Docente:

Prof. Dr. Felipe S. Chambergo – fscha@usp.br

Data: Quinta-feira 14 – 18 h / Sala Virtual: ACH5525 - MeetGoogle

USP – 2020

Biotecnologia

ACH5525 Microbiologia, Imunologia e Parasitologia

2o semestre 2020

Biotecnologia

ACH5525 Microbiologia, Imunologia e Parasitologia

2o semestre 2020

BactériasEstrutura, classificação, morfologia (estruturas e funções),

reprodução, fisiologia, metabolismo e genética.

Infecção e patogenicidade (fatores de virulência)

Transmissão e disseminação de microrganismos;

Bactérias de importância em saúde humana

Gram-positivos

Gram-negativos

Controle e Antimicrobianos

Morfologia e Estrutura das Bactérias

Existem há mais do que 3,5 bilhões anos.

Graça às estruturas simples, bactérias podem sobreviverem

todos ambientes da terra.

Podem ser encontrados por exemplo no ar, no solo, na água,

vulcão, no mar profundo, nas fontes quentes, no gelo, no sal,na

pele dos homens, etc.

Em condições desfavoráveis algumas bactérias formam esporos,

que podem sobreviver milhões de anos.

Bactérias

ArqueasA principal diferença entre as bactérias (bactérias e cianobactérias)

e as arqueas está na constituição química da parede celular. As arqueas

apresentam polissacarídeos ou apenas proteínas em sua parede celular,

enquanto as bactérias possuem o peptideoglicano.

Halófilos extremos: organismos que vivem em ambientes extremamente

salinos, exemplo são indivíduos do gênero Halobacterium.

Termófilos extremos: organismos que vivem em ambientes extremamente

quentes. Eles possuem adaptações que tornam suas proteínas e material

genético estáveis nessas temperaturas.

Metanogênicos, vivem em ambientes moderados, como pântanos e vísceras

de herbívoros, utilizam hidrogênio para reduzir o gás carbônico e produzir

metano.

• Organismos unicelulares• Microscópicos• Procariontes• Vivem isolados ou em colônias.• Encontrados em todos os ecossistemas da

Terra.• São de grande importância para a saúde, o

ambiente e a economia

• Esféricas

• Forma de bastão

• Forma espiral

• Forma de virgula

Cocos

Bacilos

Espiroquetas ou Espirilos

Vibrião

Cocos e Bacilos podem unir-se => colônias

• cadeias

• grupos

• pares

(“estrepto-“)

(“estafilo-“)

(“diplo-“)

Bactérias

Meio de Cultura

Staphylococcus aureus

Colônias de enterobactérias

Estrutura da célula bacteriana

CÁPSULAA cápsula é formada pelo glicocálice, o qual consiste em uma substância polissacarídica produzida no citoplasma e secretados para a superfície celular.

Funções da cápsula:

1. Impedir que a célula seja fagocitada por células de defesa.2. Promover a adesão das bactérias em diferentes substratos (dentes humanos,

trato respiratório, mucosa intestinal, etc.)3. Proteger as bactérias contra desidratação e choques mecânicos.

cápsula

Gram-negativas:

Escherichia coli (em algumas cepas)

Neisseria meningitidis

Klebsiella pneumoniae

Haemophilus influenzae

Pseudomonas aeruginosa

Salmonella

Gram-positivas também podem possuircápsula:

Bacillus megaterium por exemplo, sintetiza uma cápsula composta de polipeptídeos e polissacarídeos.

Streptococcus pyogenes sintetiza uma cápsula composta de ácidohialurônico.

Streptococcus pneumoniae

Streptococcus agalactiae produz uma cápsula polissacarídica de nove tipos antigênicos (Ia, Ib, II, III,

IV, V, VI, VII, VIII) que contém ácido siálico.

