Composite
Microbiologia Médica
e Imunologia
10ª Edição
WARREN LEVINSON
Microbiologia Médica
e Imunologia
LEVINSON
Microbiologia Médica
e Imunologia
WARREN LEVINSON
Revisão concisa sobre microbiologia médica, esta obra, em 10ª edição, contempla
ainda informações essenciais em bacteriologia, virologia, micologia, parasitologia
e imunologia. Será útil a estudantes de medicina, residentes e médicos, servindo
como fonte de consulta prática e rápida sobre o tema.
Destaques:
n ABRANGÊNCIA: Informações essenciais sobre bacteriologia básica e clínica, virologia básica e clínica, micologia, parasitologia e imunologia, com ênfase na aplicação clínica da microbiologia e imunologia em doenças infecciosas.
n ATUALIZAÇÃO: Novo capítulo sobre ectoparasitas, como o ácaro responsável pela escabiose, além de informações atualizadas sobre antimicrobianos e vacinas.
n RECURSOS DIDÁTICOS: Resumo com as principais características dos organismos, figuras ilustrativas dos principais conceitos e quadros com conceitos-chave presentes em diversos capítulos. n PRANCHAS COLORIDAS: 70 pranchas coloridas com achados clinicamente relevantes, como
coloração de Gram de bactérias, bem como microscopias eletrônicas de vírus, fungos, protozoários e vermes.
n CASOS CLÍNICOS: 50 casos clínicos sobre as principais doenças infecciosas com ênfase em informações diagnósticas.
n FOCO DIAGNÓSTICO: Seções exclusivas com resumo para diagnóstico de doenças infecciosas e resumo de organismos de importância médica.
n TESTAGEM DO CONHECIMENTO: 734 questões para verificação do conteúdo abordado, todas com respectivas respostas.
10ª Edição
MICROBIOLOGIA
BROOKS, G.F. & COLS.
Jawetz, Melnick & Adelberg Microbiologia Médica 24.ed.
GLADWIN, M.; TRATTLER, B.
Microbiologia Clínica Ridiculamente Fácil 4.ed.
HARVEY, R.H. & COLS.
Microbiologia Ilustrada 2.ed.
HÖFLING, J.F.; GONÇALVES, R.B.
Microscopia de Luz em Microbiologia Morfologia Bacteriana e Fúngica
LEVINSON, W.
Microbiologia Médica e Imunologia 10.ed.
MADIGAN, M. & COLS.
Microbiologia de Brock 12.ed. * SCHAECHTER, M. & COLS.
Micróbios Uma Visão Geral
TORTORA, G.J.; FUNKE, B.R.; CASE, C.L.
Microbiologia 8.ed.
IMUNOLOGIA
DOAN, T. & COLS.
Imunologia Ilustrada
FORTE, W.C.N.
Imunologia Do Básico ao Aplicado 2.ed.
GREVERS, G.; RÖCKEN, M. & COLS.
Atlas de Alergologia
KINDT, T.J.; GOLDSBY, R.A.; OSBORNE, B.A.
Imunologia de Kuby 6.ed.
MURPHY, K.; TRAVERS, P.; ALPORT, M.
Imunobiologia de Janeway 7.ed.
NAGUWA, S.M.; GERSHWIN, M.E.
Segredos em Alergia e Imunologia * PARHAM, P.
O Sistema Imune 3.ed.
ROSEN, F.; GEHA, R.
Estudo de Casos em Imunologia Um Guia Clínico 3.ed.
*Livros em produção no momento da impressão desta obra, mas que muito em breve estarão à disposição dos leitores em língua portuguesa.
MICROBIOLOGIA
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Jawetz, Melnick & Adelberg Microbiologia Médica 24.ed.
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HARVEY, R.H. & COLS.
Microbiologia Ilustrada 2.ed.
HÖFLING, J.F.; GONÇALVES, R.B.
Microscopia de Luz em Microbiologia Morfologia Bacteriana e Fúngica
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Microbiologia Médica e Imunologia 10.ed.
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Microbiologia de Brock 12.ed. * SCHAECHTER, M. & COLS.
Micróbios Uma Visão Geral
TORTORA, G.J.; FUNKE, B.R.; CASE, C.L.
Microbiologia 8.ed.
IMUNOLOGIA
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Imunologia Ilustrada
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Imunologia Do Básico ao Aplicado 2.ed.
GREVERS, G.; RÖCKEN, M. & COLS.
Atlas de Alergologia
KINDT, T.J.; GOLDSBY, R.A.; OSBORNE, B.A.
Imunologia de Kuby 6.ed.
MURPHY, K.; TRAVERS, P.; ALPORT, M.
Imunobiologia de Janeway 7.ed.
NAGUWA, S.M.; GERSHWIN, M.E.
Segredos em Alergia e Imunologia
*PARHAM, P.
O Sistema Imune 3.ed.
ROSEN, F.; GEHA, R.
Estudo de Casos em Imunologia Um Guia Clínico 3.ed.
*Livros em produção no momento da impressão desta obra, mas que muito em breve estarão à disposição dos leitores em língua portuguesa.
Microbiologia Médica
e Imunologia
WARREN LEVINSON
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Iniciais_Eletronica.indd ii
Iniciais_Eletronica.indd ii 7/20/10 9:17:55 AM7/20/10 9:17:55 AM
Warren Levinson ; tradução: Martha Maria Macedo Kyaw. – 10. ed. – Dados eletrônicos. – Porto Alegre : AMGH, 2011.
Editado também como livro impresso em 2010 ISBN 978-85-63308-72-6
1. Microbiologia médica. I. Título.
CDU 579.61
Tradução:
Martha Maria Macedo Kyaw
Consultoria, supervisão e revisão técnica desta edição:
Cynthia Maria Kyaw
Bacharel e Licenciada em Ciências Biológicas pela Universidade de São Paulo (USP). Mestre em Biologia Molecular pela UnB.
Doutora em Biologia Molecular pela UnB.
Professora Adjunta do Departamento de Biologia Celular da Universidade de Brasília.
2011
Professor de Microbiologia,
Departamento de Microbiologia e Imunologia da University of California, São Francisco,
São Francisco, Califórnia.
Microbiologia Médica
e Imunologia
10ª Edição
Versão impressa desta obra: 2010 Iniciais_Eletronica.indd iii Iniciais_Eletronica.indd iii 7/20/10 9:17:55 AM7/20/10 9:17:55 AMReservados todos os direitos de publicação, em língua portuguesa, à ARTMED® EDITORA S.A.
Av. Jerônimo de Ornelas, 670 – Santana 90040-340 – Porto Alegre – RS Fone: (51) 3027-7000 Fax: (51) 3027-7070
É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na Web
e outros), sem permissão expressa da Editora. Unidade São Paulo
Av. Embaixador Macedo Soares, 10.735 – Pavilhão 5 – Cond. Espace Center Vila Anastácio – 05095-035 – São Paulo – SP
Fone: (11) 3665-1100 Fax: (11) 3667-1333 SAC 0800 703-3444
IMPRESSO NO BRASIL PRINTED IN BRAZIL ISBN 9780071496209
Copyright © 2008, The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. Portuguese language translation copyright © 2010 Artmed Editora. All rights reserved.
Capa: Mário Röhnelt
Preparação de originais: Lara Gobhardt Martins Leitura final: Henrique de Oliveira Guerra Editora sênior – Biociências: Letícia Bispo de Lima
Editora – Biociências: Carla Casaril Paludo Projeto e editoração: Techbooks
Agradeço à editora das cinco primeiras edições, Yvonne Strong, bem como à editora da 6a edição, Cara Lyn Coffey, à editora da 7a e 9a edições, Jennifer Bernstein, à editora da 8a edição, Linda Conheady, e à editora da 10a edição, Sunita Dogra, que garantiram o mais elevado padrão de qualidade à obra.
Sou imensamente grato à minha esposa, Barbara, que me auxiliou a tornar este livro realidade.
Dedico esta obra a meus pais, que instigaram em mim o amor ao estudo, a alegria de lecionar e o valor de ser uma pessoa organizada.
Microbiologia médica e imunologia, 10ª edição, aborda os aspectos médicos mais importantes relativos à microbiologia, abran-gendo também informações essenciais a respeito de bacteriologia, virologia, micologia, parasitologia e imunologia. Revisão concisa, esta obra auxiliará estudantes de medicina a revisarem o tema, bem como servirá como fonte de consulta prática e rápida a profissionais da área.
Alguns aspectos que merecem destaque nesta edição: Texto com informações essenciais e abordagem
• didática, com ênfase na aplicação clínica da microbiologia e imunologia
em doenças infecciosas.
