Introdução a Microbiologia

A ciência da Microbiologia [do grego: mikros (“pequeno”), bios (“vida”) e logos (“ciência”)] é o estudo dos organismos microscópicos e de suas atividades. Preocupa-se com a forma, a estrutura, a reprodução, a fisiologia, o metabolismo e a identificação dos seres microscópicos. Inclui o estudo da sua distribuição natural, suas relações recíprocas e com outros seres vivos, seus efeitos benéficos e prejudiciais sobre os homens e as alterações físicas e químicas que provocam em seu meio ambiente. Em sua maior parte, a Microbiologia trata com organismos microscópicos unicelulares.

Nas assim chamadas formas superiores de vida, os organismos são compostos de muitas células, que constituem tecidos altamente especializados e órgãos destinados a exercer funções específicas. Nos indivíduos unicelulares, todos os processos vitais são realizados numa única célula. Independentemente da complexidade de um organismo, a célula é, na realidade, a unidade básica da vida. Todas as células vivas são basicamente semelhantes.

Conforme já foi visto, elas compõem-se de protoplasma (do grego: a primeira substância formada), um complexo orgânico coloidal constituído principalmente de proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos; o conjunto é circundado por membranas limitantes ou parede celular, e todos contêm um núcleo ou uma substância nuclear equivalente. Todos os sistemas biológicos têm as seguintes características comuns:

1) habilidade de reprodução;

2) capacidade de ingestão ou assimilação de substâncias alimentares, metabolizando-as para suas necessidades de energia e de crescimento;

3) habilidade de excreção de produtos de escória;

4) capacidade de reagir a alterações do meio ambiente (algumas vezes chamada de irritabilidade), e

5) suscetibilidade à mutação.

Os princípios da Biologia podem ser demonstrados através do estudo da Microbiologia, pois os microrganismos têm muitas características que os tornam instrumentos ideais para a pesquisa dos fenômenos biológicos. Os microrganismos fornecem sistemas específicos para a investigação das reações fisiológicas, genéticas e bioquímicas, que são a base da vida. Eles podem crescer, de maneira conveniente, em tubos de ensaio ou frascos, exigindo, assim, menos espaço e cuidados de manutenção do que as plantas superiores e os animais.

Além disso, crescem rapidamente e se reproduzem num ritmo muito alto; algumas espécies bacterianas demonstram quase 100 gerações num período de 24 horas. Os processos metabólicos dos microrganismos seguem os padrões que ocorrem nos vegetais superiores e nos animais. As leveduras, por exemplo, utilizam a glicose, basicamente do mesmo modo que as células dos tecidos de mamíferos, revelando que o mesmo sistema enzimático está presente nestes organismos tão diversos. Em Microbiologia pode-se estudar os organismos em grande detalhe e observar seus processos vitais durante o crescimento, a reprodução, o envelhecimento e a morte.

Modificando-se a composição do meio ambiente, é possível alterar as atividades metabólicas, regular o crescimento e, até alterar alguns detalhes do padrão genético, tudo sem causar a destruição do microrganismo. Os principais grupos de microrganismos são os protozoários, fungos, algas e bactérias. Os vírus, apesar de não serem considerados vivos, têm algumas características de células vivas e por isso são estudados como microrganismos. Este texto irá abordar temas sobre bactérias, fungos e vírus, uma vez que algas e protozoários já foram vistos em etapa anterior.

A Microbiologia estuda alguns organismos que são predominantemente semelhantes ao vegetais , outros que são similares aos animais e, um terceiro grupo que tem características aos animais e vegetais. Visto que não existem organismos que não pertencem, naturalmente, a nenhum destes dois reinos, foi proposta a criação de novos reinos que os pudessem incluir. Uma dessas primeiras proposições foi feita em 1866 pelo zoólogo alemão E. H. Haeckel. Este autor sugeriu que um terceiro reino incluísse os microrganismos que, tipicamente não poderiam ser classificados como vegetais ou animais.

Esses organismos foram chamados de protistas e colocados no reino Protista, constituído unicamente por seres unicelulares. Assim, ao se falar de modo geral em protistas, compreendem-se bactérias, algas, fungos e protozoários, excluindo-se os vírus que não são organismos celulares. Mediante os progressos do conhecimento da ultraestrutura celular, os microrganismos puderam ser divididos em duas categorias: procariotos e eucariotos. Esta divisão baseia-se nas diferenças de organização da maquinaria celular, já vistas neste curso. As algas azuis (cianofíceas) e as bactérias são organismos procariotos.

