Morfologia Estrutura Reprodução Nutrição e Crescimento

Aula 3 – Bactérias: morfologia e estruturas “O que sabemos é uma gota, o que ignoramos é um oceano.” Isaac Newton Objetivos Conhecer as bactérias: seu tamanho e sua morfologia. Compreender as estruturas das células bacterianas. Entender e diferenciar bactérias Gram-positivas de Gram-negativas. Identificar estruturas da membrana e do citoplasma bacteriano. 3.1 Apresentação As análises das características morfológicas das bactérias são importantes para classificação preliminar e para o conhecimento de algumas propriedades importantes do ponto de vista industrial. 3.2 Bactérias São organismos unicelulares. Podem ser encontrados de forma isolada ou em colônias; são constituídos por uma célula (unicelulares), não possuem núcleo celular definido (procariontes) e não possuem organelas membranosas. 3.3 Morfologia: tamanho, forma e arranjos bacterianos As bactérias são variáveis quanto ao tamanho e quanto às formas que apresentam. e-Tec Brasil 37 Aula 3 - Bactérias: morfologia e estruturas 3.3.1 Tamanho bacteriano A unidade de medida das bactérias é o μm (micrômetro) que equivale a 10⁻³ mm. Muitas bactérias medem de 2 a 6 μm de comprimento e 1 a 2 μm de largura. Tamanho variável: 0,1 → 0,2 μ → 5,0 μm 3.3.2 Morfologia das bactérias: formas e arranjos bacterianos Embora existam milhares de espécies bacterianas, elas podem ser agrupadas em três tipos morfológicos gerais: cocos, bacilos e espiralados. a) Formas de cocos (esféricas) – é o grupo de bactérias mais homogêneo em relação ao tamanho. Os cocos tomam denominações diferentes de acordo com o seu arranjo (Figura 3.1). • Micrococos – cocos. • Diplococos – cocos agrupados aos pares. • Tétrades – agrupamentos de quatro cocos. • Sarcina – agrupamento de oito cocos em forma cúbica. • Estreptococos – cocos agrupados em cadeias. • Estafilococos – cocos agrupados em grupos irregulares, lembrando cachos de uva. e-Tec Brasil 38 Microbiologia Geral Figura 3.1: Diferentes arranjos de bactérias esféricas (cocos): (a) Coco: Methanococcus sp; (b) Diplococo: Neisseria sp (gonococo); (c) Tétrade: Deinococcus sp; (d) Sarcina: Methanosarcina sp; (e) Estreptococo: Streptococcus sp e (f) Estafilococo: Staphylococcus sp. Fonte: (a) http://cmex.arc.nasa.gov/ja16/ja16jan/gif12/methanococcus_fig6.gif (b) http://student.educ.du.ac.in/courses/04-1ab/manual/01kingdom1.html (c) http://web.biology.plu.edu/courses/261/2008_O6_pl_Janicher.html (d) http://etd.lsu.edu/docs/available/etd-08272008-091326/unrestricted/massileses.aspx (e) http://www.micro.kumc.edu/bacteriology/checkplack/333bacteria9333capsules-and-sline-layers?anchnr=txto39338 (f) http://www.historyextra.com/feature/stauranti.htm b) Forma de bastonete – são células cilíndricas em forma de bastonete; apresentam grande variação na forma e no tamanho entre gêneros e espécies (Figura 3.2). Figura 3.2: Exemplos de bastonetes: (a) Halobacterium e (b) Salmonella, causadora de aguda infecção intestinal em humanos Fonte: (a) http://www.tecnnows/scientific/top/qol2007/10/fatae-satira-titan/ (b) http://www.icbl.ufmg.br/mag/archati/Salmonella.htm Aula 3 - Bactérias: morfologia e estruturas 39 e-Tec Brasil As células bacterianas cilíndricas ou em bastonetes (bacilos) não apresentam a mesma disposição dos cocos, mas podem apresentar-se isolados, aos pares (diplobacilos) e em cadeias (estreptobacilos). Em alguns casos esses arranjos não constituem padrões morfológicos característicos, mas é devido às etapas de crescimento ou às condições de cultivo. De um modo geral, essas duas formas de bactérias (cocos e bacilos) são as mais comuns entre as contaminantes nas indústrias de açúcar e de álcool. Formas