Staphylococcus epidermidis

1. Cápsula:

Estrutura morfologicamentedefinida

2. Camada Mucosa, Camada S:

Substâncias poliméricas extracelulares (SPE)

Goma Xantânica e feita com

substancias poliméricas

extracelulares da bactéria

Xanthomonas campestris

Envoltório semi-rígido, o qual é alvo de muitos antibióticos, composto por ácidodiaminopimérico (DPA), ácido murâmico e ácido teicóico além de aminoácidos,carboidratos e lipídeos. Uma macromolécula complexa denominada peptideoglicano(Polímero de carboidratos associados à proteínas, também chamada de mucopeptídeoou mureína) forma a estrutura rígida da parede.

químicaAs bactérias podem ser divididas em dois grandes grupos, segundo a composição da parede celular:1) Bactérias Gram-positivas ~ 15-50% peptideoglicano2) Bactérias Gram-negativas ~5% peptideoglicano

Parede celular

Coloração de Gram

Christian Gram - 1884

Gram-Positivas:Composta de proteínas, lipídeos, peptideoglicano e ácidos teicóicos(cadeias de polifosfato com resíduos deribitol e glicerol), essas bactérias sãosensíveis à lisozima e sua paredeconstitui o local de ação de algunsantibióticos além de apresentarelementos básicos para identificaçãosorológica.

Gram-Negativas:A membrana externa é o que distingueas bactérias Gram-negativas, servindocomo uma barreira seletiva para aentrada e saída de algumas substânciasda célula e podendo ainda causar efeitostóxicos sérios em animais infectados.A estrutura da membrana externa é

por fosfolipídios, e lipopolissacarídeos

composta lipoproteínas (LPSs).Os lipopolissacarídeos estão localizadosexclusivamente na camada externa damembrana, enquanto que osfosfolipídeos estão presentes quasecompletamente na camada interna.

Endotoxina

Os LPSs são compostos por três segmentos ligados covalentemente:(1) lipídeo A, firmemente embebido na membrana;(2) cerne do polisssacarídeo, localizado na superfície da membrana; e(3)antígenos O, que são polissacarídeos que se estendem como pêlos a partir da superfície da membrana em direção ao meio circundante.A porção lipídica do LPSs é também conhecida como endotoxina e pode atuar como um veneno, causando febre, diarréia, destruição das células vermelhas do sangue e um choque potencialmente fatal.

A membrana citoplasmática tem espessura de aproximadamente 10 nm e separa a parede celular do citoplasma.É constituída principalmente de lipídeos e proteínas, desempenhando importante papel na permeabilidade seletiva da célula Ela difere da membrana citoplasmática das células eucarióticas por:

- não apresentar esteróides em sua composição;- ser local de numerosas enzimas do metabolismo respiratório (mesmas funções das cristas

mitocondriais);- controlar a divisão bacteriana através dos mesossomos.

Membrana celular:

1. Transporte de solutos

- Difusão facilitada

- Transporte ativo

- Translocação de grupo

2. Produção de Energia

- Transporte de Elétrons

- Fosforilação oxidativa

3. Biossíntese de Macromoléculas

- Lipídios de Membrana

- Peptidoglicano

- Ácido teicóico e Ácido lipoteicóico

- Polissacarídeos extracelulares (LPS)

- Duplicação do DNA

4. Excreção de Enzimas hidrolíticas

5. Taxia: Quimiotaxia / Fototaxia

Hialoplasma ou citosol, possui 4/5 de água e 1/5 de substâncias dissolvidas ou em suspensão (proteínas, carboidratos, lipídios, íons, etc).Possui em seu conteúdo: Ribossomos (única organela), plasmídeos e o cromossomo circular único (região do nucleóide).

Citoplasma

Plasmídeos: algumas bactérias possuem moléculas menores de DNA, tambémcirculares, cujos genes não codificam características essenciais, porém muitas vezesconferem vantagens seletivas à bactéria que as possue.Essas moléculas chamadas plasmídeos são capazes de auto-duplicação independenteda replicação do cromossomo, e podem existir em número variável no citoplasmabacteriano.Principais funções dos plasmídeos:1. Apresentar genes que conferem resistência a diversos antibióticos.2. Apresentar genes responsáveis por síntese de toxinas.3. Apresentar genes que codificam enzimas que ativam a degradação de carboidratos

e substâncias como tolueno, cânfora e hidrocarbonetos do petróleo.