Nas seções de bacteriologia e virologia clínicas, os organismos são separados em patógenos principais e aqueles de menor •
importância, o que permite que o estudante se concentre nos micro-organismos de maior importância clínica.
Capítulo novo sobre ectoparasitas, como o ácaro responsável pela escabiose, além de informações atualizadas sobre fár-•
macos antimicrobianos e vacinas.
Uma seção separada contendo resumos sobre importantes micro-organismos para uma rápida revisão do conteúdo es-•
sencial.
Resumo sobre micro-organismos de importância médica são apresentados em diversos capítulos, a fim de facilitar o rápi-•
do acesso à informação e estimular a comparação entre os organismos.
70 pranchas coloridas com achados clinicamente importantes, como coloração de Gram de bactérias, microscopias ele-•
trônicas de vírus, fungos, protozoários e vermes.
654 questões para testar o conhecimento, com respectivas respostas, abrangem os aspectos importantes de bacteriologia, •
virologia, micologia, parasitologia e imunologia, com seção exclusiva que fornece questões apresentadas em um contexto de caso clínico
A seção “Questões tipo USMLE” com 80 questões de microbiologia e imunologia e respectivas respostas. •
50 casos clínicos fornecem informações clínicas e aproximam o leitor da prática clínica diária. •
Seção “Resumo para diagnóstico de doenças infecciosas” traz nove tabelas com informações epidemiológicas úteis para o •
diagnóstico de doenças infecciosas.
Seção “Conceitos-chave” apresenta o resumo dos assuntos fundamentais ao final de cada capítulo de ciências básicas. •
Após lecionar microbiologia médica e doenças infecciosas por vários anos, acredito que os leitores se beneficiarão muito com este livro, que apresenta as informações essenciais de forma prática e didática.
PARTE I BACTERIOLOGIA BÁSICA. . . 13
1 Bactérias Comparadas a Outros Micro-Organismos. . . .13
2 Estrutura de Células Bacterianas . . . .16
3 Crescimento . . . .27
4 Genética. . . .29
5 Classificação de Bactérias de Importância Médica . . . .35
6 Microbiota Normal . . . .37
7 Patogênese . . . .41
8 Defesas do Hospedeiro. . . .62
9 Diagnóstico Laboratorial . . . .71
10 Fármacos Antimicrobianos: Mecanismo de Ação . . . .79
11 Fármacos Antimicrobianos: Resistência . . . .94
12 Vacinas Bacterianas . . . .102
13 Esterilização e Desinfecção . . . .106
PARTE II BACTERIOLOGIA CLÍNICA . . . 110
14 Visão Geral dos Principais Patógenos e Introdução às Bactérias Anaeróbias. . . .110
15 Cocos Gram-Positivos . . . .113
16 Cocos Gram-Negativos . . . .126
17 Bacilos Gram-Positivos . . . .131
18 Bacilos Gram-Negativos Relacionados ao Trato Intestinal . . . .140
19 Bacilos Gram-Negativos Relacionados ao Trato Respiratório . . . .158
20 Bacilos Gram-Negativos Associados a Fontes Animais (Organismos Zoonóticos). . . .163
21 Micobactérias. . . .167 22 Actinomicetos . . . .175 23 Micoplasmas . . . .177 24 Espiroquetas. . . .179 25 Clamídias . . . .185 26 Riquétsias . . . .188
PARTE III VIROLOGIA BÁSICA . . . 198
28 Estrutura . . . .199
29 Replicação. . . .205
30 Genética e Terapia Gênica . . . .217
31 Classificação de Vírus de Importância Médica . . . .221
32 Patogênese . . . .225
33 Defesas do Hospedeiro. . . .232
34 Diagnóstico Laboratorial . . . .237
35 Fármacos Antivirais . . . .240
36 Vacinas Virais . . . .248
PARTE IV VIROLOGIA CLÍNICA . . . 253
37 Vírus de DNA Envelopados . . . .256
38 Vírus de DNA Não Envelopados. . . .267
39 Vírus de RNA Envelopados . . . .271
40 Vírus de RNA Não Envelopados . . . .288
41 Vírus da Hepatite. . . .295
42 Arbovírus . . . .305
43 Vírus Tumorais . . . .310
44 Vírus Lentos e Príons . . . .320
45 Vírus da Imunodeficiência Humana . . . .325
46 Patógenos Virais de Menor Importância. . . .334
PARTE V MICOLOGIA . . . 339
47 Micologia Básica . . . .339
48 Micoses Cutâneas e Subcutâneas . . . .344
49 Micoses Sistêmicas. . . .346
50 Micoses Oportunistas . . . .351
PARTE VI PARASITOLOGIA. . . 355
51 Protozoários Intestinais e Urogenitais. . . .356
52 Protozoários do Sangue e Tecidos . . . .362
53 Protozoários Patógenos de Menor Importância . . . .372
54 Cestódeos . . . .374
55 Trematódeos . . . .380
56 Nematódeos. . . .385
PARTE VII IMUNOLOGIA . . . 396
57 Imunidade. . . .396
58 Base Celular da Resposta Imune . . . .406
59 Anticorpos. . . .426
61 Imunidade Mediada por Células . . . .437
62 Complexo Principal de Histocompatibilidade e Transplantes. . . .439
63 Complemento . . . .445
64 Reações Antígeno-Anticorpo no Laboratório. . . .449
65 Hipersensibilidade (Alergia) . . . .458
66 Tolerância e Doença Autoimune . . . .466
67 Imunidade a Tumores . . . .474
68 Imunodeficiência . . . .476
PARTE VIII ECTOPARASITAS. . . 482
69 Ectoparasitas que Causam Doenças Humanas. . . .482
PARTE IX RESUMOS DE ORGANISMOS DE IMPORTÂNCIA MÉDICA . . . 486
CASOS CLÍNICOS . . . 524
RESUMO PARA DIAGNÓSTICO DE DOENÇAS INFECCIOSAS . . . 532
TESTE SEU CONHECIMENTO. . . 538
Bacteriologia Básica. . . .538 Bacteriologia Clínica . . . .543 Virologia Básica . . . .551 Virologia Clínica. . . .555 Micologia. . . .562 Parasitologia. . . .565 Imunologia . . . .568 Questões Adicionais . . . .578
Questões de Casos Clínicos. . . .581
QUESTÕES TIPO USMLE . . . 590
P
ARTE
I
Bacteriologia Básica
Bactérias Comparadas a
Outros Micro-Organismos
1
AGENTES
Os agentes de doenças infecciosas humanas pertencem a cin-co principais grupos de organismos: bactérias, fungos, pro-tozoários, helmintos e vírus. As bactérias pertencem ao reino dos procariotos, os fungos (leveduras e bolores) e os protozo-ários são membros do reino protista e os helmintos (vermes) são classificados no reino animal (Tabela 1-1). Os protistas diferem dos animais e vegetais por serem organismos unice-lulares ou multiceunice-lulares relativamente simples. Os helmin-tos são organismos multicelulares complexos, classificados como metazoários dentro do reino animal. Coletivamente, os helmintos e os protozoários são habitualmente denomina-dos parasitas. Os vírus são bastante distintos denomina-dos demais or-ganismos – não exibem natureza celular, mas só conseguem replicar-se no interior de células.
CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES
Várias das características essenciais destes organismos são descritas na Tabela 1-2. Uma propriedade marcante é o fato de bactérias, fungos, protozoários e helmintos serem celula-res, ao passo que os vírus não o são. Essa distinção baseia-se principalmente em três critérios:
(1) Estrutura. As células possuem um núcleo ou
nu-cleoide (ver a seguir), o qual contém DNA; este é circun-dado pelo citoplasma, onde as proteínas são sintetizadas e a energia é gerada. Os vírus apresentam um cerne interno que contém o material genético (DNA ou RNA), porém eles não têm citoplasma e, desse modo, dependem das células hospedeiras para prover a maquinaria de síntese proteica e geração de energia.
(2) Mecanismo de replicação. As células replicam-se
por fissão binária ou por mitose, período durante o qual uma célula parental divide-se, originando duas células-filhas, enquanto mantém sua estrutura celular. As células
procarió-ticas, por exemplo, as bactérias, replicam-se por fissão biná-ria, enquanto as células eucarióticas replicam-se por mitose. Contrariamente, os vírus desorganizam-se, produzindo vá-rias cópias de seu ácido nucleico e proteínas e, em seguida, reorganizam-se em uma progênie de múltiplos vírus. Além disso, os vírus devem replicar-se no interior de células hospe-deiras, uma vez que, conforme mencionado anteriormente, eles são desprovidos de sistemas de síntese de proteínas e de geração de energia. Excetuando-se as riquétsias e clamídias, que também requerem células hospedeiras para seu cresci-mento, as bactérias podem replicar-se extracelularmente.
