção d~ varíola 11l1l.nana; nem a exposição aos eflú~ios ';~'complemento, em J 894, por Julcs Bordet e das precipitinas, em 1897.da v~no:a n~m/lIlsc:çao de l1latcn;~J. na pele produzem a doença .. _" '~'"pôr Rudolf Kraus pareceu favorecer o lado humoral da controvérsia. A

Jcnner nao 101 cl~~o sobre a 1l;\~tlleZa do agente ..~nfe~clOso da var~o- .;.teoria da cadeia lateral de Paul Erlich, proposta em 1398, foi uma ten-Ia bovina e sua relação com fi varíola humana, porem lelatou 16 casos t ti d h . d . de vi D d . ~ .. hde resistência à varíola humana em trabalhadores de fazendas que t1-' aé1lvla e arrr;omzar os OIS p0rfn;o.s e vista, deacon 0dc;domdcrl1cd ,as

- - - - -. - '; - . EI - . .-' c u as posslllam, em sua supe ICle, uma "ran e vme a e e ca elasnh~frl screçuperado da varíola bovina, e descreveu como, dehbera-:,'·l· .'. . - ~ ,'" ~ ., .

-do . duz i . I " bti I d f id d - d ... aterais (que chamaríamos de receptores de antígcnos), que eram utili-arne nte. mtr o UZ1U matcrra o 100 a e n a a mao e um d . ";"'1 1 Q •! I I 14! . 1 179(, h I . I 'd ,l,za as para trazer nutrientes para o mterior da cc u.a. uando substân-

ore cn l."leJo_r.em c_c rnruo (C 1. no rnço c c Ill11l11CmnO a ravcs . e ;.ciós tóxicas blo ucavam uma destas cadeias laterais através de umaduas lllC!SUCSsupcrt tcuux, penetrando upcuas na pele, tendo. cada urna .. '. fi id d id q I él I . é d d - d d

. . •. D . . I 1 ' ' a iru a c aCI cnta a c u a respondia atrav s a pro uçao e crnn ccerca de meia polegada de compnmcnro'. 015 meses mais tare e. cnncr ú .' . .. b

. I -. d 'to anos de idade o 111ater'1"1de um • n mero desta cadela lateral em particular, alguma cas quais era lancadamoeu ou, no mesmo menIno e 01. . 1" , u . •.. '

paciente com varíoia - um procedimellto perigoso. porém aceito, de- . .'10.sangue, atuando como an.tlcorpos circulantcs. . ; .n'·"i~;!1'!'_;0·.·'''·:ül~çii;,. Entrctar.:c. é' ~,;n;r:0 ~Ó desenvolveu uma pc- .' .. ~m 1903, Sir Almoth Wnght constatou que os antlcorpos?odcn.;\111

. à fI· aJuüar ~c -rcccs- -c Cl'" +":1O',...._··-·s~- - ••.C'rj··--~o "·ill' a ....f'\\~.T.•"''' •.'l ..•l·. (i'/" ~cucnafcrida no local da inoculação. Sua exposição antcrror : varo a·:y. '. 1"' ·~v ~l<·ov~"v ""~.,,.: ..~:,u ,~,' '.' L_ .. ". _.;"., .. ,.--

b '. b o' t . x : 1····CÇ'íoletal da varíola humana Des::.-.,.:.:.<llmUmdade celular versus a hurnoral. Wrizht chamou estes anticorposOVIn,1 mn a o ornara Imune a ln" , , • '- .. -'''''''''a -" ..- .... '" _ ~ .ta maneira, Jcnncr iniciou a ciência da imunologia, o estudo da respos':"'7":, c,.opsomnas . ~urg!U então a prática de rotular os anticorpos de acor-ta do oruanisrno a substâncias estranhas. . 2Jf;;,·,\>t;''''fdo. ..~0~ sua aç a o o.bservada, como, por exemplo, ag iut in in as .

. ". . .. -=vÓ,'.': . recipitmas hcrn I .. b t . idi :A irnunologia sempre dependeu da tccnologia, partlc~lanl1entf ~a." ... ' . o l:lIlaS e ac cnci ma~. . ,.' i .'

elaboração de lentes-e da microscopia. Os óculos foram l~t~()dlJz~~S.i~-: Gradualmente, pereebeu-s~ que os antlc0I)Xl~ ~~n~n~ ~xercer cfci-na Europa no séc, XIV (talvez por Marco Pelo), e os telescópios f~:a~j;~~}2.~}.~nto delc~é~os .quanto benéficos e produzir hipcrsensibilidade. O ter-utilizados por Galilcu. em 1609, para descobrir as luas de Júpiter.:En~'}{:]rl().·-ana~laxJa fOI adotado por Charles Richct e Paul Portier, em 1902.tretanto os microscópios só apareQ.'ra na m.e.tad.C•.do sé"c~:XJX; os,!,c;:t~P'!:"l refc~r-~e ao estado freqüentcmente letal do choque induzido por uma