Entre os microrganismos eucariotos estão os protozoários, os fungos e as demais algas (as células animais e vegetais são, também eucarióticas). Os vírus, isolados entre os microrganismos, são deixados de lado neste esquema de organização celular. Um outro sistema de classificação, o sistema dos cinco reinos, foi proposto por Robert H. Whittaker (1969), baseado no modo pelo qual o organismo obtém nutrientes de sua alimentação.

Este sistema é, agora, amplamente aceito porque considera relações evolutivas e é compatível com os recentes estudos bioquímicos, genéticos e ultraestruturais, os quais sugerem que a endossimbiose (viver junto, um no interior do outro) hereditária levou até a célula eucariótica, tal como ela é conhecida, a partir de uma variedade de unidades procarióticas, desenvolvendo-se desde um ancestral procariótico comum. Os microrganismos, portanto, são encontrados em três dos cinco reinos: reino Monera (bactérias e cianobactérias), reino Protista (algas microscópicas e protozoários) e reino Fungi (leveduras e bolores).

Até 1977, a ideia prevalecente era de que os organismos procariotos, por causa da sua simplicidade estrutural, eram os ancestrais de eucariotos mais complexos. Com as pesquisas de Carl Woese e seus colaboradores, ficou comprovado que os procariotos e eucariotos evoluíram por vias completamente diferentes a partir de uma forma ancestral comum, como mostra a figura 1. Estes pesquisadores utilizaram uma técnica que compara o arranjo nucleotídico do RNA entre diferentes organismos.

Por exemplo, se as sequências de ribonucleotídeos de 2 tipos de organismos diferem em grande extensão, a relação entre ambos é muito distante; ou seja, os organismos divergiram há muito tempo de um ancestral comum. Porém, se as sequências mostram mais similaridades, os organismos estão intimamente relacionados e têm um ancestral comum relativamente recente. Os eucariotos possuem um tipo geral de sequência e os procariotos, um segundo tipo. Dentre os procariotos, alguns têm um terceiro tipo de sequência, que difere dos anteriores. Com isso, concluiu-se que há 2 tipos principais de bactérias, designadas de arqueobactérias e eubactérias.

Os microrganismos se encontram em praticamente todos os lugares da natureza. São transportados por correntes aéreas desde a superfície da Terra até as camadas superiores da atmosfera. Mesmo os microrganismos típicos dos oceanos podem ser achados a muitos quilômetros de distância, no alto de montanhas. São encontrados em sedimentos no fundo do mar, em grandes profundidades. São carregados por correntes fluviais e até mares; e, se dejetos humanos contendo bactérias patogênicas forem despejados em correntes de água, a doença pode disseminar-se de um lugar para outro.

Os microrganismos ocorrem mais abundantemente onde puderem encontrar alimentos, umidade e temperatura adequadas para seu crescimento e multiplicação. Uma vez que as condições que favorecem a sobrevivência e o crescimento de muitos microrganismos são as mesmas sob as quais vivem as populações humanas, é inevitável que vivamos entre grande quantidade de microrganismos. Eles estão no ar que respiramos e no alimento que ingerimos. Estão na superfície de nosso corpo, em nosso trato digestivo, na boca, no nariz e em outros orifícios naturais. Felizmente, a maioria dos microrganismos é inócua para o homem, e este tem meios de resistir à invasão daqueles que são potencialmente patogênicos.

Existem numerosos aspectos no estudo da Microbiologia, que são divididos em duas áreas principais: a microbiologia básica e a microbiologia aplicada. A microbiologia básica estuda a natureza fundamental e as propriedades dos microrganismos. Preocupa-se com assuntos relacionados aos seguintes temas:

• Características morfológicas (forma e tamanho das células, composição química, etc.);

• Características fisiológicas (necessidades nutricionais específicas e condições necessárias ao crescimento e reprodução);

• Atividades bioquímicas (modo de obtenção de energia pelos microrganismos);

• Características genéticas (hereditariedade e variabilidade das características);

• Características ecológicas (ocorrência natural dos microrganismos no ambiente e sua relação com outros organismos);

• Potencial de patogenicidade dos microrganismos e

• Classificação (relação taxonômica entre os grupos do mundo microbiano).