(3) Natureza do ácido nucleico. As células contêm
tan-to DNA quantan-to RNA, enquantan-to os vírus contêm DNA ou RNA, porém não ambos.
EUCARIOTOS E PROCARIOTOS
As células evoluíram em dois tipos fundamentalmente dis-tintos, eucarióticas e procarióticas, podendo ser
diferen-ciadas com base em sua estrutura e na complexidade de sua organização. Os fungos e protozoários são eucarióticos, en-quanto as bactérias são procarióticas.
Tabela 1-1 Relações biológicas entre micro-organismos
patogênicos
Reino
Micro-organismos
patogênicos Tipo celular
Animal Helmintos Eucariótico Vegetal Nenhum Eucariótico Protista Protozoários
Fungos
Eucariótico Eucariótico Procariótico Bactérias Procariótico
(1) A célula eucariótica possui um núcleo verdadeiro
que contém múltiplos cromossomos, sendo circundado por uma membrana nuclear, e utiliza um aparato mitótico para garantir a alocação equitativa dos cromossomos na progênie celular.
(2) O nucleoide de uma célula procariótica consiste em
uma única molécula circular de DNA organizado frouxa-mente, desprovida de uma membrana nuclear e de aparato mitótico (Tabela 1-3).
Além dos diferentes tipos de núcleos, as duas classes ce-lulares distinguem-se por várias outras características:
(1) As células eucarióticas contêm organelas, como
mitocôndrias e lisossomos, assim como ribossomos maiores (80S), enquanto os procariotos não contêm organelas e exi-bem ribossomos menores (70S).
(2) A maioria dos procariotos apresenta uma parede ce-lular externa rígida contendo peptideoglicano, um polímero
de aminoácidos e açúcares, como seu componente estrutural exclusivo. As células de eucariotos, ao contrário, não con-têm peptideoglicano. Elas são envoltas por uma membrana celular flexível ou, no caso dos fungos, apresentam uma
pa-rede celular rígida contendo quitina, um homopolímero de N-acetilglicosamina, tipicamente formando o arcabouço.
(3) A membrana da célula eucariótica contém esteróis,
enquanto nenhum procarioto, com exceção do organismo desprovido de parede, Mycoplasma, contém esteróis em suas membranas.
A motilidade corresponde a outra característica pela
qual esses organismos podem ser diferenciados. A maioria dos protozoários e algumas bactérias são móveis, enquanto os fungos e vírus são imóveis. Os protozoários compõem um grupo heterogêneo e apresentam três órgãos de locomoção distintos: flagelos, cílios e pseudópodes. As bactérias móveis deslocam-se apenas por meio de flagelos.
TERMINOLOGIA
Bactérias, fungos, protozoários e helmintos são denomi-nados de acordo com o sistema binomial de Linneus, que emprega o gênero e a espécie, ao passo que os vírus não são denominados dessa forma. Por exemplo, em relação à deno-minação da bactéria bem conhecida Escherichia coli, Escheri-chia corresponde ao nome do gênero e coli, ao de espécie. De
Tabela 1-2 Comparação entre organismos de importância médica
Característica Vírus Bactérias Fungos
Protozoários e Helmintos
Células Ausentes Presentes Presentes Presentes
Diâmetro aproximado (μm)1 0,02-0,2 1-5 3-10 (leveduras) 15-25 (trofozoítos)
Ácido nucleico DNA ou RNA Tanto DNA como RNA Tanto DNA como RNA Tanto DNA como RNA Tipo de núcleo Ausente Procariótico Eucariótico Eucariótico
Ribossomos Ausentes 70S 80S 80S
Mitocôndrias Ausentes Ausentes Presentes Presentes Natureza da superfície externa Capsídeo proteico e
envelo-pe lipoproteico
Parede rígida, contendo peptideoglicano
Parede rígida, contendo quitina
Membrana flexível
Motilidade Nenhum Algumas Nenhum A maioria
Método de replicação Não por fissão binária Fissão binária Brotamento ou mitose2 Mitose3
1
Para comparação, uma hemácia humana apresenta diâmetro de 7 μm.
2
As leveduras dividem-se por brotamento, enquanto os bolores dividem-se por mitose.
3
As células de helmintos dividem-se por mitose, porém o organismo reproduz-se por meio de ciclos de vida sexuais complexos.
Tabela 1-3 Características de células procarióticas e eucarióticas
Característica Células bacterianas procarióticas Células humanas eucarióticas
DNA no interior de uma membrana nuclear Não Sim
Divisão mitótica Não Sim
DNA associado a histonas Não Sim
Número de cromossomos Um Superior a um
Organelas envoltas por membrana, tais como mitocôndrias e lisossomos
Não Sim
Tamanho do ribossomo 70S 80S
forma similar, a denominação da levedura Candida albicans consiste em Candida como o gênero e albicans como a espé-cie. Os vírus, no entanto, recebem denominação única, tal como poliovírus, vírus do sarampo, ou vírus da raiva. Alguns vírus são denominados com dois termos, tais como vírus do herpes simples, porém esses termos não representam o gêne-ro e a espécie.
CONCEITOS-CHAVE
Os agentes de doenças infecciosas humanas são
• bactérias, fun-gos (leveduras e bolores), protozoários, helmintos (vermes) e vírus.
As células bacterianas têm um núcleo
• procariótico, enquanto as
células humanas, fúngicas, de protozoários e helmintos apresen-tam um núcleo eucariótico. Os vírus são acelulares e não possuem um núcleo.
Todas as células contêm tanto DNA como RNA, enquanto os vírus
•
contêm DNA ou RNA, nunca ambos.
Células bacterianas e fúngicas são envoltas por uma parede celular
•
rígida, enquanto as células humanas, de protozoários e helmintos apresentam membrana celular flexível.
A parede celular bacteriana contém
• peptideoglicano, enquanto a
parede celular fúngica contém quitina.
QUESTÕES PARA ESTUDO
As questões sobre tópicos discutidos neste capítulo podem ser encontradas nos itens Questões para Estudo (Bacteriolo-gia Clínica) e Teste seu conhecimento.
2
Estrutura de Células Bacterianas
FORMA E TAMANHO
As bactérias são classificadas em três grupos básicos, de acor-do com a forma: cocos, bacilos e espiroquetas (Figura 2-1).
Os cocos são esféricos, os bacilos exibem forma de bastonete, e os espiroquetas são espiralados. Algumas bactérias variam
quanto à forma, sendo referidas como pleomórficas (com
muitas formas). A forma de uma bactéria é determinada por sua parede celular rígida. O aspecto microscópico de uma bactéria corresponde a um dos critérios mais importantes utilizados em sua identificação.
Além de suas formas características, o arranjo das bac-térias é importante. Por exemplo, alguns cocos organizam-se em pares (diplococos), alguns em cadeias (estreptococos),
e outros, em agrupamentos semelhantes a um cacho de uvas (estafilococos). Esses arranjos são determinados pela
orien-tação e pelo grau de ligação das bactérias quando da divisão celular. O arranjo dos bacilos e das espiroquetas exibe menor importância médica e não será descrito neste capítulo intro-dutório.
As bactérias variam em tamanho desde até cerca de 0,2 a 5 μm (Figura 2-2). As menores bactérias (Mycoplasma) exi-bem tamanho aproximadamente equivalente aos maiores vírus (poxvírus) e correspondem aos menores organismos ca-pazes de existir fora de um hospedeiro. As bactérias bacilares mais longas exibem tamanho similar ao de algumas leveduras e hemácias humanas (7 μm).
ESTRUTURA
A estrutura de uma bactéria típica está ilustrada na Figura 2-3, e as características importantes de cada componente são apre-sentadas na Tabela 2-1.
Parede celular
A parede celular é o componente mais externo, sendo co-mum a todas as bactérias (exceto espécies de Mycoplasma, envoltas por uma membrana celular e não por uma parede celular). Algumas bactérias exibem propriedades superficiais externas à parede celular, como uma cápsula, flagelos e pili, que correspondem a componentes menos comuns, sendo discutidos a seguir.