. -. '.. ." E 18"0 C···· "''''flsegunda ínjeçã d - O •• I .•. foi introd idriormcntc, o prof'rÇ.ssçula rnicrobiologia fOi dl?ldo. ~m. .i ,_;;.'!S.l!I1Jr:r,;.: c ao e antigeno. termo a ergia Ol l~l~O UZI o porT5a,:::ãinsscI;nS)U ;Iue p()~ia VS' o bac~ unt irax no sangru;--'h::cHm~:lr~~';';;;;:TClcmcn~ von Pirquct, em 190~, para ~en?t~r a reação posiuva a um testejnfectl\do,: Em 1858, Alfrcd Russcl 'v'{a1!ílC;ce Ch;:,rlcs D:}.f;~,ln.;·,~oJ1Jt,l!l- de Ct~artticaçao com tuberculina em indivíduos com tuberculose.jamcntc, apresentaram relatos propondo a çvoJvçao,atr~ve~_da;.§.çlc.::.ç~onatural- e, no mesmo ano. Louis E;.l~· demonstrou à tlHjU~t~!~ do.y!.:nho na França que a (çrro.c~e.riLdev..ída a utTLmi.e[Q:gant:s:~p,..vcl-V~.E. 18.64 J2,a.,<tGurdesaprovou a teoria d;ljJ.Ç.r;Lção e.!ii20nJilr)f,\);;cc)n~tª:9/,:JQEph Listcr introduziu a cirurgia assérri!:~;-%,cm .I,87.~ '05#descoberto por Johann Micschcr. O anthrax fOlc~E:I~;.~ltl?O Ia nrn

, .. "~1;d:rr~

._ERíODO DA SOROLOGIA::>~._. !/Os antígenos dos grupos sangü íne os e suas correspondenteslytininas foram descobertos por Karl Landstciner, em 1900. Isto le-

N~pà possibilidade de administrar transfusões de sangue sem provocar

Mais de 30 anos depois, a teoria da seleção celular e o nome dadopara ela por Burnct - seleção clonal - tomaram-se parte do dogrnaestabelecido da imunologia. Esta teoria foi confirmada por numerosos'experimentos e tomou-se popular. em 1975, com o desenvolvimento datécnica de produção de anticorpos moncclonais por Gccrges Kohler cCcsar Milstcin.

A imunologia celular atingiu o seu zênite em !966 com a descober-ta da presença e cooperação das células B e células T por Henry Claman.E. A. Chaperon c R. F. Triplett. Desde então. o estudo do desenvolvi-mente, da espccificidadc e da ativação das células B c das células Tpas~ou a ocupar a vida de grande número de imunologistas.

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o ADVENTO DA lMUNOLOGlA MOLECULAR

O RENASClMENTO DA IMUNOlOGlA CELULAR

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Alrnoth E. WrightOpsoninas.

HISTÓRIA DA IMUNOLOGIA / 3

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Peter C. Dohcrty c Rolf M. ZiukernagclRestrição das células T.

Ccsar Milstcin e Gcorgcs J. F. KóhlcrAnticorpos monoclonais.

SUSUI11UToncgawaRearranjo dos gcnes dc;,simunoglobulinas.

Prurick Kung, Gidcon Goldstein, Ellis Rcinhcrz e Stuart

SchlossrnanAnticorpo monoclonal coílirãõ-,iícIrcador CD4 {ias ~·éiilia~~T.Jon \V. Gordon ct aiCamundongos transgénicos.

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1901

GANHADORES DO PRÊMIO N08Ei.. EM IMUNOLOGIA

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1905

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1966 Hcnry N. Claman ct aiCoopcraçâo das (.'811/0.\' T {' 13,

._---------:------ .------

EMIL ADOLF VON BEHRTNG, pelo seu trabalho sobresor()terapia ..p~.rti<:ularmenteasu.a apl icação contra di ftcria.

ROI3ERT KOCH, pelas suas pesquisas e descobertas em re-lação à tuberculose.

PAUL EHRUCH c EUE METCHNIKOFF pelo seu traba-lho sobre a imunidade. r

CHARLES ROBERT RiCHET, pelo seu trabalho sobreanafilaxia.

JULES BORDET, pelas suas descobertas relacionadas coma imunidade, particularmente o complemento.

CHARLES JULES HENRI NICOLLE. pelo seu trabalhosobre o tifo. .

KARL LANDSTEINER, pela sua descoberta dos grupos san-güíncos humanos.

FRANK MACFARLANE BURNET e PETER BRIANMEDA \VAR, pela sua descoberta da tolerância imunológ'icrradquirida.

GERALD MAURICE EDELMAN e RODNEY ROBERTPORTER, por suas descobertas sobre a estrutura química dosanticorpos.

ROSAL YN YALOW, pelo desenvolvimento de radioimuno-ensaios de hormônios pcptídicos. i

BARUJ BENACERRAF, JEAN DAUSSET c GEORGEDAVIS SNELL pelas suas descobertas sobre as estruturasgeneticamente determinadas na superfície cclular.iquc regu-lam as reações imunológicas.

NIELS K. JERNE, GEORGES F. KOHLER e CESARMILSTEIN, pelas teorias sobre a cspecificidadc no desenvol-vimento e controle do sistema imuno!ógieo c pela descobertado princípio para produção de anticorpos monoclonais .

HISTÓRIA DA IMUNOLOGIA

1987 SUSUMU TONEGA W A. pela sua descoberta cio princípiogenético da produção da diversidade dos anticorpos.

celular, imunologia molccular e imunogenética. Ao mesmo tempo, airnunologia cresceu para englobar numerosos campos, como alergia.imunologia clínica, imunoquímica. imunopatologia, imunofarrnncologia,imunologia tumoral e transplantes. Por conseguinte, ela sempre forneceuuma excelente associação de ciência fundamenta! e aplicada.'

