Objectivos de aprendizagem
- Lista os vários tipos de microrganismos e descreve as suas características definidoras
- Dar exemplos de diferentes tipos de microrganismos celulares e virais e agentes infecciosos
- Descrever as semelhanças e diferenças entre arquebactérias e bactérias
- Dar uma visão geral do campo da microbiologia
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Muitos micróbios são unicelulares e pequenos o suficiente para requererem uma ampliação artificial para serem vistos. Entretanto, existem alguns micróbios unicelulares que são visíveis a olho nu, e alguns organismos multicelulares que são microscópicos. Um objeto deve medir cerca de 100 micrômetros (µm) para ser visível sem um microscópio, mas a maioria dos microrganismos são muitas vezes menores do que isso. Para alguma perspectiva, considere que uma célula animal típica mede aproximadamente 10 µm de diâmetro, mas ainda é microscópica. As células bacterianas são tipicamente cerca de 1 µm, e os vírus podem ser 10 vezes menores do que as bactérias (Figura 1). Ver tabela 1 para unidades de comprimento usadas em microbiologia.
Tabela 1. Unidades de comprimento comumente usadas em microbiologia | ||
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Unidade métrica | Medição do prefixo | Equivalente métrico |
metro (m) | – | 1 m = 100 m |
decimetro (dm) | 1/10 | 1 dm = 0.1 m = 10-1 m |
centimetro (cm) | 1/100 | 1 cm = 0.01 m = 10-2 m |
milímetro (mm) | 1/1000 | 1 mm = 0,001 m = 10-3 m |
micrómetro (μm) | 1/1.000.000 | 1 μm = 0.000001 m = 10-6 m |
nanómetro (nm) | 1/1.000.000.000 | 1 nm = 0,000000001 m = 10-9 m |
Microorganismos diferem uns dos outros não só em tamanho, mas também em estrutura, habitat, metabolismo, e muitas outras características. Enquanto nós normalmente pensamos nos microorganismos como sendo unicelulares, há também muitos organismos multicelulares que são muito pequenos para serem vistos sem um microscópio. Alguns micróbios, como os vírus, são mesmo acelulares (não compostos de células).
Microorganismos são encontrados em cada um dos três domínios da vida: Archaea, Bacteria e Eukarya. Os micróbios dentro dos domínios Bactérias e Arquea são todos procariotas (suas células não têm núcleo), enquanto os micróbios no domínio Eukarya são eucariotas (suas células têm núcleo). Alguns microrganismos, como os vírus, não se enquadram em nenhum dos três domínios da vida. Nesta seção, vamos apresentar brevemente cada um dos amplos grupos de micróbios. Capítulos posteriores aprofundar-se-ão sobre as diversas espécies dentro de cada grupo.
Microorganismos procarióticos
As bactérias são encontradas em quase todos os habitats da Terra, incluindo dentro e sobre os seres humanos. A maioria das bactérias são inofensivas ou úteis, mas algumas são patógenos, causando doenças em humanos e outros animais. As bactérias são procarióticas porque o seu material genético (DNA) não está alojado dentro de um núcleo verdadeiro. A maioria das bactérias tem paredes celulares que contêm peptidoglicano.
As bactérias são frequentemente descritas em termos da sua forma geral. Formas comuns incluem esféricas (coccus), em forma de bastão (bacillus), ou curvas (spirillum, spirochete, ou vibrio). A Figura 2 mostra exemplos destas formas.
Têm uma ampla gama de capacidades metabólicas e podem crescer em uma variedade de ambientes, utilizando diferentes combinações de nutrientes. Algumas bactérias são fotossintéticas, como as cianobactérias oxigenadas e as bactérias verde enxofre e verde não enxofre; estas bactérias utilizam energia derivada da luz solar, e fixam o dióxido de carbono para o crescimento. Outros tipos de bactérias são não fotossintéticas, obtendo sua energia de compostos orgânicos ou inorgânicos em seu ambiente.