espiraladas – caracterizadas por células em espiral; dividem-se em: Espirilos – possuem corpo rígido e movem-se à custa de flagelos externos. Ex.: Gênero Aquaspirillum (Figura 3.3). Esprequetas – são flexíveis e locomovem-se geralmente por contrações do citoplasma, podendo dar várias voltas completas em torno do próprio eixo. Ex.: Gênero Treponema (Figura 3.3). Figura 3.3: Exemplo de bactéria com formas espiraladas: (a) espirilo e (b) espiroqueta leptospira interrogans, causadora da leptospirose Fonte: (a) http://mynookuy.cãco.jf/dr/html/31010722164243.html#374187 (b) http://mac122.i2.caujp/qs/cgi-bin/rhigher/pages.ele.html Observação Além desses três tipos morfológicos, existem algumas formas de transição (Figura 3.4). Bacilos muito curtos: cocobacilo. Unidades celulares que se assemelham a uma vírgula: vibrião. Figura 3.4: Formas bacterianas de transição: exemplos de vibriões (a) Vibrio cholerae, causador da cólera em humanos e (b) Vibrio vulnificus, agressiva bactéria carnívora Fonte: (a e b) http://visualunlimited.photoshelter.com 3.4 Estruturas externas da célula bacteriana O tamanho, a forma e o arranjo das bactérias constituem sua morfologia, sua aparência externa; a observação interna das estruturas celulares permite conhecer um pouco o funcionamento da bactéria no ambiente. 3.4.1 Parede celular A parede celular é uma estrutura rígida que está presente em quase todas as bactérias e localiza-se acima da membrana citoplasmática. Ela contém polímeros complexos conhecidos como peptidioglicanos, que são responsáveis pela sua rigidez. A parede celular impede que a célula estoure em decorrência do grande turgor, atua como uma barreira de proteção contra determinados agentes químicos e físicos externos e funciona como suporte de antígenos somáticos bacterianos. As bactérias podem ser divididas em dois grandes grupos, com base na capacidade de suas paredes celulares fixarem o corante violeta cristal: as Gram-positivas (que coram em roxo) e as Gram-negativas (que coram em vermelho). A parede celular de bactérias Gram-positivas é composta basicamente por peptidioglicano, que constitui uma espessa camada ao redor da célula. Outros polímeros, tais como ácidos lipoteicóicos e polissacarídeos, também podem estar presentes nessa camada (Figura 3.5). Aula 3 - Bactérias: morfologia e estruturas Nas bactérias Gram-negativas o peptidioglicano constitui uma camada basal delgada, sobre a qual se encontra outra camada, denominada membrana externa que é composta por lipoproteínas, fosfolipídios, proteínas e lipopolissacarídeos (Figura 3.6). O processo de coloração de Gram consiste basicamente em tratar bactérias sucessivamente com cristal violeta, lugol, álcool e fucsina (Figura 3.7). O cristal violeta e o lugol penetram tanto nas bactérias Gram-positivas quanto nas Gram-negativas, formando um complexo de cor roxa. O tratamento com álcool é a etapa diferencial; esse tratamento com álcool não retira o complexo cristal violeta-lugol, pois ao ser desidratado faz com que a espessa camada de peptidioglicano se retraia, fechando poros e retendo o corante. Nas Gram-negativas, devido à pequena espessura da camada de peptidioglicano, o complexo corado é extraído pelo álcool, deixando as células descoradas. O tratamento com fucsina não altera a cor roxa das Gram-positivas, ao passo que as Gram-negativas descoradas pelo álcool tornam-se avermelhadas (Figura 3.7). A coloração de Gram é amplamente utilizada para identificar e classificar bactérias. O processo de coloração de Gram é usado para classificar as bactérias em Gram-positivas ou Gram-negativas, conforme fixam ou não o corante. Essa classificação é importante, pois as bactérias