A imunologia sempre dependeu da aplicação da tccnolcgia e, con-seqüentemente, estimulou o seu progresso, como o uso da microscopia.cletroforesc, marcação com radioisótopos, irnunofluorescência. DNArccombinante c camundongos transgênicos. Em geral, a imunolcgia nãopassou a constituir uma disciplina única, porém manteve estreitas asso-ciações com muitos outros campos da ciência médica. A partir de umabase na microbiologia, os irnunologistas espalharam-se em todos osdepartamentos básicos e clínicos.

1990 JOSEPH E. MURRA Y c E. DONALL THOMAS, pelo seutrabalho sobre o transplante de células e órgãos humanos.

RESüMO

A irnunologia começou com o estudo da resposta do animal como umtodo à infecção. Com o decorrer dos anos. tomou-se progressivamentemais básica, passando por momentos de ênfase na sorologia. irnunologia

e..

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Prólogo Descobrindo o mundo microbiano 13

táticas,saúde

Ias rela..agação

FigurOP.15 O princípio da im~nização como demonstrado, or pasteur. Inicialmente Pasteur Inoculou as galinhas com umapultura velha de bactérias que causam a cólera ovlórlo: essas

,] '~alinhas permaneceram sadias, Várias semanas mais tarde, ele~; inoculou as mesmos galinhas com uma cultura jovem das bcc-~ 'térlas. Estacultura virulenta foi inócua às galinhas previamente

-W ''-::~'Tf)ó'Culadas;masfoi fatal para as galinhas não inOGloJlad,as,Esse~experimento mostrou que as culturas "velhas" de bacterias da

I"~. cólera aviário, embora incapazes de produzir doença, eram

--- ~:. ",\:copazes de produzir substâncias protetoras no sangue, deno-, ~1{1-, "ontlcoroos"I ';'1' "';Tinadas an ICorpOS

I' d~', '~'--~----------------------------------lIKICO _ a;~õ!'"rfecçâo, .~.. ·f~

Ilm.llla~1i~sla fOll!.nça ser ;;e.;,:I ~'-~"'"i-suce :-,-''f .-I 1 "',~ ,etras,'tt.1 • ,,;,~,~~t:~~~~;tt;':no febre,~; ..~~;;i,

;,ia, fre-~i;]:~{I'V''''''''''''':!Oê. Em;t'f '.;s (1818- ~fJ$i,'", 'I"io uso deil;pstetras':,YI,",:'I) '~'~'"

;~Joseph ,;~:anter as~;!.icrorga-'i:,-cirúrgi-'!

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'0f;li;',;>f, ';,M;' Permanece saudavel

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Cul~r~ pura de bactérias da cóleraoviártacorri 8 semanas deincubaçõü (cultura atenuada)

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Galinhainoculada

- ·çv..':li Várias". semanas

Galinha não inoculadapreviamente

Cultura jovemvirulenta debactérias dacólera aviária

Permanece saudável

InoculaçãoInoculação

Morre

ca eram freqüentes. Em 1864, por exemplo, os relatos deLister demonstraram que 45% de seus próprios pacientesmorreram desta maneira.

. O ácido carbólico, também chamado de [enol, destruíaas bactérias, propriedade' já connêCiê!a-:nãqüêTã--::-épõcã.-~Assim, Líster embebeu as compressas cirúrgicas com umasolução diluída dessa substância química e ainda borrifou-a na sala de cirurgia (Figura P.14). Tão notável foi seusucesso que a técnica foi rapidamente aceita por outroscirurgiões astutos o suficiente para reconhecer o significa-do dos achados de Lister. Seus experimentos deram origemàs técnicas assépticas atuais que previnem infecções.Hoje, uma variedade de substâncias químicas e processosfísicos pode reduzir o número de microrganismos em salascirúrgicas, enfermarias para recém-nascidos prematuros esalas onde as drogas são distribuídas.em.frascos.estéreis __ ,,_~_

Imunização

Em 1880, Pasteur usou as técnicas de Koch para isolar ecultivar a bactéria que causa a cólera aviária. Para confir-mar a sua descoberta, ele organizou umademonstraçãopública na qual repetiu um experimento .que havia sido

, bem-sucedido em várias tentativas preliminares, em seulaboratório. Ele inoculou uma cultura pura da bactéria emgalinhas sadias e esperou que elas manifestassem os sinto-mas e morressem, logo após. Mas, para sua surpresa, asgalinhas não adoeceram e não morreramjf'igura P.15)!

Figura P.16 Edward Jen~er vacinando (inoculando) JamesPhipps com material proveniente de animal com varíola bovi-na. que resultou no desenvolvimento de reslstênclc 'à infecçãopelo virus do varíola humanu. ,-'~'-- ,- ----,-----

14 Microbiologia, Conceitos eAplicações - Volume I

Pasteur, revisando cada etapa de seu experimento, ve-rificou que acidentalmente tinha usado culturas com váriassemanas de incubação, em vez das culturas jovens, recen-temente preparadas para a demonstração. Algumas se-manas mais tarde, ele repetiu o experimento usando doisgrupos de galinhas: o' primeiro grupo foi inoculado noexperimento inicial com culturas velhas e o outro gruponão foi exposto à bactéria da cólera. Depois, os dois gruposreceberam bactérias provenientes de culturas jovens. Asgalinhas do segundo grupo morreram, mas as do primeiropermaneceram sadias.

Intrigado, Pasteur logo encontrou a explicação. Eledescobriu que as bactérias podiam tomar-se avirulentas(isto é, perder sua virulência, ou habilidade de produzir

""', uma doença), quando cultivadas por muito tempo. Masessas bactérias avirulentas ainda podiam estimular no hos-pedeiro, no 'caso as galinhas, a produção de substâncias queprotegem de infecções subseqüentes e, assim, torná-loimune às doenças.