A-1 A-2 A-3 A-4
B-1 B-2 B-3 B-4 B-5
C-1 C-2
Figura 2-1 Morfologia bacteriana. A: Cocos em
agrupamen-tos, por exemplo, Staphylococcus (A-1); em cadeias, por exemplo,
Streptococcus (A-2); em pares, com extremidades afiladas, por
exemplo, Streptococcus pneumoniae (A-3); em pares com forma de rim, por exemplo, Neisseria (A-4). B: Bastonetes (bacilos): com extremidades retas, por exemplo, Bacillus (B-1); com extremi-dades arredondadas, por exemplo, Salmonella (B-2); em forma de clava, por exemplo, Corynebacterium (B-3); fusiformes, por exemplo, Fusobacterium (B-4); em forma de vírgula, por exemplo,
Vibrio (B-5). C: Espiroquetas: em espiral relaxada, por exemplo, Borrelia (C-1); intensamente espiralado, por exemplo, Treponema
(C-2). (Modificado e reproduzido, com permissão, de Joklik WK et al: Zinsser Microbiology, 20th
ed. Publicado originalmente por Appleton e Lange. Copyright © 1992 por The McGraw-Hill Com-panies, Inc.)
A parede celular é uma estrutura em multicamadas situ-ada externamente à membrana citoplasmática. É composta por uma camada interna de peptideoglicano (ver página
19) e uma membrana externa que varia quanto à espessura e à composição química, dependendo do tipo de bactéria (Fi-gura 2-4). O peptideoglicano confere sustentação estrutural e mantém a forma característica da célula.
A. Paredes celulares de bactérias gram-positivas e gram-negativas
A estrutura, composição química e espessura da parede ce-lular diferem em bactérias gram-positivas e gram-negativas (Tabela 2-2 e quadro “Coloração de Gram”).
(1) A camada de peptideoglicano é muito mais espessa em bactérias gram-positivas que em gram-negativas. Algu-mas bactérias gram-positivas também apresentam fibras de
0,005 0,01 Faixa do microscópio eletrônico Polio-vírus Vírus da hepatite B HIV Mycoplasma Pox-vírus Haemophilus influenzae Escherichia coli Bacillus anthracis Candida albicans Hemácia Protozoários Faixa do microscópio óptico Limite inferior de visão humana 0,03 0,05 0,1 0,3 0,5 1 Escala (mm) 3 5 10 30 50 100 300
Figura 2-2 Tamanhos de bactérias, vírus, leveduras, protozoários e hemácias humanas representativos. As bactérias variam em tamanho desde Mycoplasma, as menores, até Bacillus anthracis, uma das maiores. Os vírus variam do poliovírus, um dos menores, aos poxvírus, os maiores. As leveduras, tais como Candida albicans, geralmente são maiores que as bactérias. Os protozoários exibem várias formas diferen-tes e uma ampla faixa de tamanho. HIV, vírus da imunodeficiência humana. (Modificado e reproduzido, com permissão, de Joklik WK et al:
Zinsser Microbiology, 20th ed. Publicado originalmente por Appleton e Lange. Copyright © 1992 por The McGraw-Hill Companies, Inc.)
DNA do nucleoide
Pili Cápsula
Parede celular Membrana plasmática
Flagelos Ribossomos
Plasmídeo Citoplasma
ácido teicoico que se projetam para fora do peptideoglicano, fato não observado em bactérias gram-negativas.
(2) Contrariamente, os organismos gram-negativos possuem uma camada externa complexa, consistindo em polissacarídeos, lipoproteínas e fosfolipídeos. Situado entre a camada da membrana externa e a membrana citoplasmá-tica encontra-se o espaço periplasmático, que, em
algu-mas espécies, corresponde ao sítio de enzialgu-mas denominadas β-lactamases, as quais degradam penicilinas e outros fárma-cos β-lactâmicos.
A parede celular exibe várias outras propriedades impor-tantes:
(1) Em organismos gram-negativos, esta contém a en-dotoxina, um lipopolissacarídeo (ver páginas 20 e 55).
(2) Seus polissacarídeos e proteínas são antígenos úteis na identificação laboratorial.
(3) Suas proteínas porinas desempenham papel na
re-gulação da passagem de moléculas pequenas e hidrofílicas ao
interior da célula. As porinas da membrana externa formam um trímero que atua, geralmente de modo inespecífico, como um canal que permite a entrada de substâncias essen-ciais, como açúcares, aminoácidos e metais, assim como vá-rios fármacos antimicrobianos, como as penicilinas.
B. Paredes celulares de bactérias acidorresistentes
As micobactérias, por exemplo, Mycobacterium tuberculo-sis, apresentam uma parede celular incomum, responsável pela impossibilidade das microbactérias de serem coradas pela coloração de Gram. Essas bactérias são referidas como
acidorresistentes, uma vez que resistem à descoloração por
álcool-ácido após serem coradas com carbol-fucsina. Essa propriedade está relacionada à alta concentração de lipídeos, denominados ácidos micólicos, observada na parede celular
de micobactérias.
Em virtude de sua importância, três componentes da parede celular, i.e., peptideoglicano, lipopolissacarídeo e áci-do teicoico, serão discutiáci-dos em detalhes.
Tabela 2-1 Estruturas bacterianas
Estrutura Composição química Função
Componentes essenciais
Parede celular
Peptideoglicano Esqueleto de açúcares, com cadeias laterais peptídicas em ligação cruzada
Confere sustentação rígida, protege contra a pressão osmó-tica; corresponde ao sítio de ação de penicilinas e cefalos-porinas, sendo degradado pela lisozima
Membrana externa de bactérias gram-negativas
Lipídeo A Componente tóxico da endotoxina
Polissacarídeo Principal antígeno de superfície, frequentemente utilizado no diagnóstico laboratorial
Fibras de superfície de bactérias gram-positivas
Ácido teicoico Principal antígeno de superfície, porém raramente utilizado em diagnóstico laboratorial
Membrana citoplasmática Bicamada lipoproteica sem esteróis Sítio de enzimas oxidativas e de transporte
Ribossomo RNA e proteínas nas subunidades 50S e 30S Síntese proteica; sítio de ação de aminoglicosídeos, eritro-micina, tetraciclinas e cloranfenicol
Nucleoide DNA Material genético
Mesossomo Invaginação da membrana plasmática Participa da divisão celular e secreção Periplasma Espaço entre a membrana plasmática e
membrana externa
Contém várias enzimas hidrolíticas, incluindo β lactamases
Componentes não essenciais
Cápsula Polissacarídeo1 Protege contra a fagocitose
Pilus ou fímbrias Glicoproteína Dois tipos: (1) medeia a ligação às superfícies celulares; (2) o pilus sexual medeia a ligação de duas bactérias durante a conjugação
Flagelo Proteína Motilidade
Esporo Capa semelhante à queratina, ácido dipi-colínico
Confere resistência à desidratação, ao calor e a compostos químicos
Plasmídeo DNA Contém uma variedade de genes de resistência a antibióti-cos e de toxinas
Grânulo Glicogênio, lipídeos, polifosfatos Sítio de nutrientes no citoplasma Glicocálix Polissacarídeo Medeia a aderência a superfícies
1
C. Peptideoglicano
O peptideoglicano é uma rede complexa e entrelaçada que envolve toda a célula, sendo composto por uma única ma-cromolécula ligada covalentemente. É observado apenas nas paredes celulares bacterianas. Confere uma sustentação rígida à célula, é importante para a manutenção da forma característica da célula e permite que a célula resista a meios de baixa pressão osmótica, como a água. Uma porção re-presentativa do peptideoglicano é apresentada na Figura 2-5. O termo “peptideoglicano” é derivado dos peptídeos e açúcares (glicanos) que compõem a molécula. Mureína e mucopeptídeo são sinônimos de peptideoglicano.
A Figura 2-5 ilustra o arcabouço de carboidratos, com-posto por moléculas alternadas de ácido N-acetilmurâmico e N-acetilglicosamina. Ligado a cada uma das moléculas de ácido murâmico, há um tetrapeptídeo que consiste em D– e L-aminoácidos, cuja composição exata difere de uma bac-téria a outra. Dois destes aminoácidos devem ser especial-mente mencionados: o ácido diaminopimélico, específico de paredes celulares bacterianas, e a D-alanina, envolvida nas ligações cruzadas entre os tetrapeptídeos, bem como na ação da penicilina. Observe que este tetrapeptídeo contém raros D-isômeros de aminoácidos; a maioria das proteínas contêm L-isômeros. Outro componente importante dessa
rede consiste na ligação peptídica cruzada entre os dois te-trapeptídeos. As ligações cruzadas variam entre as espécies; em Staphylococcus aureus, por exemplo, cinco glicinas ligam a D-alanina terminal à penúltima L-lisina.
Por estar presente em bactérias, mas não em células hu-manas, o peptideoglicano corresponde a um alvo adequado para fármacos antibacterianos. Várias desses fármacos, como penicilinas, cefalosporinas e vancomicina, inibem a síntese de peptideoglicano por inibirem a transpeptidase responsá-vel pelas ligações cruzadas entre os dois tetrapeptídeos adja-centes (ver Capítulo 10).