Gram-positivas são mais sensíveis à penicilina e à sulfa. Este processo de coloração é um dos mais importantes métodos realizados em laboratório de microbiologia. e-Tec Brasil Figura 3.5: Parede celular de bactéria Gram-positiva Fonte: CITSM 1 - ácido teicoico, 2 - ácido lipoteicoico, 3 - peptídeoglicano, 4 - espaço periplasmático, 5 - membrana plasmática, 6 - proteína Figura 3.6: Parede celular de bactéria Gram-negativa Fonte: CITSM 1 - proteína, 2 - lipoproteína de Braun, 3 - porina, 4 - membrana plasmática, 5 - espaço periplasmático e peptídeoglicano, 6 - membrana plasmática Aula 3 - Bactérias: morfologia e estruturas 43 e-Tec Brasil Figura 3.7: Processo de coloração do Gram Fonte: Adaptado de http://postmicro.mec.sct.ed.ufc/gram-st.jpg Gram positiva Fixação Cristal violeta Tratamento com lugol Álcool - acetona Corante de contraste safranina Gram negativa Figura 3.8: (a) Micrografia da parede celular de bactéria Gram-negativa; (b) indicação de suas partes; (c) micrografia da parede celular de bactéria Gram-positiva e (d) indicação de suas partes Fonte: (a) e (b) ©liquidlibrary/photos.com (c) e (d) CITSM 3.4.2 Flagelos São organelas especiais (apêndices delgados) responsáveis pela locomoção das bactérias. De acordo com o número e distribuição dos flagelos, as bactérias podem ser classificadas como: átriquias (sem flagelos), monotríquias (um único flagelo), anfitríquias (um flagelo em cada extremidade), lofotríquias (um tufo de flagelos em uma, ou ambas as extremidades) e peritríquias (apresentando flagelos ao longo de todo o corpo bacteriano), veja Figura 3.9. Microbiologia Geral 44 e-Tec Brasil Figura 3.9: Exemplos de bactérias com flagelos: (a) monotriquia Pseudomonas aeruginosa; (b) anfitriquia Fetus venerealis; (c) lofotriquia Spirillum volutans e (d) peritriquia Salmonella Fonte: (a), (b), (c) e (d) ©liquius/unlimited.photoshelter.com Algumas bactérias movimentam-se por outros meios, diversos da atividade flagelar, tais como o deslizamento provocado pelo fluxo protoplasmático ou pela resposta táxica (fototaxia, quimiotaxia). 3.4.3 Pêlos (fímbrias) São apêndices finos, retos e curtos que estão presentes em muitas bactérias Gram-negativas. São encontrados tanto nas espécies móveis como nas imóveis e, portanto, não desempenham papel relativo à mobilidade. Os pêlos originam-se de corpúsculos basais na membrana citoplasmática e sua função parece estar relacionada com a troca de material genético durante a conjugação (bactéria sexual) com a aderência às superfícies mucosas. As fímbrias podem ser removidas sem comprometimento da viabilidade celular e regeneram-se rapidamente (Figura 3.10). Aula 3 - Bactérias: morfologia e estruturas 45 e-Tec Brasil Figura 3.10: Exemplos de bactérias fimbridadas: (a) bactéria Escherichia coli recoberta de fímbrias e (b) com fímbrias e flagelos Fonte: (a) e (b) ©lsubuxumllelimel.photoofher.com 3.4.4 Glicocálice É formado por uma substância mucilaginosa ou gelatinosa (viscosa) e fica ligada à parede celular com um revestimento externo. Se o glicocálice estiver organizado de maneira definida e acoplado firmemente à parede celular, recebe o nome de cápsula (Figura 3.11); se estiver desorganizado e sem qual- quer forma frouxamente acoplada à parede celular, recebe o nome de camada limosa. O glicocálice pode ser de natureza polissacarídica (um ou vários tipos de açúcares como galactose, ramnose, glicana, etc.) ou polipeptídica (ácido glutâmico). O glicocálice desempenha papel importante na infecção, permi- tindo que a bactéria patogênica se ligue a tecidos específicos do hospedeiro. Acredita-se que o glicocálice possa proteger as bactérias da dessecação. e-Tec Brasil 46 Microbiologia Geral