Pasteur, em seguida, aplicou este princípio de imuniza-ção na prevenção do carbúnculo, e outra vez, ele funcio-nou. Ele denominou as culturas avirulentas de vacinas (do

Figuro P.17 Estemonumento, nos jardins do Instituto Pasteur,Paris,homenageia as contribuições de Pasteur no controle dajolvo,

Figuro P.18 Elie Metchnikoff, um microbiologistá russotraba-lhando no laboratório de Pasteur,foi a primeira pessoa a reco-nhecer a função de certas células brancas do sangue emcombater uma infecção bacteriana.

latim vacca, vaca) e o processo de imunização com taisculturas, de vacinação. Usando estes termos, Pasteur reco-nheceu os trabalhos prévios de Edward Jenner (1749-1823), que tinha vacinado com sucesso um garoto contra avaríola humana em 1798 (Figura P.16). Jenner ouviu rela-tos de leiteiros que adquiriram a varíola bovina de suasvacas, e estes nunca desenvolveram quadros sérios de va-ríola humana. Ele supôs que a exposição à varíola bovinade alguma maneira os protegia contra à varíola humana.Para testar esta hipótese, ele inoculou soro de animal comvaríola bovina em James Phipps e posteriormente injetouamostras que continham <? agente da varíola humana. Ogaroto não adquiriu varíola humana.

A fama de Pasteur espalhava-se por toda a França,tornando-se prevalecente a crença de que ele poderia ope-rar milagres com os microrganismos, Não foi surpresaquando ele foi consultado para fazer uma vacina contra ahidrofobia ou raiva, uma doença transmitida às pessoaspela mordida 'de cães, gatos e outros animais infectados.Sendo um químico e não .um médico, Pasteur não estavaacostumado a tratar humanos. No entanto, finalmente eleconcordou em devotar sua usual determinação e habilidadeno combate à raiva, que era quase invariavelmente umadoença fatal.

Apesar do fato de que o agente causal da raiva eradesconhecido, Pasteur acreditou firmemente que se tratavade um microrganismo. Ele reproduziu a doença em coelhosinoculados com saliva de cães raivosos: Quando o coelho'inoculado morria, Pasteur e' seusassistentes retiravam o.cérebro e a medula espinal, secavam-nospor vários dias,pulverizavam-nos e, por fim, faziam uma suspensão do pó

______ obtido. A inoculação _d.eSª~§_~ÇlIll.~::;!g.__mistura protegia-oscontra a raiva.

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robo. . '''i4m~_Contudo, a vacinação de cães era bastante diferente do Um outro avanço na quimioterapia ocorreu em 1932,reco"trátamento da doença humana. Então, em julho de 1885, durante a Segunda Guerra Mundial. Gerhard Domagke em ~i\w' jovem chamado Joseph Meister foi mordido por um (1895-1964), um médico alemão, descobriu que o grupo de

~fi? .Jebo raivoso e sua família persu~diu P~steru: ~ vacinar a substâncias químicas denominado sulfonamidas ou sulfas,~,;. .'cfiança. O preocupado Pasteur ficou tao aliviado como era muito efetivo contra várias infecções bacterianas ..1;L~.~q~qu~Lº!lg.,!_ pe~o..~.__q~an,d?, .ap.~s várias semanas de .Como,exemp-lodessa-efetividade;--a taxa de fatalidades por

--:,' IDoculação, o garoto nao morreu (FIgura P.I7). infecções meningocócicas entre os soldados americanos na!(_:,~}::~~~'QuandÔPasteur salvou a maioria de um grupo de Segunda Guerra Mundial foi apenas 3,9%, comparada com~"::{_::'ltvr~dôres russos que foram mordidos por lobos raivosos, 39% na Primeira Guerra Mundial. Domagk ganhou o'!;, .~··__.ÓrêZá{enviou-lhe 100.000 francos. Esse dinheiro, em con- Prêmio Nobel por seus esforços e auxílios prestados nas+. ::,--:i~l';jJiitocom outros donativos provenientes de todos os luga- pesquisas de agentes quimioterápicos. Esses agentes uni-;~ .~-'/ :i'ês" do mundo, foi o início do mundialmente famoso ram-se às substâncias químicas extraídas de plantas no~.,' :..,.."mstitúto Pastem, em Paris. combate às doenças.

Ú; ;':::,','i~~:~~moutro conceito fundament~ da imunologia foi des- A de~coberta da penicilina iniciou u~' ouir~ período!{'{{I~i'fcóberto pelo russo Elie Metchnikoff (1845-1916; Figura importante' da quimioterapia, aquele que contava com

e ..' _P.18). Enquanto estudava larvas de estrelas-do-mar, ele, __. substâncias produzidas pelos microrganismos. Em 1928,'~77obSeiVoli'que certas Eéflilãs englobavam lascas de madeira 'anos antes do .adventcdo traiamento c()mslIlfonamidas, o_f,;:;-5quetinham sido introduzidas na larva. Tais células foram microbiologista escocês Alexander Fleming (1881-1955)"'''' ':'"çl~l,19minadasfagócitos, palavra. originada do grego que relatou que uma substância sintetizada por um fungo

significa "devorador decélulas", Metchnikoff, enquanto comum, o Penicillium notatum, inibia o crescimento de\ a.Q?.I:ha'(aÍ1() InstitutoPasteur em Paris, verificou que certas bactérias. Foi uma descoberta quase ao acaso.'~rtP.~leucócitos (célulassanguíneas da série branca) "co-, ". "~:?P~'.bactérias causadoras de .doenças, p.a maioria dos A descoberta da substância, que foi denominada peni-