A enzima lisozima, presente na lágrima, no muco e na
saliva de humanos, é capaz de clivar o arcabouço de pepti-deoglicano, rompendo suas ligações glicosil, contribuindo, assim, para a resistência do hospedeiro à infecção micro-biana. Bactérias tratadas com lisozima podem intumescer e romper-se como resultado da entrada de água nas células, as quais exibem elevada pressão osmótica interna. No entanto, quando as células tratadas com lisozima encontram-se em uma solução com a mesma pressão osmótica que aquela do interior bacteriano, essas células sobrevivem, assumindo for-mas esféricas, denominadas protoplastos, circundadas ape-nas por uma membrana citoplasmática.
Espaço periplasmático Flagelo Cápsula Membrana externa Peptideoglicano Membrana citoplasmática ~8 nm ~8 nm 15-80 nm ~2 nm ~8 nm Pilus Gram-negativas Gram-positivas Ácido teicoico
Figura 2-4 Paredes celulares de bactérias gram-positivas e gram-negativas. Observe que, em bactérias gram-positivas, o peptideogli-cano é muito mais espesso que em bactérias gram-negativas. Observe também que apenas as bactérias gram-negativas possuem uma membrana externa contendo endotoxina (lipopolissacarídeo [LPS]) e um espaço periplasmático, onde são encontradas as β-lactamases. Diversas bactérias gram-positivas importantes, como os estafilococos e estreptococos, apresentam ácidos teicoicos. (Reproduzido, com permissão, de Ingraham JL, Maaløe O, Neidhardt FC: Growth of the Bacterial Cell. Sinauer Associates, 1983.)
Tabela 2-2 Comparação entre as paredes celulares de bactérias gram-positivas e gram-negativas
Componente Células gram-positivas Células gram-negativas
Peptideoglicano Mais espesso; multicamadas Mais fino; camada única
Ácidos teicoicos Presentes Ausentes
D. Lipopolissacarídeo
O lipopolissacarídeo (LPS) da membrana externa da parede celular de bactérias gram-negativas é uma endotoxina. É
res-ponsável por várias características das doenças, como febre e choque (especialmente hipotensão), causadas por esses orga-nismos. É denominado endotoxina porque consiste em uma porção integral da parede celular, contrariamente às exotoxi-nas, as quais são livremente liberadas pelas bactérias. Os efei-tos patogênicos das endotoxinas são similares, independente do organismo do qual são derivadas.
O LPS é composto por três unidades distintas (Figura 2-6):
(1) Um fosfolipídeo denominado lipídeo A, responsável pelos efeitos tóxicos;
(2) Um polissacarídeo cerne de cinco açúcares ligados ao lipídeo A por meio de cetodesoxioctulonato (CDO);
(3) Um polissacarídeo externo consistindo em até 25 unidades repetidas de três a cinco açúcares. Esse polímero ex-terno corresponde ao importante antígeno somático, ou O, de várias bactérias gram-negativas, utilizado na identificação de certos organismos no laboratório clínico.
E. Ácido teicoico
Estas fibras de glicerol fosfato ou ribitol fosfato situam-se na camada externa da parede celular gram-positiva e esten-dem-se a partir desta. Alguns polímeros de ácido teicoico contendo glicerol penetram na camada de peptideoglica-no, ligando-se covalentemente ao lipídeo da membrana ci-toplasmática e, nesse caso, recebem a denominação ácido lipoteicoico; outros são ancorados ao ácido murâmico do
peptideoglicano.
A importância médica dos ácidos teicoicos reside em sua capacidade de induzir o choque séptico quando causado
Coloração de Gram
Este método de coloração, desenvolvido em 1884 pelo médi-co dinamarquês Christian Gram, médi-corresponde ao procedimen-to mais importante na microbiologia. Esse méprocedimen-todo separa a maioria das bactérias em dois grupos: as bactérias gram-po-sitivas, que se coram em azul, e as bactérias gram-negativas, que se coram em vermelho. A coloração de Gram envolve o seguinte procedimento de quatro etapas:
(1) O corante cristal violeta cora todas as células em azul/ púrpura.
(2) A solução de iodo (um mordente) é adicionada, forman-do um complexo cristal violeta-ioforman-do; todas as células mantêm a coloração azul.
(3) O solvente orgânico, como acetona ou etanol, remove em maior grau o complexo corante azul das bactérias gram--negativas de parede fina e rica em lipídeos, que das bactérias gram-positivas de parede mais espessa e pobre em lipídeos. Os organismos gram-negativos apresentam-se incolores; as bacté-rias gram-positivas permanecem azuis.
(4) O corante vermelho safranina cora em vermelho/rosa as células gram-negativas descoloridas; as bactérias gram-positi-vas permanecem azuis.
Observe que, se a etapa 2 for omitida, não havendo a adi-ção de iodo de Gram, as bactérias gram-negativas coram-se em azul ao invés de rosa, possivelmente porque o solvente orgânico remove o complexo cristal violeta-iodo, mas não o cristal violeta isoladamente. As bactérias gram-positivas tam-bém coram-se em azul quando a solução de iodo de Gram não é adicionada.
A coloração de Gram é útil de duas maneiras: (1) Na identificação de diversas bactérias.
(2) Por influenciar na escolha de antibióticos, uma vez que,
em geral, as bactérias gram-positivas são mais suscetíveis à pe-nicilina G que as bactérias gram-negativas.
Entretanto, nem todas as bactérias podem ser visualizadas pela coloração de Gram. A Tabela 2-3 relaciona as bactérias de importância médica que não podem ser visualizadas e descreve o motivo. A abordagem microscópica alternativa à coloração de Gram também é descrita.
Tabela 2-3 Bactérias de importância médica que não podem ser visualizadas pela coloração de Gram
Denominação Motivo Abordagem microscópica alternativa
Micobactérias, incluindo
M. tuberculosis
Alto teor de lipídeos na parede celular, impedindo a pe-netração do corante
Coloração acidorresistente
Treponema pallidum Muito delgada para permitir a visualização Microscopia de campo escuro ou com anticorpos fluorescentes
Mycoplasma pneumoniae Ausência de parede celular; tamanho muito pequeno Nenhuma
Legionella pneumoniae Fraca captação do contracorante vermelho Aumento do tempo de contracoloração Clamídias, incluindo
C. trachomatis
Intracelular; tamanho muito pequeno Corpos de inclusão no citoplasma Riquétsias Intracelular; tamanho muito pequeno Giemsa ou outros corantes de tecidos
por determinadas bactérias gram-positivas; isto é, os ácidos teicoicos ativam as mesmas vias que a endotoxina (LPS) de bactérias gram-negativas. Os ácidos teicoicos também me-deiam a ligação de estafilococos às células mucosas.
Membrana citoplasmática
Internamente adjacente à camada de peptideoglicano da parede celular localiza-se a membrana citoplasmática, com-posta por uma bicamada fosfolipídica similar àquela de cé-lulas eucarióticas quanto ao aspecto microscópico. As duas são quimicamente similares, porém as membranas euca-rióticas contêm esteróis, ao contrário dos procariotos em geral. Os únicos procariotos que apresentam esteróis em suas membranas são os membros do gênero Mycoplasma. A membrana desempenha quatro funções importantes: (1) transporte ativo de moléculas para o interior da célula, (2) geração de energia pela fosforilação oxidativa, (3) síntese de precursores da parede celular e (4) secreção de enzimas e toxinas.
Mesossomo
Esta invaginação da membrana citoplasmática é importante durante a divisão celular, quando atua como a origem do septo transverso que divide a célula pela metade, e como sí-tio de ligação do DNA que se tornará o material genético de cada célula-filha.
Citoplasma
O citoplasma exibe duas áreas distintas quando observado ao microscópio eletrônico:
(1) Uma matriz amorfa que contém ribossomos, grânu-los de nutrientes, metabólitos e plasmídeos;
(2) Uma região nucleoide interna composta por DNA.
A. Ribossomos
Os ribossomos bacterianos são o sítio da síntese proteica, como nas células eucarióticas, porém diferem dos ribosso-mos eucarióticos em relação ao tamanho e à composição química. Os ribossomos bacterianos exibem tamanho de 70S, com as subunidades 50S e 30S, enquanto os ribosso-mos eucarióticos apresentam tamanho de 80S, com as su-bunidades 60S e 40S. As diferenças nas proteínas e RNAs ribossomais constituem a base para a ação seletiva de vários antibióticos que inibem a síntese proteica de bactérias, mas não de humanos (ver Capítulo 10).