Archaea são também organismos procarióticos unicelulares. A arcaea e as bactérias têm diferentes histórias evolutivas, assim como diferenças significativas na genética, vias metabólicas e na composição das suas paredes celulares e membranas. Ao contrário da maioria das bactérias, as paredes celulares arqueológicas não contêm peptidoglicano, mas as suas paredes celulares são frequentemente compostas por uma substância semelhante chamada pseudopeptidoglicano. Como as bactérias, os arquebactérias são encontrados em quase todos os habitats da Terra, mesmo em ambientes extremos que são muito frios, muito quentes, muito básicos, ou muito ácidos (Figura 3). Algumas arcaias vivem no corpo humano, mas nenhuma se mostrou ser patógena humana.
Pense nisso
- Quais são os dois principais tipos de organismos procarióticos?
- Nome algumas das características definidoras de cada tipo.
Microorganismos eucariotas
O domínio Eukarya contém todos os eucariotas, incluindo eucariotas uni ou multicelulares, tais como protistas, fungos, plantas e animais. A principal característica que define os eucariotas é que suas células contêm um núcleo.
Protistas
Protistas são eucariotas unicelulares que não são plantas, animais, ou fungos. Algas e protozoários são exemplos de protistas.
Alga (singular: alga) são protistas do tipo vegetal que podem ser unicelulares ou multicelulares (Figura 4). Suas células são circundadas por paredes celulares feitas de celulose, um tipo de carboidrato. As algas são organismos fotossintéticos que extraem energia do sol e libertam oxigénio e hidratos de carbono no seu ambiente. Como outros organismos podem usar os seus resíduos para energia, as algas são partes importantes de muitos ecossistemas. Muitos produtos de consumo contêm ingredientes derivados de algas, como carragena ou ácido algínico, que são encontrados em algumas marcas de gelados, molhos para salada, bebidas, batom e pasta de dentes. Um derivado de algas também tem um papel proeminente no laboratório de microbiologia. O ágar, um gel derivado de algas, pode ser misturado com vários nutrientes e utilizado para cultivar microrganismos numa placa de Petri. As algas também estão sendo desenvolvidas como uma possível fonte de biocombustíveis.
Protozoa (singular: protozoário) são protistas que compõem a espinha dorsal de muitas teias alimentares, fornecendo nutrientes para outros organismos. Os protozoários são muito diversos. Alguns protozoários movem-se com a ajuda de estruturas semelhantes a cílios ou estruturas semelhantes a chicotes, chamadas flagelos. Outros estendem parte da sua membrana celular e citoplasma para se impulsionarem para a frente. Estas extensões citoplasmáticas são chamadas pseudopods (“pés falsos”). Alguns protozoários são fotossintéticos; outros se alimentam de material orgânico. Alguns são de vida livre, enquanto outros são parasitas, capazes apenas de sobreviver extraindo nutrientes de um organismo hospedeiro. A maioria dos protozoários são inofensivos, mas alguns são patógenos que podem causar doenças em animais ou humanos (Figura 5).
Fungi
Fungi (singular: fungo) também são eucariotas. Alguns fungos multicelulares, como os cogumelos, assemelham-se a plantas, mas na realidade são bastante diferentes. Os fungos não são fotossintéticos, e suas paredes celulares são geralmente feitas de quitina em vez de celulose.
Fungos unicelulares-yeasts-estão incluídos no estudo da microbiologia. Existem mais de 1000 espécies conhecidas. As leveduras são encontradas em muitos ambientes diferentes, desde o mar profundo até ao umbigo humano. Algumas leveduras têm usos benéficos, tais como fazer crescer o pão e fermentar as bebidas; mas as leveduras também podem causar estragos nos alimentos. Algumas até causam doenças, tais como infecções vaginais por leveduras e tordo bucal (Figura 6).
Outros fungos de interesse para microbiologistas são organismos multicelulares chamados moldes. Os moldes são constituídos por filamentos longos que formam colónias visíveis (Figura 7). Os fungos são encontrados em muitos ambientes diferentes, desde o solo até ao apodrecimento dos alimentos e cantos húmidos dos banheiros. Os bolores desempenham um papel crítico na decomposição de plantas e animais mortos. Alguns moldes podem causar alergias, e outros produzem metabolitos causadores de doenças chamados micotoxinas. Moldes têm sido usados para fazer medicamentos, incluindo penicilina, que é um dos antibióticos mais comumente prescritos, e ciclosporina, usada para prevenir a rejeição de órgãos após um transplante.