:":z'd.'ffiL~~~s?incluindoo homem.Ele formulou a teoria d~ que cilina, levou a um círculo vicioso. Um dia FlerningnotousJagócitos eram a primeira e mais importante linha de que um fungo tinha contaminado algumas placas de cul-

d~f~s/~oÍ1tra a infecção. Por êsta ,descoberta, ele (junto tura de bactérias que estava estudando e rejeitou-as, imagi-H·ffit.~Íl~Ehrl~ch) recebeu '6 PrêIllio Nobel,' eIP-1908.' nando que as culturas estivessem inutilizadas. Mas quando

.~.(~'.~.:.:~..•..~,·•.~~:ot~raPia . . ;::~=~:E:~~~:~:::~}:~~~n~:~~;~~%~duzia alguma substância que inibia o crescimento da bacté-

';"b~qf:l!miott;rapiatem sido praticada por centenas de anos. ria. Seu relato original não foi notificado até dez anos após. ,9(.~ercúrio era usado para tratar a sífilis já no ano .de 1495, a sua observação, mas o foi somente quando um grupo da

~ .Ór: L<G<~_cascáda cinchona (que contém quinina) foi usada na Universidade de Oxford verificou que a substância quírni-Ç3';] , "i .. ':-'~§oric~ do Sul duranteosécnío-Xvlf-para-tratar a malá-' . ca antibacteriana tinha 'origem microbiana. o impulsoe-'~~)'~~'~>::..";JÍ..a"Antesdaviazem de Colombo-à-América-nativos do maior para essa pesquisa foi a Segunda Guerra Mundial e

~ '. ;'~._.;~;;'- ••"A·~· .."_._" < •• b .... ~... _ .'_ ~ _, ..-

sa :~.:i~;;Ú;;}2.r~s.~Usavam ~lraiz de ipecacuanha para tratar disenteria. as doenças cios campos de batalha. O grupo, conduzido pora a t.~~tr/'{\~~Ílll,as plantas. funcionavamcorno fonte original de Howard W.Florey (1898-1968) e ErnstChain (1906-as j ':;;~ç:~:~get!!e,s,quimioterapêutico~: Somentecoma brilhante d~s- 1979), conduziu experimentos clínicos coma penicilina,

os. .~.~.,Y;fto'f.2.be~tade Paul Ehrlich, é que:a químioterapia moderna com resultados fantásticos, o que fez com'qu~ a penicilinava h;, t;,f teve 'seu início. ' . fosse rapidamente referida como a "droga.milagrosa". Flo-le ~ ,~"~':'/"'~;'),,,.. __. .._ " .'._ " • _, .: _:__. rey, Chain e Fleming, posteriormente, ganharam o Prêmiode~;~,t,.:t'li('p::!de.s·ejoAde.Ehrli~l1oela~c?Í:trarymá::arma mágica" Nobel em '1945 por seus trabalhos. o ,.',

a ~ ff :f ':1-;,!-;lf-m-;~ .substância qUlIIllcatao_e~I~a~ que Jo.s~e capaz de '0"'/ ",. "., ". -

11?~~~~~~~:b~~:~~:'~~'%:6in~e~~=:~~~....;"~"..: ' ..,,;;~!!~~.' :':ra j~~.'.'~le~1-Ie'sejavaencôntrar:uma-'arma1TIâgicâiqliepudesse ser Desenvolvimento em Outras~:Areas !.

vaÉi .~.s!~a:on:o.}~~t~n1e.ri~ô?é ~·~~!,~?~:s.~~!~!íti~o~:Pa~a~s~ê~~, (.oS;\:';;;l;L.,:;. 1:10 '" --,. .I!

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Prólogo Descobrindo o mundo microbiano 15

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16 Microbiologia, Conceitos e Aplicações - Volume I

Figura P.19 Dois dos principais colaboradores 'para o conhe-cimento sobre a importante função dos microrganismos nosolo. [A] Sergei Winogradsky (1856-1953) e [B] Martinus Beijerinck(1851-1931). descobriram muitas das reações químicas reali-zadas pelos microrganismos no solo.

dos microrganismos na agricultura e na indústria. A micro-biologia do solo iniciou-se no final do século XIX com omicrobiologista russo Sergei Winogradsky (1856-1953;Figura P.19A). Ele descobriu que certas bactérias do solopodiam absorver o nitrogênio atmosférico e convertê-loem nutrie:rites--p-ara-'ãs'-plãntas~ -Também deScoorlU queoutras espécies de bactérias podiam transformar a amônia,que era liberada de plantas e animais em decomposição,em nitratos - uma fonte primária de nitrogênio para asplantas. Winogradsky fez uma observação fundamentalsobre a função dos microrganismos na transformação quí-mica envolvendo enxofre, ferro e seus derivados. Duranteos estudos, ele descobriu que certos micróbios cresciamsomente em presença de compostos inorgânicos - umexemplo desta categoria nutricional de microrganismo serádescrito neste texto. Eles não cresciam em ágar nutriente,utilizado por Koche seus colaboradores-para-o cultivo dosmicróbios que causavam doenç~s.