B. Grânulos
O citoplasma contém vários tipos diferentes de grânulos que atuam como áreas de armazenamento de nutrientes e coram-se de modo característico com determinados coran-tes. Por exemplo, a volutina corresponde a uma reserva da alta energia, armazenada na forma de metafosfato polimeri-zado. Esse grânulo mostra-se “metacromático”, uma vez que
G M a b c d G M a b c d G Mabcd G A B G M a b c d G Mabcd G dcbaM G G M a b c d G dcbaM G Mabcd G G M a b c d G M a b c d G M a b c d G G M a b c d G M a b c d G x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x M a b c d G G M a b c d G M a b c d G M a b c d G
Figura 2-5 Estrutura do peptideoglicano: Escherichia coli (A) apresenta uma ligação cruzada diferente daquela de Staphylococcus
au-reus (B). Em E. coli, c sofre ligação cruzada diretamente com d, enquanto em S. auau-reus, c e d são ligados por cinco glicinas. Entretanto, em
ambos os organismos, a D-alanina terminal participa da ligação. M, ácido murâmico; G, glicosamina; a, L-alanina; b, D-ácido glutâmico; c, ácido diaminopimélico (A) ou L-lisina (B); d, D-alanina; x, ponte de pentaglicina. (Modificado e reproduzido, com permissão, de Joklik WK et al: Zinsser Microbiology, 20th ed. Publicado originalmente por Appleton e Lange. Copyright © 1992 por The McGraw-Hill Compa-nies, Inc.)
se cora em vermelho pelo corante azul de metileno, ao invés de azul, como seria esperado. Os grânulos metacromáticos são uma propriedade característica de Corynebacterium di-phtheriae, o causador da difteria.
C. Nucleoide
O nucleoide corresponde à região do citoplasma onde o DNA está localizado. O DNA de procariotos é uma única molécu-la circumolécu-lar, com massa molecumolécu-lar (MM) de aproximadamente 2 x 109, contendo cerca de 2.000 genes. (Como comparação, o DNA humano contém aproximadamente 100.000 genes.) Uma vez que o nucleoide não apresenta membrana nuclear, nucléolo, fuso mitótico, nem histonas, há pouca semelhança com o núcleo eucariótico. Uma diferença importante entre o DNA bacteriano e o DNA eucariótico é o fato de o DNA bacteriano não apresentar íntrons, ao contrário do DNA eu-cariótico.
D. Plasmídeos
Os plasmídeos são moléculas de DNA de fita dupla, circula-res e extracromossomais, capazes de replicar-se independen-temente do cromossomo bacteriano. Embora sejam geral-mente extracromossomais, os plasmídeos podem integrar-se ao cromossomo bacteriano. Os plasmídeos estão presentes tanto em bactérias gram-positivas como gram-negativas, po-dendo haver vários tipos diferentes de plasmídeos em uma célula:
(1) Plasmídeos transmissíveis podem ser transferidos de
uma célula a outra por conjugação (ver, no Capítulo 4, uma discussão sobre conjugação). São grandes (MM de 40-100 milhões), uma vez que contêm cerca de uma dúzia de genes responsáveis pela síntese do pilus sexual e das enzimas
ne-cessárias à transferência. Habitualmente estão presentes em poucas cópias (de uma a três) por célula.
(2) Plasmídeos não transmissíveis são pequenos (MM
de 3-20 milhões), uma vez que não contêm os genes de transferência; frequentemente estão presentes em várias có-pias (10-60) por célula.
Os plasmídeos carreiam os genes envolvidos nas seguin-tes funções e estruturas de importância médica:
(1) Resistência a antibióticos, a qual é mediada por uma variedade de enzimas;
(2) Resistência a metais pesados, como mercúrio (o componente ativo de alguns antissépticos, como Merthio-late e Mercúrio-cromo) e prata, sendo mediada por uma en-zima redutase;
(3) Resistência à luz ultravioleta, mediada por enzimas de reparo de DNA;
(4) Pili (fímbrias), que medeiam a adesão das bactérias às células epiteliais;
(5) Exotoxinas, incluindo diversas enterotoxinas. Outros produtos de interesse codificados por plasmí-deos são os seguintes:
(1) Bacteriocinas são proteínas tóxicas produzidas por determinadas bactérias, letais para outras bactérias. Dois mecanismos de ação comuns de bacteriocinas são (A) a de-gradação das membranas das células bacterianas por meio da produção de poros na membrana, e (B) degradação do DNA bacteriano pela DNAse. Exemplos de bacterioci-nas produzidas por bactérias de importância médica são as colicinas, produzidas por Escherichia coli, e as piocinas, produzidas por Pseudomonas aeruginosa. As bactérias que produzem bacteriocinas exibem vantagem seletiva na com-petição por fontes alimentares, quando comparadas àquelas que não as produzem. Entretanto, a importância médica das bacteriocinas está na possibilidade de serem úteis no tratamento de infecções causadas por bactérias resistentes a antibióticos.
(2) Enzimas de fixação de nitrogênio de Rhizobium, nos nódulos radiculares de leguminosas.
(3) Tumores causados por Agrobacterium em plantas. (4) Vários antibióticos produzidos por Streptomyces. (5) Uma variedade de enzimas degradativas, produzidas por Pseudomonas e capazes de promover a limpeza de riscos ambientais, como derramamentos de óleo e sítios de despejo de compostos químicos tóxicos.
E. Transposons
Os transposons são segmentos de DNA que se deslocam prontamente de um sítio a outro, tanto no interior, como entre os DNAs de bactérias, plasmídeos e bacteriófagos. Em virtude de sua capacidade incomum de movimentar-se, estes são apelidados de genes saltadores. Esses elementos podem codificar enzimas de resistência a fármacos, toxinas, ou uma
P Dissacarídeo-difosfato Cerne Ácidos graxos Lipídeo A Antígeno somático ou “O” Polis-sacarídeo P
Figura 2-6 Estrutura da endotoxina (LPS). O polissacarí-deo do antígeno O encontra-se exposto na face exterior da célula, enquanto o lipídeo A encontra-se voltado ao interior. (Modificado e reproduzido, com permissão, de Brooks GF et al: Medical Microbiology, 19th ed. Publicado originalmente por Appleton e Lange. Copyright © 1991 por The McGraw-Hill Companies, Inc.)
variedade de enzimas metabólicas, bem como podem causar mutações no gene onde estão inseridos, ou alterar a expres-são de genes próximos.
Os transposons tipicamente apresentam quatro domí-nios identificáveis. Em cada extremidade há uma sequência curta de DNA contendo repetições invertidas, as quais
estão envolvidas na integração do transposon ao DNA re-ceptor. O segundo domínio corresponde ao gene da trans-posase, a qual consiste na enzima que medeia os processos de excisão e integração. A terceira região consiste no gene do repressor, que regula a síntese tanto da transposase como do produto gênico do quarto domínio, que, em muitos casos, corresponde a uma resistência a antibióticos mediada por enzimas (Figura 2-7).
Contrariamente aos plasmídeos ou vírus bacterianos, os transposons são incapazes de replicar-se de forma indepen-dente; eles se replicam como parte do DNA receptor. Mais de um transposon pode estar localizado no DNA; por exem-plo, um plasmídeo pode conter vários transposons carreando genes de resistência a fármacos. As sequências de inserção
correspondem a um tipo de transposon que possuem me-nor número de bases (800-1500 pares de bases), uma vez que estas não codificam suas próprias enzimas de integração. Essas sequências podem causar mutações em seu sítio de in-tegração e podem estar presentes em múltiplas cópias nas extremidades de transposons maiores.
Estruturas especializadas externas à parede celular
A. Cápsula
A cápsula é uma camada gelatinosa que reveste toda a bac-téria. É composta por polissacarídeos, exceto no bacilo do antraz, que possui uma cápsula de ácido D-glutâmico po-limerizado. Os açúcares que compõem o polissacarídeo va-riam de uma espécie bacteriana a outra, e, frequentemente, determinam o tipo sorológico de uma espécie. Por exemplo, existem 84 tipos sorológicos distintos de Streptococcus pneu-moniae, os quais são distinguidos pelas diferenças antigênicas dos açúcares da cápsula polissacarídica.
A cápsula é importante por quatro razões:
(1) É um determinante da virulência de diversas bacté-rias, uma vez que limita a capacidade de fagócitos engolfa-rem as bactérias. Variantes de bactérias capsuladas que per-deram a capacidade de produzir uma cápsula geralmente não são patogênicas.