Plasmídeos

Ribossomos

Procariotos

Eucariotos

Estruturas de latência que exibem altíssima resistência tanto a agentes físicos comoquímicos. Quando as bactérias com capacidade de esporular se encontram emambientes cujas condições tornam-se inadequadas, estas iniciam o processo deesporulação, garantindo assim a manutenção de seu material genético.

Nucleóide

Endósporo em formação

Conteúdo celular em degeneração

Endósporo maduro

Bactérias esporuladas podem permanecerdormentes por milhares de anos e retornar aoseu estado ativo quando as condições ambientaistornarem-se favoráveis.

Endósporo

Endósporos

Grânulos CitoplasmáticosC) Grânulos de Polihidroxibutirato

acumulados por Ralstonia euthopha(Biopolímero biodegradável --> plástico)

A) Grânulos de fósforo –

Bactérias magnetotáticas

B) Grânulos de enxofre -Beggiatoa.

Fímbrias são apêndices que se estendem da membrana plasmática passando pela paredecelular e cápsula emergindo para o meio externo. As fímbrias podem ocorrer em toda asuperfície da célula.

Função das fímbrias:

▪ Fixar as bactérias ao substrato e em outras células.

Pili sexuais normalmente são mais longos que as fímbrias, havendo um ou dois por célula.Pilus vem do Latim, que significa pêlo, cabelo. Pili - Plural; Pilus - Singular.

Funções dos pili:

▪ Responsável pela formação da ponte citoplasmática que permite a transferência de informação genética durante o processo de conjugação.

Fímbrias e Pili sexuais

organelas especiaisFlagelos são constituídas por uma estrutura

de locomoção,protéica

denominada flagelina, formando longos filamentosdelgados e ondulados de 3-12 m que partem docorpo da bactéria e se estendem externamente àparede celular.

Um flagelo tem três partes: o corpo basal (estruturacomposta por vários anéis que ancora o flagelo àmembrana citoplasmática), uma estrutura curta emforma de gancho e um longo filamento helicoidal.

O número de flagelos ébastante variável entre asbactérias.

Os flagelos das bactérias não provém do centríolo como os flagelos de células eucariotas.

Flagelos

• Aeróbicas

podem crescer apenasna

presença de oxigénio

• Anaeróbicas

podem crescer apenasna

ausência de oxigénio

• Facultativas

podem crescer tantona

presença como na

ausência de oxigénio

• Heterótrofos - Saprófitosdecompõem material orgânicode

animais e plantas mortas

- Parasitasenvenenam o organismo do hospedecom

os seus produtos de metabolismo

- Simbióticosvivem por exemplo no intestino dos

animais que comem plantas e quebram

celulose

• Autótrofos - Fotossintetizantesobtêm a energia na forma de luz,para

a fotossíntese

- Quimiossintetizantesobtêm energia pela oxidaçãode

compostos químicos

RESPIRAÇÃO E NUTRIÇÃO

http://what-when-how.com/medical-microbiology-and-infection/structure-and-classification-of-bacteria-medical-microbiology-and-infection/

RESPIRAÇÃO e NUTRIÇÃO

https://microbenotes.com/classification-of-bacteria-on-the-basis-of-nutrition/

RESPIRAÇÃO e NUTRIÇÃO

REPRODUÇÃO

Assexuada- Bipartição ou cissiparidade - Nesse processo a célula

bacteriana duplica seu cromossomo e se divide ao meio,

apoiado no mesossomo, originando duas novas bactérias

idênticas à original.

Sexuada ou Transmissão genética- Conjugação - Consiste na passagem (ou troca) de material genético entre duas

bactérias através de uma ponte citoplasmática formada pelas fímbrias.

-Transformação - A bactéria absorve moléculas de DNA disperso no meio. Esse DNA

pode ser proveniente, por exemplo, de bactérias mortas.

- Transdução - As moléculas de DNA são transferidas de uma bactéria a outra usando

vírus como vetores.