Winogradsky e seu contemporâneo, o microbiologistaalemão Martinus W. Beijerinck (1851-1931; Figura P.19B)introduzirain as técnicas de enriquecimento de culturas -um procedimento que melhorou a possibilidade de isolartipos especiais de microrganismos, tais como os do solo eda água. Por exemplo, suponha que você queira isolar ummicrorganismo' do solo que tenha habilidade de decomporcelulose, 'que é a substância mais rica em carbonos, emplantas: Inicialmente, prepararíamos um meio líquido comcelulose corno única fonte de carbono em frascos ou tubosde ensaio. A seguir, inocularíamos o meio com amostras dosolo, incubaríamos por vários dias e faríamos a transfe-rência para um meio de cultura novo. O processo é repetidovárias vezes. Os microrganismoscapazes de usar celuloseaumentarão em número (O meio é enriquecido com essapopulação). De certa forma;' este procedimento é análogoao processo de seleção -na'tural .::.:.a composição do meiofavorece o crescimento 'de uiri'fip'o"particulai de microrga-nismo. 'Usando 'esta técnica, Beijerinck descobriu' que oodordesagradável do' canal Delft no verão era devido àsbactériasque' podiam'ÜIfisformar sulfatos em sulfeto de~idrogên,io,gue telri-odorde.'ovo estragado.>

~,.}:~~ij~~.w.c~tambémdescobriu as bactérias que crescemnas 'raízes 'de leguminosas, tais como alfafa, alho e soja.Élàs~6àusaíri'~m espessamento do tecido da raiz, formandouin 'Íiód~lo:'Ás bactérias absorvem nitrogênio atmosféricofô~né~~n(19~à éom~ alimento para as plantas. Átu~ilmente?~,air:is~l~.orés,'ante~ de. plantarem, inoculam nassementesd~J~g}.l,~~.p.o.sas.culturas .especiais dessas bactérias paraaHl1l.~,~tarª produção. " .;.

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,q-:'::.A introdução da microbiologia na indústria foi sugeri-.da pelas pesquisas de Pasteur em processos de fermentação

.... . .... __._._.d~_u"'~J~_aE(l_PIºd..!!窺_de _y.iIlJ1Q.:~E~!!.~ntoJ.J!..~a..aborda-gem mais precisa foi lançada por Emil Christian Hansen

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;om ';Jf--,": :~l(i1i>;.::, _ '. ..bos ~'~."n8j2-1909)em Copenhague, Dinamarca. Hansen abriu os d~ }, J.,:,;,~~~pho.para o uso de culturas iniciadoras, culturas des.fe-L:I!~;'tf)t~~0~~ge~ejados d;. microrg~nismos. ~ara a produção detido ~.~~ ."su]:~stancIas específicas. Assim, "adivinhar" qual produtolose ~~ :" séráelaborado pelos microrganismos usados na indústriaessa 1~::çsl~ya fora de questão. Hoje, vinícolas, cervejarias, fábri- Esta aparentemente complicada diversidade bioquími-ogo~ft.'.,' ~,~ssdequeijo, manteiga e produtos fermentados tais como ca entre os microrganismos foi brilhantemente interpretadalej,~ ;E, ~~'J9g~rteutilizam culturasvíníciadoras'lpararnanter a quali- pelo.microbiologista holandês A. J. Kluyver (l8.~~J9~6):

'!Jl~~::~e~sprodutos_---_- ... ~E:s~~~~~~~]J;1~~1.::~;~a:~:a:?~;de l)~i' ÚaíHGi.h Li' mos, inclusive o homem. Concluiu que, ~pç~_a!çl~st~aparente) ':tlk, .'.icrobiologia e Bioquímica> , ,,: )::i.. diversidade, háum grau de semelhança ...sjgniJ.i.cªti~o,eJt~r(qs