(2) A identificação específica de um organismo pode ser realizada pelo uso de um antissoro contra o polissacarí-deo capsular. Na presença do anticorpo homólogo, a cáp-sula sofrerá um intumescimento expressivo. Esse fenômeno de intumescimento, utilizado no laboratório clínico para identificar certos organismos, é denominado reação de Quellung.
(3) Os polissacarídeos capsulares são utilizados como antígenos em determinadas vacinas, uma vez que são capazes de elicitar anticorpos protetores. Por exemplo, os polissaca-rídeos capsulares purificados de 23 tipos de S. pneumoniae estão presentes na vacina atual.
(4) A cápsula pode desempenhar um papel na adesão das bactérias aos tecidos humanos, a qual consiste em uma etapa inicial importante da infecção.
B. Flagelos
Os flagelos são apêndices longos, semelhantes a um chicote, que deslocam as bactérias em direção aos nutrientes e ou-tros fatores atrativos, processo denominado quimiotaxia. O
longo filamento que atua como um propulsor é composto por várias subunidades de uma única proteína, a flagelina, organizadas em diversas cadeias entrelaçadas. A energia para a movimentação, a força próton motiva, é fornecida pela
adenosina trifosfato (ATP), derivada da passagem de íons através da membrana.
As bactérias flageladas exibem número e localização de flagelos característicos: algumas bactérias apresentam um, enquanto outras apresentam vários; em algumas, os flagelos estão localizados em uma extremidade, enquanto em outras, estes são distribuídos por toda a superfície externa. Apenas determinadas bactérias possuem flagelos; muitos bacilos também os apresentam, porém a maioria dos cocos não os possui, sendo, portanto, imóveis. Os espiroquetas movem-se por meio de uma estrutura semelhante ao flagelo, denomi-nada filamento axial, que se enrola ao redor da célula
espi-ralada, produzindo um movimento ondulado.
Os flagelos exibem importância médica por duas ra-zões:
(1) Algumas espécies de bactérias móveis, por exemplo, E. coli e espécies de Proteus, são causas comuns de infecções do trato urinário. Os flagelos podem desempenhar papel na patogênese por propelirem as bactérias ao longo da uretra até a bexiga.
(2) Algumas espécies de bactérias, por exemplo, espécies de Salmonella, são identificadas no laboratório clínico pelo uso de anticorpos específicos contra proteínas flagelares.
Gene de “transposase” Gene de resistência a fármacos Gene do repressor RI RI
Figura 2-7 Genes de transposons. Este transposon carreia um gene de resistência a fármacos. RI, repetição invertida. (Modifi-cado e reproduzido de Fincham JR, Genetics, 1983: Jones and Bartlett Publishers, Sudbury, MA. www.jbpub.com. Reimpresso com permissão.)
C. Pili (fímbrias)
Os pili são filamentos semelhantes a pelos, que se estendem a partir da superfície celular. São mais curtos e lineares que os flagelos, sendo compostos por subunidades de uma pro-teína, a pilina, organizadas em fitas helicoidais. São encon-trados principalmente em organismos gram-negativos.
Os pili desempenham dois papéis importantes: (1) Medeiam a ligação das bactérias a receptores
espe-cíficos da superfície de células humanas, etapa necessária à iniciação da infecção por alguns organismos. Mutantes de Neisseria gonorrhoeae que não formam pili não são patogê-nicos.
(2) Um tipo especializado de pilus, o pilus sexual, esta-belece a ligação entre as bactérias macho (doadora) e fêmea (receptora) durante a conjugação (ver Capítulo 4).
D. Glicocálix (camada limosa)
O glicocálix consiste em um revestimento polissacarídico se-cretado por muitas bactérias. Ele reveste as superfícies como um filme e possibilita a firme aderência das bactérias a
es-truturas variadas, por exemplo, pele, válvulas cardíacas e ca-teteres. Também medeia a adesão de certas bactérias, como Streptococcus mutans, à superfície dos dentes. Isso desempe-nha papel importante na formação da placa dental, o precur-sor da cárie dental.
Esporos
Estas estruturas altamente resistentes são formadas em resposta às condições adversas por dois gêneros de bacilos gram-positivos de importância médica: o gênero Bacillus, que inclui o agente do antraz, e o gênero Clostridium, que inclui os agentes do tétano e botulismo. A formação de
esporos (esporulação) ocorre quando os nutrientes, como fontes de carbono e nitrogênio, são depletados (Figura 2-8). O esporo é formado no interior da célula e contém DNA bacteriano, uma pequena quantidade de citoplasma, membrana celular, peptideoglicano, pouquíssima água e, o mais importante, um revestimento espesso semelhante à queratina, responsável pela acentuada resistência do esporo ao calor, à desidratação, à radiação e a compostos quími-cos. Essa resistência pode ser mediada pelo ácido dipico-línico, um quelante de íons cálcio, encontrado apenas em
esporos.
Uma vez formado, o esporo não exibe qualquer ativida-de metabólica, poativida-dendo permanecer dormente por muitos anos. Quando exposto à água e a nutrientes apropriados, enzimas específicas degradam o revestimento, a água e os nutrientes penetram, e ocorre a germinação em uma célu-la bacteriana potencialmente patogênica. Observe que esse processo de diferenciação não corresponde a uma forma de reprodução, uma vez que uma célula produz um esporo que germina, originando uma célula.
A importância médica dos esporos reside em sua ex-traordinária resistência ao calor e a compostos químicos.
Como resultado de sua resistência ao calor, a esterilização não é obtida por meio da fervura. O aquecimento por vapor sob pressão (autoclave) a 121ºC, geralmente por 30 minu-tos, é necessário para garantir a esterilidade de produtos de uso médico. Esporos frequentemente não são observados em espécimes clínicos obtidos de pacientes infectados por orga-nismos formadores de esporos, uma vez que o suprimento de nutrientes é adequado.
A Tabela 2-4 descreve as características de importância médica dos esporos bacterianos.
CONCEITOS-CHAVE
Forma e tamanho
As bactérias apresentam três formas:
• cocos (esferas), bacilos
(bas-tonetes) e espiroquetas (espirais).
Os cocos são organizados em três padrões: pares (diplococos),
ca-•
deias (estreptococos) e agrupamentos (estafilococos). O tamanho da maioria das bactérias varia de 1 a 3
• μm.
Myco-plasma, as menores bactérias (e, portanto, as menores células)
medem 0,2 μm. Algumas bactérias, como Borrelia, exibem até 10
μm, isto é, são maiores que uma hemácia humana, que apresenta
diâmetro de 7 μm.
Parede celular bacteriana
Todas as bactérias possuem parede celular composta por
• peptide-oglicano, exceto Mycoplasma, que são envoltas somente por uma
membrana celular.
Parede celular
Nucleoide
Membrana plasmática Septo
DNA
Peptideoglicano Capa de queratina
Esporo livre
Figura 2-8 Esporos bacterianos. O esporo contém o genoma completo de DNA da bactéria, circundado por uma capa espessa e resistente.
Tabela 2-4 Características importantes dos esporos e suas implicações médicas
Características importantes dos esporos Implicações médicas
Altamente resistentes ao aquecimento, os esporos não são mortos pela fervura (100ºC), porém são mortos a 121ºC.
Os suprimentos médicos devem ser aquecidos a 121ºC por pelo menos 15 minutos, a fim de serem esterilizados.
Altamente resistentes a vários compostos químicos, incluindo a maioria dos desinfetantes. Isto é atribuído à capa do esporo, es-pessa e semelhante à queratina.
Somente soluções designadas como esporicidas promoverão a morte de esporos.
Podem sobreviver por vários anos, especialmente no solo. Ferimentos contaminados pelo solo podem ser infectados por esporos, causando doenças como tétano (C. tetani) e gangrena gasosa (C.
per-fringens).
Não exibem atividade metabólica mensurável. Os antibióticos são ineficazes contra os esporos, pois atuam inibindo certas vias metabólicas de bactérias. Além disso, a capa do esporo é im-permeável aos antibióticos.
Os esporos são formados quando os nutrientes são insuficientes, mas germinam, formando bactérias, quando os nutrientes tornam-se disponíveis.
Os esporos não são observados com frequência no sítio de infecções por-que os nutrientes não são limitantes. Bactérias, ao invés de esporos, são geralmente observadas em esfregaços submetidos à coloração de Gram. Os esporos são produzidos por membros de somente dois gêneros
de bactérias de importância médica, Bacillus e Clostridium, os quais consistem em bacilos gram-positivos.