BENEFÍCIO PATOGENIDADE

• Micróbio patogênico

• Estrago dos

alimentos

• Corrosão

• Produção de

alimentos

e bebidas

• Degradação de

lixo problemático

• Produção de medicamentos

• Digestão (Escherichia coli)

• Fixação do N2 naatmosfera

Fatores de virulência bacteriana são moléculas sintetizadas por certas bactérias que aumentam sua

capacidade de infectar ou danificar tecidos humanos. Os fatores de virulência podem ser codificados

dentro do genoma bacteriano, sendo aspectos inerentes à estrutura do organismo, ou podem ser

codificados dentro de elementos genéticos transmissíveis e, assim, adquiridos do ambiente.

Cápsula

As cápsulas bacterianas inibem a capacidade dos macrófagos e neutrófilos de fagocitose encapsular

bactérias, permitindo assim a sua evasão da resposta imune do hospedeiro. No entanto, o sistema

imunológico pode desenvolver anticorpos para antígenos capsulares que revestem e opsonizam bactérias

encapsuladas, permitindo sua fagocitose. As vacinas também podem ser geradas usando açúcares

capsulares e formam a base de vacinasconjugadas.

As cápsulas de polissacarídeo são detectadas com a "Quellung Reaction", que envolve o tratamento de

bactérias com anticorpos de ligação à cápsula.A ligação de anticorpos faz com que a cápsula inche com

água que pode ser detectada microscopicamente.

Flagela

Os flagelos são filamentos proteicos longos, do tipo chicote, ancorados na parede celular bacteriana e

podem se estender várias vezes ao comprimento da própria bactéria. A motilidade proporcionada pelos

flagelos aumenta a capacidade das bactérias se espalharem anatomicamente. Isso é mais bem observado

no contexto de infecções do trato urinário, onde bactérias flageladas podem espalhar na uretra.

Fatores de Virulência Bacteriana

Pili

Aumenta a capacidade das bactérias de aderir a certos tecidos humanos e, assim, melhora a infecciosidade

do organismo.

Esporos

Resistentes a condições adversas, incluindo calor, frio, radiação, desidratação e detergentes. Os esporos

podem germinar em bactérias metabolicamente ativas quando expostos a um ambiente favorável anos,

décadas ou até milênios depois. Os esporos são a razão pela qual simplesmente ferver objetos é insuficiente

para a esterilização e requer autoclave, o que envolve calor até 121 ° C sob pressões intensas.

Exotoxinas

As exotoxinas bacterianas são proteínas liberadas por certas bactérias que podem desregular severamente

os processos celulares críticos ou melhorar a capacidade das proteínas de invadir os tecidos. Os efeitos de

determinadas exotoxinas bacterianas são discutidos com as bactérias individuais. As enterotoxinas são um

subconjunto de exotoxinas que afetam especificamente a digestão e geralmente resultam em diarréia

infecciosa.

Adaptive immune responses to extracellular microbes. Adaptive immune responses to extracellularmicrobes

such as bacteria and their toxins consist of antibody production and the activation of CD4+ helper T cells.

Sistema Imune

Innate and adaptive immunity to intracellularbacteria.

Mucosa digestiva ou respiratória

Fagocitose

Fatores de Virulência

Estratégia de Bactérias para evasão do sistema imune

Pathogenicity and pathogenesis of infectious disease

http://what-when-how.com/medical-microbiology-and-infection/pathogenicity-and-pathogenesis-of-infectious-disease/

Toxina colérica, em células do

epitélio intestinal, elimina

atividade GTPase, estimulando

AC, [cAMP] - fosforila canais

Na+-H+, Cl-, levando a perda

massiva de água

Toxina pertussi, em células

do epitélio respiratório,

elimina ligação de GTP na

proteína G inibitória, deixando

ativa AC, [cAMP] – diversos

efeitos

Toxinas de Bactérias Patogênicas

Enterobactérias

(Ag somático)• Ag O – polissacarídio do LPS

• Ag H - Flagelo (motilidade)