• !~. ~.~) -, -, ,"': ' .,. sistemas vivos, ou unidade bioquímica.)Jm"dos;.alun9s. de

~~~:;~t~;~CIO dosécul~XX, houveumcres~ntec:,nhe, ~~~::Óri~~~:;;oN~;~g::;!~2~}i~;;:g~:~e~~:~rido 11 ..~tnto da enorme capacidade dos microrganismos em temadeunidadebioquímicaentreosmicrorga.nismos ..Muitosrico ~)" ,,:J'~~ar transformações químicas. As pesquisas de Wino- microbiologistasconternporâneos foram, .educadosetreina-~nte~i' /.:gr~~s~y, Beijerinck e outros revelaram a atividade química dossob sua supervisão. .; :,':·1' i 'C!' .. '; , '..rtes ,~. dOS,;:lllcrorganismos no solo. Foi-se compreendendo que o ' , .', ,.,:. ' ..lara. J.~.~,;'.;,.us.~,j~e::~i~rorgani~~os para a produ~ão industrial :ra Outras evidências para o conceito de unidade na bio-

;J;l~ '.: dep,endenteda habihdade para .produzir transformaçoes química de sistemas vivos vieram de experimentos nutri-; : '1 ,~~l/'qliír:q~c.as:,Além disso, a necessidade de informação mais cionais com bactérias. Já é conhecido que.o crescimento deeri-l:...·...'~d~;>crIh:vapara c~racterizar e dife:enciar os inicr?r~anis- bactérias é dependente de ou acentuado por pequenasção ~~: /;. JI1P~,fOlreconhecida. Logo, pesquisas sobre as atividades quantidades de extratos de fígado, leveduras e outros mate-da-"r,: .químicas dos microrganismos =a bioquímica --:-come- riais. Esses extratos, referidos como fatores de cresci-sen.:r;:.~..:_..:?~~~~a fom.~c_e~__\7ária~.in.!:orm~ções. Parece não have~ '!2.entq2_J~:~~_~~~i~ tar~~~9~.r:~~~ad~~3_~~..<?,._s:~9() __._. __

Prólogo 'Descobrindo o mundo microbianoW-----------------------------------------------------------~----------------------------

:1"-·Fl9urOP.20. A, J. ~Iuyver (188~-1956) e C. B. ~an Niel (1897-1985). Kluyver sucedeu Beijerinck como diretor do Laboratório de.~ MlcróbiOlogia da Unlve.rsl~ade Te~nlc.a de Delft, Holanda, em 1922. Ele - IniCialmente. SOZinhoe mais tarde com seu estudante C. B.~ Vi:; ;Niel- deu contríbulçóes Significativas para o conheclrnento sobre a ctlvidode quirruco dos microrganismos.

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limites para 'os tipos de substâncias que po'cte~' se~deê~r;~postas ou o tipo de novos compostos químicos produzidospelos microrganismos. Os estudos foram '.direcionadosnosentido de determinar as etapas das transformações químicas.

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18 Microbiologia, Conceitos e Aplicações - Volume I

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vitaminas, incluindo tiamina (vitamina B1),'piridoxamina(vitamina B6), cobalamina (vitamina Bd é outras.Algumas bactérias requerem as mesmas vitaminas requeri-das pelos animais e pelo homem; a função das vitaminas éa mesma em todos os sistemas biológicos.

.em Neurospora: Juntamente coni eles, Joshua Lederberg lê" jrecebeu o Prêmio Nobel (Figura P.21C), pela descoberta de : 'o;,: "0 Tablque o material genético podiaser transferido de uma bacté- •.of: fria para outra. .;

A função do DNA na genética bacteriana foi observadapor Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty, emsuas pesquisas no Instituto Rockefeller com uma bactériaque: causa pneumonia, denominada pneumococos. Elesdescobriram que o DNA de um tipo de pneumococos podia"transferir" uma característica hereditária (informação ge-nética) a um outro tipo de pneumococo. Mais tarde veio amarcante descoberta da estrutura molecular do ácido deso-xirribonucléico (DNA) por James Watson, Francis Crick eMaurice Wilkins (vencedores do Prêmio Nobel, em 1962).Essas descobertas, junto com outras, estabeleceram que àinformação genética de todos os microrganismos era codi-ficada pelo DNA. Isto fez com que os microrganismos se

Antes de 1940 havia especulações com poucos fatos sobre. tornassem modelos extremamente atrativos para a pesqui-a genéticá de microrganismos. O conhecimento sobre' ge- sa genética. Recentemente, muitas descobertas fundamen-nética vinha de pesquisas com plantás e o ànimais.Ticàva tais de processosgenéticos em nível molecular têm sidoaberta à questão sobre quantos dos resultados -obtidos por realizadas mediante pesquisas com microrganismos. Osmeio dessas pesquisas eram aplicáveis aos rnícrorganis- cientistas também têm analisado e diferenciado DNAs iso- ;~mos. Entretanto, limá reviravolta radical ocorréurio 'pe- lados de muitos organismos. Além disso, habilidades técni- :rríodo o de 1940 ~ uma série de descobertas; colocou 'Os cas e o uso de novas enzimas têm sido desenvolvidos, por ; ~,microrganismos' na linha de frente da pesquisa 'genética, meio dos quais a molécula de DNA pode ser "cortada e ,~~, .George Beadle e Edward Tatum, em 1941, trabalhàndo emendada" para incorporar um novo fra~e~t~ de DNA;~,tcom o fungo Neurospora, isolaram mutantes c()m dife- este novo fragm~nto de ?N~ c?nfere ao ~Icr?bIO receptor,::j "rentes deficiências em sua habilidade para sintetizár um uma nova capacidade bioquímica. Estas tecmcas de trans- ~;'ffo

composto particular. A cepa parental de Neurospora não ferência de um fragmento de DNA de um organismo para,~<'tinha nenhuma deficiêncianutricional. Por meio de estudos outro são chamadas àetecnologia do DNA recombinante ~~;.~~com esses mutantes nutricionais, foi possível estabelecer a ou engenharia genéticart) resultado das pesquisas genéti- >.:1via pela qual o dado composto é sintetizado. Beadle '(Fi- cas com microrganismos tem sido tão significativo que ';l~{gura P.21A) e Tatum (Figura P.21B) foram agraciados com muitos pesquisadores, além daqueles já mencionados, têm ,f~

'õ-Piêiiiió Nobel em 1958 poi-suas descobertas gcnélicas·----Sidoagc,ciados comOl'rêmloN obeirá;Suas deiCobertas'I~~, .