As infecções transmitidas por esporos são causadas por espécies de
Ba-cillus ou Clostridium. As bactérias gram-negativas apresentam peptideoglicano delgado,
•
recoberto por uma membrana externa contendo lipídeos, enquan-to as bactérias gram-positivas exibem peptideoglicano espesso e não apresentam membrana externa. Essas diferenças explicam porque as bactérias gram-negativas perdem o corante quando expostas a um solvente de lipídeos durante o processo de coloração de Gram, enquanto as bactérias gram-positivas retêm o corante e permanecem roxas.
A membrana externa de bactérias gram-negativas contém
• endo-toxina (lipopolissacarídeo, LPS), o principal indutor de choque
séptico. A endotoxina consiste em lipídeo A, que induz a febre e hipotensão observadas no choque séptico, e um polissacarídeo (antígeno O), útil na identificação laboratorial.
Entre a camada de peptideoglicano e a membrana externa de
•
bactérias gram-negativas encontra-se o espaço periplasmático, que corresponde à localização das β-lactamases, as enzimas que degradam antibióticos β-lactâmicos, como penicilinas e cefalos-porinas.
O peptideoglicano é encontrado apenas em células bacterianas.
•
Consiste em uma rede que reveste toda a bactéria e confere ao organismo sua forma. É composto por um arcabouço de açúcar (glicano) e cadeias laterais peptídicas (peptídeo). As cadeias late-rais sofrem ligação cruzada por ação da transpeptidase, a enzima inibida pelas penicilinas e cefalosporinas.
A parede celular de micobactérias, por exemplo,
• Mycobacterium
tuberculosis, exibe mais lipídeos que bactérias gram-positivas ou
gram-negativas. Como resultado, os corantes utilizados na colo-ração de Gram não penetram em (não coram) micobactérias. As micobactérias são coradas pela coloração de acidorresistentes; essas bactérias frequentemente são denominadas bacilos acidor-resistentes.
As
• lisozimas matam as bactérias por clivarem o arcabouço de
gli-cano do peptideogligli-cano.
A membrana citoplasmática de bactérias consiste em uma
bica-•
mada fosfolipídica (sem esteróis) situada interna e adjacente ao peptideoglicano. Regula o transporte ativo de nutrientes para o interior da célula e a secreção de toxinas para fora da célula.
Coloração de Gram
A
• coloração de Gram é o mais importante procedimento de
coloração. As bactérias gram-positivas coram-se em púrpura, enquanto as bactérias gram-negativas coram-se em rosa. Essa diferença baseia-se na capacidade de bactérias gram-positivas reterem o complexo cristal violeta-iodo na presença de um sol-vente de lipídeos, geralmente álcool-acetona. As bactérias gram--negativas, pelo fato de apresentarem uma membrana externa contendo lipídeos e peptideoglicano delgado, perdem o corante púrpura quando tratadas com álcool-acetona. Perdem a colora-ção e coram-se em rosa quando expostas a um corante vermelho, como safranina.
Nem todas as bactérias podem ser visualizadas utilizando-se a
•
coloração de Gram. Alguns importantes patógenos de humanos, como as bactérias que causam a tuberculose e a sífilis, não podem ser visualizados utilizando-se essa coloração.
DNA bacteriano
O genoma bacteriano consiste em um
• único cromossomo de DNA circular, localizado no nucleoide.
Plasmídeos
• são segmentos extracromossomais de DNA circular, que codificam exotoxinas, assim como muitas enzimas responsá-veis pela resistência a antibióticos.
Transposons
• são segmentos pequenos de DNA que frequentemen-te se movem entre o DNA cromossomal e o DNA plasmidial. Esses segmentos carreiam genes de resistência a antibióticos.
Estruturas externas à parede celular
As
• cápsulas são antifagocitárias, isto é, limitam a capacidade de
neutrófilos engolfarem as bactérias. Praticamente todas as cáp-sulas são compostas por polissacarídeos; a cápsula polipeptídica do bacilo do antraz é a única exceção. As cápsulas são também os antígenos de várias vacinas, como a vacina pneumocóccica. Os anticorpos contra a cápsula neutralizam o efeito antifagocitário, permitindo que as bactérias sejam engolfadas pelos neutrófilos. A
opsonização é o processo pelo qual os anticorpos intensificam a
QUESTÕES PARA ESTUDO
As questões sobre tópicos discutidos neste capítulo podem ser encontradas nos itens Questões para estudo (Bacteriolo-gia clínica) e Teste seu conhecimento.
Os
• pili são filamentos proteicos que se estendem a partir da
super-fície bacteriana e medeiam a ligação das bactérias à supersuper-fície das células humanas. Um tipo diferente de pilus, o pilus sexual, atua na conjugação (ver Capítulo 4).
O
• glicocálix consiste em uma “camada limosa” polissacarídica
secretada por certas bactérias. Essa camada adere firmemente as
bactérias à superfície das células humanas e à superfície de
catete-res, válvulas cardíacas prostéticas e próteses de quadril.
Esporos bacterianos
Os
• esporos exibem importância médica por serem altamente resistentes ao calor e não serem mortos por vários desinfetantes.
A fervura não promove a morte de esporos. Esporos são formados por determinados bacilos gram-positivos, especialmente espécies de Bacillus e Clostridium.
Os esporos possuem uma capa espessa semelhante à queratina, o
•
que permite sua sobrevivência por vários anos, especialmente no solo. Os esporos são formados quando o suprimento de nutrientes encontra-se baixo; porém, quando os nutrientes são restabeleci-dos, os esporos germinam, formando bactérias que podem causar doenças. Os esporos são metabolicamente inativos, porém contêm DNA, ribossomos e outros componentes essenciais.
Crescimento
3
CICLO DE CRESCIMENTO
As bactérias reproduzem-se por fissão binária, processo em
que uma célula parental divide-se, originando duas célu-las-filhas. Pelo fato de uma célula originar duas células-filhas, é referido que as bactérias realizam crescimento exponencial (crescimento logarítmico). O conceito de crescimento expo-nencial pode ser ilustrado pela seguinte relação:
Número de células 1 2 4 8 16 Exponencial 20 21 22 23 24
Assim, 1 bactéria produzirá 16 bactérias após 4 gera-ções.
O tempo de duplicação (geração) das bactérias varia de somente 20 minutos, no caso de Escherichia coli, a mais de 24 horas, no caso de Mycobacterium tuberculosis. O cresci-mento exponencial e o tempo curto de duplicação de alguns organismos resultam na rápida geração de grande número de bactérias. Por exemplo, um organismo E. coli originará uma progênie superior a 1000 em aproximadamente três horas, e acima de um milhão em cerca de sete horas. O tempo de duplicação varia não somente em relação à espécie, mas tam-bém de acordo com a quantidade de nutrientes, temperatu-ra, pH e outros fatores ambientais.
O ciclo de crescimento de bactérias apresenta quatro fa-ses principais. Se um pequeno número de bactérias for ino-culado em um meio nutriente líquido, realizando-se a con-tagem de bactérias a intervalos frequentes, as fases típicas de uma curva de crescimento padrão podem ser demonstradas (Figura 3-1).
(1) A primeira corresponde à fase lag, durante a qual
ocorre intensa atividade metabólica; contudo, as células não se dividem. Essa fase pode durar de alguns minutos a muitas horas.
(2) A fase log (logarítmica) é aquela em que se observa
rápida divisão celular. Fármacos β-lactâmicos, como a
pe-nicilina, atuam durante esta fase, uma vez que os fármacos são eficazes no período em que as células estão produzindo peptideoglicano, isto é, quando estão em divisão.
(3) A fase estacionária ocorre quando a depleção de
nu-trientes ou os produtos tóxicos provocam uma diminuição no crescimento até que o número de células novas produzi-das equilibra-se com o número de células que morrem, re-sultando em um steady state (estado de equilíbrio). As células cultivadas em um aparato especial, denominado “quimiosta-to”, no qual nutrientes frescos são adicionados e produtos de excreção são removidos continuamente, podem permanecer na fase log e não entram na fase estacionária.
(4) A fase final corresponde à fase de morte,
caracteriza-da por um declínio no número de bactérias viáveis.
CRESCIMENTO AERÓBIO E ANAERÓBIO
Para a maioria dos organismos, um suprimento adequado de oxigênio intensifica o metabolismo e o crescimento. O oxigênio atua como o aceptor de hidrogênio nas etapas
fi-Tempo a b c d Lo g do númer o de cé lu las
Figura 3-1 Curva de crescimento de bactérias: a, fase lag; b,
fase log; c, fase estacionária; d, fase de morte. (Reproduzido, com permissão, de Joklik WK et al: Zinsser Microbiology, 20th ed. Publi-cado originalmente por Appleton e Lange. Copyright © 1992 por The McGraw-Hill Companies, Inc.)