Pense nisto
- Nome dois tipos de protists e dois tipos de fungos.
- Nome algumas das características definidoras de cada tipo.
Helminths
Multicellular vermes parasitas chamados helmintos não são tecnicamente microorganismos, como a maioria são suficientemente grandes para serem vistos sem um microscópio. No entanto, estes vermes enquadram-se no campo da microbiologia porque as doenças causadas pelos helmintos envolvem ovos e larvas microscópicos. Um exemplo de helminto é o verme da índia, ou Dracunculus medinensis, que causa tonturas, vómitos, diarreia e úlceras dolorosas nas pernas e pés quando o verme sai da pele (Figura 8). A infecção ocorre tipicamente depois de uma pessoa beber água contendo pulgas de água infectadas por larvas de vermes-da-índia. Em meados da década de 80, estimava-se que existiam 3,5 milhões de casos de doença das cobaias, mas a doença foi em grande parte erradicada. Em 2014, foram notificados apenas 126 casos, graças aos esforços coordenados da Organização Mundial de Saúde (OMS) e outros grupos empenhados em melhorar o saneamento da água potável.
Vírus
Vírus são microorganismos acelulares, o que significa que não são compostos de células. Essencialmente, um vírus consiste em proteínas e material genético – seja DNA ou RNA, mas nunca both- que são inertes fora de um organismo hospedeiro. Contudo, ao incorporarem-se numa célula hospedeira, os vírus são capazes de cooptar os mecanismos celulares do hospedeiro para se multiplicarem e infectarem outros hospedeiros.
Vírus podem infectar todos os tipos de células, desde células humanas até às células de outros microrganismos. Em humanos, os vírus são responsáveis por numerosas doenças, desde a constipação comum até ao Ébola mortal (Figura 9). No entanto, muitos vírus não causam doenças.
Pense nisso
- Existem microrganismos helmintos? Explique porque ou porque não.
- Como os vírus são diferentes de outros microorganismos?
Microbiologia como campo de estudo
Microbiologia é um termo amplo que engloba o estudo de todos os diferentes tipos de microorganismos. Mas, na prática, os microbiologistas tendem a especializar-se em um dos vários subcampos. Por exemplo, bacteriologia é o estudo de bactérias; micologia é o estudo de fungos; protozoologia é o estudo de protozoários; parasitologia é o estudo de helmintos e outros parasitas; e virologia é o estudo de vírus (Figura 10).
Immunologia, o estudo do sistema imunológico, é frequentemente incluído no estudo de microbiologia porque as interacções hospedeiro-patógeno são centrais para a nossa compreensão dos processos das doenças infecciosas. Os microbiologistas podem também especializar-se em certas áreas da microbiologia, tais como microbiologia clínica, microbiologia ambiental, microbiologia aplicada ou microbiologia alimentar.
Neste manual, estamos principalmente preocupados com as aplicações clínicas da microbiologia, mas como os vários subcampos da microbiologia estão altamente inter-relacionados, discutiremos frequentemente aplicações que não são estritamente clínicas.
Bioética em Microbiologia
Nos anos 40, o governo dos EUA procurava uma solução para um problema médico: a prevalência de doenças sexualmente transmissíveis (DSTs) entre os soldados. Vários estudos agora famosos financiados pelo governo usaram sujeitos humanos para pesquisar doenças sexualmente transmissíveis (DST) comuns e tratamentos. Em um desses estudos, pesquisadores americanos expuseram intencionalmente mais de 1300 sujeitos humanos na Guatemala à sífilis, gonorréia e chancróide para determinar a capacidade da penicilina e outros antibióticos para combater essas doenças. Os sujeitos do estudo incluíam soldados guatemaltecos, prisioneiros, prostitutas e pacientes psiquiátricos – nenhum dos quais foi informado de que estava participando do estudo. Os pesquisadores expuseram os sujeitos às DSTs por vários métodos, desde facilitar as relações sexuais com prostitutas infectadas até inocular sujeitos com as bactérias conhecidas como causadoras das doenças. Este último método envolvia fazer uma pequena ferida nos genitais do sujeito ou em qualquer outra parte do corpo, e depois colocar as bactérias directamente na ferida. Em 2011, uma comissão do governo dos EUA encarregada de investigar a experiência revelou que apenas alguns dos sujeitos foram tratados com penicilina, e 83 sujeitos morreram até 1953, provavelmente como resultado do estudo.