– Algumas são imóveis

• Ag K - Cápsula ou (Vi em Salmonella)

Obs.:

- Pili – importante na recombinação

- Fímbrias – aderência à mucosa

E. coli, Shigella, Salmonella, e Yersinia enterocolitica.

E. coli enteropatogênicas• ETEC – enterotoxinas e fímbrias de colonização• EPEC – Adesão íntima, lesões A/E• EHEC – hemorragia, potentes citoxinas• EIEC – invasão das células• EAEC - Enteroagregativa• ExPEC – Extraintestinal pathogenic

ETEC – Escherichia coli enterotoxigênica

• TOXINAS - Produção e liberação de Toxinas codificadas por plasmídeos Enterotoxinas:– LT (termo lábil – inativada a 60°C por 15 min) - Toxina do tipo AB. Homem; LT-I de 86kDa)

Subunidade B adere na membrana da célula. Toxina entra inteira no citoplasma; a sub-unidade A ativa adenilato ciclase, aumentando AMPc. Isso provoca liberação de Cl- eretenção de Na+ = diarréiaaquosa

– ST (temo estável – resistente a 100°C por 30 min) – (Homem: STa – 2kDa)- No caso de diarréia geralmente as 2 estão associadas

- ADESINAS- Fimbriais: Fimbria Longus (receptor de fagos);- Não fimbriais (CFAs): Filamentos protéicos (21 diferentes tipos)

Bacilos Gram positivos Anaeróbios

Clostridium tetani (tétano) Clostridium botulinum (botulismo)

Tetanospamina

Espasmos musculares,morte.

Vacina antitetânica

SoroAntitoxina

Relaxante muscular: Diazepam

Toxina botulínica:A-G

Intoxicação alimentar

Paralisia de músculo cardíaco ou respiratório

Antitoxina botulínica

Penicilina

Tratamento cosmético da toxina botulínica, para reduzir linhas finas e

rugas, paralisando os músculos subjacentes

Anthrax: Bacillus anthracis

DOI: 10.2174/138955708783744083

Toxina de Anthrax e Câncer

doi: 10.3390/toxins8070197

Anthrax toxin component protective antigen (PA) can be mutated to contain restriction sites for tumor-selective proteases (such

as matrix-metalloproteinases (MMPs) and urokinase plasminogen-activator (uPA)). In the tumor environment, MMPs or uPA

cleave the mutated PA and the activated 63-kDa PA fragment binds its target receptors (ANTXR1 or ANTXR2) and assembles to

oligomers. Anthrax toxin lethal factor (LF) or fusion proteins containing the N-terminus of LF and other protein toxins or

enzymes bind to the PA oligomer. The complex is endocytosed and the low pH in the endosome results in pore formation by the

PA oligomer. LF or LFn-toxin fusions unfold and translocate to the cytosol of the cancer cell. LF cleaves mitogen-activated

protein kinase kinases and interferes with cellular signaling. Protein toxins delivered to the cancer cell interfere with protein

synthesis, induce DNA damage and induce apoptosis. Alternatively to using mutated PA, PA can be retargeted to tumor-

selective receptors, such as epidermal growth factor receptor (EGFR) or human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) by

genetic fusion of PA to EGF or HER2 ligands.

Referências

ABBAS, Abul K.; LICHTMAN, Andrew H.; PILLAI, Shiv.. Imunologia celular e

molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2015.

BROOKS, Geo. F. et al. Microbiologia médica de Jawetz, Melnick e Adelberg. 26.

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BURMESTER & Antonio Pezzutto, Color Atlas of Immunology 2003.

HALL, John Edward; GUYTON, Arthur C. Guyton & Hall tratado de fisiologia

médica. 13. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2017.

LEVINSON, Warren. Microbiologia médica e imunologia. 10. ed. Porto Alegre:

AMGH, 2010.

SILVERTHORN, Dee Unglaub. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 7.

ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.

TORTORA, Gerard J.; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L. Microbiologia. 12.

ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.

Apostila de Parasitologia: https://www.fernandosantiago.com.br/fic_papo.pdf