As realizações, durante este período da microbiologia,foram ressaltadas por Kluyver e van Niel em 1954, naUniversidade de Harvard, em uma série de conferênciasintituladas A Contribuição dos Microrganismospara aBiologia (Figura P.20). ' o • o o - ,

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Prólogo Descobrindo o mundo microbiano 19

Figura P.21

Em 1958 o Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medi-cina foi conferido a [A] George W. Beadle; [B]Edward l. Tatum; e [C] Joshua Lederberg, porsuas descobertas de fenômenos genéticos emmicrorganismos.

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Louis Posteur

Ignaz Semmelweis

Alguns eventos importantes para o desenvolvimento da microbiologia.- ~'-;:\, ':':"~' . .

Evento Autor Período

Século XVIISécúloxvílí ~ , ,~,,,'sC

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Antony van Leeuwenhoek

Car! Unnaeus

Edward Jenner

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Descoberta do mundo microbiano

" Primeiro sistema de classificação dos microrganismos

Descoberta de que a vacinação com vírus da varíola bovina prevenia avaríola humanaifia ..§

les k~!~I10-1k e t~',.-/?'"

; Ia ~:~.'.~.;.';di- 'I'\se:l'l~~~·.:I.!.:,ido .~'05 i.,::~ .~;

so-';~'1 ','ini-;.~ . Descoberta das doenças de plantas causadas por bactérias

(:~ ;~Ii: :::::: :,~ÇOO dos víruscom o cóncer

l,tor .:.;..t.·....' Descoberta de um agente quimioterãpico especifico para curar uma. • ,.doença bac!eriana - conceito de quimioterapia

ns- /J. Descoberta dos vírus bac!erianos (bacteriófagos)

·lara (~.; Reconhecimento da diversidade bioquímica dos microrganismos e'(~~~t" ~~:;::~:~~:::::o c:~~::::i::~n:::~:an:eb~::~:~~a de sistemas vivosG1ue (

.-. tiA t., Primeira edição do Bergey's ManualI e.~ ,.Íi- .:..__ ..Itas. ·H~<::;.

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. Refutação da teoria da geração espontânea

, Estabelecimento de que a febre do recern-noscldo era transmitida pelasmãos contaminadas dos médicos1\."'" L..L' .....~. ,

,gesenvolvimento dos conceitos de téc:~ic:9asséptica Joseph Lister

Pasteur

Pasteur e Robert Koch

. Koch

Comprovação da teoria microbiana da fermentação

:.,S~~~IEJ~imento da teoria microbia0a. d<?sdoenças

":pesenvolvimento de técnicas loborotoriols mcrôblologlc1js--~

:tlP.cistulddosde Koch: critério pard-esfâbeTecer oãgentécau'sarda doença

Descoberta de que culturas avirulentas Erc:d.lJZiarnimunidade

Descrição da função das células sanguíneas da série branca e a teoria daimunidade celular Cfagocitose)

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'Koch

Pasteur

Elie Metchnikoff

Descoberta das atividades químicas dos microrganismos no solo Sergei Winogradsky e MartinusBeijerinck

Hans Christian GramDesenvolvimento da coloraçâo diferencial para bactérias (coloração deG~m) .

Thomas J. Burrille Erwin S. Smith

Dmitri Ivanovski Século XX

Beijerinck e Peyton Rous

Paul Ehrlich

Primeira década do século XX

Felixd'Herelle e Frederick Twor!

A. J. KJuyvere C. B.van Niel Segunda década do século XX

F.Parker e R. N. Nye

D. Bergey e R.Buchanan

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Tabelo P.2 Alguns eventos importantes para o desenvolvimento da microbiologia. (Continuação.)

Evento

Gerhard Domagk

. • .__________ Alexander Fleming, E. B. Chain e- --R. W. Florey'

Max Knoll e ErnstRuska

Wendell Stanley

George W. Beadle e Edward L.Tatum

Oswald Avery, Colin MacLeod eMaclyn McCarty

Beadle, Joshua Lederberg eTatum

Hans A. Krebs

Descoberta dos efeitos antibacterianos da sulfonamida - Prontosil

Descoberto.do penicilina

Introdução da microscopia eletrônica

Cristótizoçóo de um vírus

Isolamento de mutantes bioquímicos e descoberta de que a exposiçãoao raio X aumentava a freqüência de mutação

Deíinição do DNA como substância química responsável pelaereditariedade

Descoberta dos processos genétiCOS em microrganismos que regulamprocessos químicos específicos

Descoberta do ciclo do ácido cítrico

Descoberta da estrutura em dupla hélice do DNA e início da genéticamolecular

Desenvolvimento da vacina antipoliomielite

Controle da replicação viral pelo .DNA

Descoberta do interferon, um inibidor da replicação viral

:>escoberta da natureza das regiões de controle da molécula de DNAoc a produção de enzírnos reguladoras (teoria do operon)

::.ecitrondo o código genético

_esenvolvimento de técnicas para o estudo da organização genéticaoeamento genético) .

::eoc:oberta da interação entre o vírus.tumoral e o material genétiCO::::sUeI

::ssenvolvimento da engenharia genética utilizando tecnologia do DNAaoombinante

ção da teoria do desenvolvimento do côncer - demonstração decncogenes nas células

Autor

James Watson e Francis Crick

Jonas Salk e Albert Sabin

Alfred D. Hershey e Martha C.Chase

Alick Isaacs

Francis Jacob, Jacques Monode André Lwoff

Robert W. Hollev, H. GobindKhorama e Marshall Nirenberg

Werner Arber, Daniel Nathans eHamilton O. Smith

David Baltimore, Howard M.Temin e Renato Dulbecco

Paul Berg, WalterGllbert eFrederick Sanger

J. Michael Bishop e Harold E_Varnus

Período

Terceira década do século XX

Quarta década do século XX

Quinta década do século XX

Sexta década do século XX

Sétima década do século XX

Oitava década do século XX

Assim, em um período de aproximadamente 150 anos(como resumido na Tabela P.2) temos observado a micro-iologia emergir de debates sobre a existência e a origemos microrganismos para uma disciplina científica maior

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dentro das ciências biológicas. Além disso, os microrganis-mos estão-se tornando um "instrumento experimental"poderoso para explorar os fenômenos biológicos em todasas formas de vida.

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