Felizmente, este é um dos muitos exemplos horríveis de experiências de microbiologia que violaram padrões éticos básicos. Mesmo que este estudo tivesse levado a uma descoberta médica que salvasse vidas (não levou), poucos argumentariam que seus métodos eram eticamente sólidos ou moralmente justificáveis. Mas nem todos os casos são tão claros. Os profissionais que trabalham em ambientes clínicos são frequentemente confrontados com dilemas éticos, tais como trabalhar com pacientes que declaram uma vacina ou uma transfusão de sangue que salva vidas. Estes são apenas dois exemplos de decisões de vida ou morte que podem se cruzar com as crenças religiosas e filosóficas tanto do paciente como do profissional de saúde.
Não importa quão nobre seja o objetivo, os estudos de microbiologia e a prática clínica devem ser guiados por um certo conjunto de princípios éticos. Os estudos devem ser feitos com integridade. Pacientes e sujeitos de pesquisa fornecem consentimento livre e esclarecido (não apenas concordando em ser tratados ou estudados, mas demonstrando uma compreensão do propósito do estudo e de quaisquer riscos envolvidos). Os direitos dos pacientes devem ser respeitados. Os procedimentos devem ser aprovados por um conselho de revisão institucional. Ao trabalhar com pacientes, a manutenção de registros precisos, comunicação honesta e confidencialidade são primordiais. Os animais usados para pesquisa devem ser tratados humanamente e todos os protocolos devem ser aprovados por um comitê institucional de cuidado e uso de animais. Estes são apenas alguns dos princípios éticos explorados nos quadros do Eye on Ethics ao longo deste livro.
Clinical Focus: Cora, Resolução
Este exemplo conclui a história de Cora que começou em O que os nossos antepassados sabiam e Uma abordagem sistemática.
As amostras do LCR de Cora não mostram sinais de inflamação ou infecção, como seria de esperar com uma infecção viral. No entanto, há uma alta concentração de uma determinada proteína, 14-3-3 proteína, no seu LCR. Um electroencefalograma (EEG) da sua função cerebral também é anormal. O EEG assemelha-se ao de um paciente com uma doença neurodegenerativa como Alzheimer ou Huntington, mas o rápido declínio cognitivo de Cora não é consistente com nenhum dos dois. Em vez disso, o médico dela conclui que Cora tem a doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ), um tipo de encefalopatia espongiforme transmissível (EET).
A DCJ é uma doença extremamente rara, com apenas cerca de 300 casos por ano nos Estados Unidos. Não é causada por uma bactéria, fungo ou vírus, mas sim por priões – que não se encaixam perfeitamente em nenhuma categoria específica de micróbios. Como os vírus, os priões não são encontrados na árvore da vida porque são acelulares. Os priões são extremamente pequenos, cerca de um décimo do tamanho de um vírus típico. Eles não contêm material genético e são compostos apenas de um tipo de proteína anormal.
CJD pode ter várias causas diferentes. Pode ser adquirida através da exposição ao cérebro ou ao tecido do sistema nervoso de uma pessoa ou animal infectado. O consumo de carne de um animal infectado é uma forma de tal exposição poder ocorrer. Também tem havido casos raros de exposição à DCJ através do contato com equipamentos cirúrgicos contaminados e de doadores de córnea e hormônios de crescimento que, inconscientemente, tinham DCJ. Em casos raros, a doença resulta de uma mutação genética específica que, por vezes, pode ser hereditária. No entanto, em aproximadamente 85% dos doentes com DCJ, a causa da doença é espontânea (ou esporádica) e não tem uma causa identificável. Com base nos seus sintomas e na sua rápida progressão, Cora é diagnosticada com DCJ esporádica.
Felizmente para Cora, a DCJ é uma doença fatal para a qual não há tratamento aprovado. Aproximadamente 90% dos pacientes morrem no prazo de 1 ano após o diagnóstico. Seus médicos se concentram em limitar sua dor e sintomas cognitivos à medida que sua doença progride. Oito meses depois, Cora morre. Seu diagnóstico de DCJ é confirmado com uma autópsia cerebral.
Conceitos-chave e resumo
- Microorganismos são muito diversos e são encontrados nos três domínios da vida: Arquea, Bactérias e Eukarya.
- Arquea e bactérias são classificadas como procariotas porque lhes falta um núcleo celular. A arcaea difere das bactérias na história evolutiva, genética, vias metabólicas e composição da parede celular e membrana.
- A arcaea habita quase todos os ambientes na terra, mas nenhum arcaea foi identificado como patógeno humano.
- As eucariotas estudadas em microbiologia incluem algas, protozoários, fungos e helmintos.
- As algas são organismos semelhantes a plantas que podem ser unicelulares ou multicelulares, e derivam energia via fotossíntese.
- Os protozoários são organismos unicelulares com estruturas celulares complexas; a maioria são móveis.
- Os fungos microscópicos incluem fungos e leveduras.
- Os helmintos são vermes parasitas multicelulares. Estão incluídos no campo da microbiologia porque os seus ovos e larvas são frequentemente microscópicos.
- Os vírus são microrganismos acelulares que requerem um hospedeiro para se reproduzirem.
- O campo da microbiologia é extremamente amplo. Os microbiologistas normalmente são especializados em um dos muitos subcampos, mas todos os profissionais de saúde precisam de uma base sólida em microbiologia clínica.
Escolha múltipla
Qual dos seguintes tipos de microrganismos é fotossintético?
- >yeast
- vírus
- helminth
- algas
Show Answer
Answer d. Algas são fotossintéticas.
>
Qual dos seguintes é um microrganismo procariótico?
- helminth
- protozoan
- cyanobacterium
- mold
Show Answer
Answer c. Cyanobacterium é um microrganismo procariótico.
>
Qual dos seguintes é acelular?
- vírus
- bacterium
- fungus
- protozoan
Mostrar Resposta
Resposta a. Os vírus são acelulares.
Qual dos seguintes é um tipo de microrganismo fúngico?
- bacterium
- protozoan
- alga
- yeast
Show Answer
Answer d. Yeast é um tipo de microrganismo fúngico.
>
Qual dos seguintes não é um subcampo da microbiologia?
- bacteriologia
- botânica
- microbiologia clínica
- virologia
Mostrar Resposta
Resposta b. Botânica não é um subcampo da microbiologia.
Preencher em Branco
A ________ é um microorganismo causador de doenças.
Mostrar Resposta
Um patógeno é um microorganismo causador de doenças.
Multicellular vermes parasitas estudados por microbiologistas são chamados ___________.
>
Mostrar Resposta
Os vermes parasitas multicelulares estudados por microbiologistas são chamados de helmintos.
>
O estudo dos vírus é ___________.
>
Mostrar Resposta
O estudo dos vírus é virologia.
>
As células dos organismos procarióticos carecem de um _______.
Mostrar Resposta
As células de organismos procarióticos carecem de um núcleo.
Pense nisso
- Descreva as diferenças entre bactérias e arquebactérias.
- Nome três estruturas que vários protozoários usam para locomoção.
- Descreva os tamanhos reais e relativos de um vírus, uma bactéria e uma célula vegetal ou animal.
- Contraste o comportamento de um vírus fora versus dentro de uma célula.
- Onde um vírus, uma bactéria, uma célula animal e um prião pertenceriam neste gráfico?
- P. Rudge et al. “CJD Iatrogênica Devido ao Hormônio de Crescimento derivado da Hipófise com Tempos de Incubação Geneticamente Determinados de Até 40 Anos”. Cérebro 138 no. 11 (2015): 3386-3399. ↵
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