Na microbiologia aplicada estuda-se como os microrganismos podem ser usados ou controlados para várias finalidades práticas. Os principais campos de aplicação da microbiologia incluem: medicina, alimentos e laticínios, agricultura, indústria e ambiente. Na área industrial, por exemplo, os microrganismos são utilizados na síntese de uma variedade de substâncias químicas, desde o ácido cítrico até antibióticos mais complexos e enzimas. Certos microrganismos são capazes de fermentar material orgânico animal e humano, produzindo gás metano que pode ser coletado e usado como combustível.

A bio metalurgia explora as atividades químicas de bactérias para extrair minerais, como cobre e ferro de minérios de baixa qualidade. A indústria do petróleo têm utilizado bactérias e seus produtos, como os exopolissacarídeos presentes externamente à célula bacteriana, para aumentar a extração do petróleo de rochas reservatório. Na área ambiental, estuda-se a utilização de microrganismos que podem degradar poluentes específicos, como herbicidas e inseticidas.

A microbiologia médica trata dos microrganismos causadores de doenças humanas (patogênicos, além de estar relacionada com a prevenção e o controle das doenças. Juntamente com a engenharia genética, têm pesquisado a produção de enzimas bacterianas que dissolvam coágulos sanguíneos, vacinas humanas utilizando vírus de insetos e testes laboratoriais rápidos para diagnóstico de infecção viral, entre tantas outras aplicações possíveis nesta área.

A microbiologia dos alimentos está relacionada com as doenças que podem ser transmitidas pelos alimentos, como por exemplo, infecções causadas por salmonelas, intoxicações causadas por estafilococos e clostrídios. Relaciona-se também com aspectos positivos, com a utilização de microrganismos na produção de alimentos/bebidas (queijos, pães, cervejas, etc.).

A Microbiologia começou quando se aprendeu a polir lentes, feitas a partir de peças de vidro, e a combiná-las até produzir aumentos suficientemente grandes que possibilitassem a visualização dos microrganismos. Durante o século XIII, Roger Bacon postulou que a doença era produzida por seres vivos invisíveis. A sugestão foi novamente feita por Fracastoro de Verona (1483-1553) e por Von Plenciz, em 1762, mas estes autores não dispunham de provas. No início de 1658, um monge chamado Kircher se referiu a vermes invisíveis a olho desarmado nos corpos em decomposição, no pão, no leite e em excreções diarréicas.

Em 1665, Robert Hooke viu e descreveu células em um pedaço de cortiça. Estabeleceu o fato de que os organismos de animais e plantas, complexos que sejam, são compostos de algumas partes elementares que se repetem frequentemente - citação não devida a Hooke, mas originada da descrição de Aristóteles sobre a estrutura celular das coisas vivas, datadas do século IV a.C. Embora não tenha sido, provavelmente, o primeiro a ver as bactérias e os protozoários, o holandês Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723), foi o primeiro a relatar suas observações, com descrições precisas e desenhos.

A palavra bactéria vem do termo bacterium, que foi introduzido pelo alemão C.G. Ehrenberg, em 1828, como uma denominação genérica para certos tipos bacterianos representativos. Deriva da palavra grega que significa pequeno bastão. A palavra micróbio foi introduzida em 1878 pelo cirurgião francês, Charles-Emmanuel Sedillot.

A descoberta dos microrganismos focalizou o interesse científico sobre a origem dos seres vivos. No que se refere às formas superiores de vida, Aristóteles (384-322 a.C.) pensava que os animais podiam se originar, espontaneamente, do solo, de plantas e de outros animais diferentes, e sua influência ainda atingiu o século XVII. Era aceito como fato, por exemplo, que as larvas podiam ser produzidas pela exposição da carne a o calor e ao ar, embora Francesco Redi (1626-1697) duvidasse do mesmo. Ele realizou uma experiência na qual colocou carne numa jarra coberta com gaze. Atraídas pelo odor da carne, as moscas puseram seus ovos sobre a cobertura e, destes, emergiram as larvas. Esta experiência e outras parecem ter resolvido o assunto, ao menos no que se referia a tais formas vivas. Com os microrganismos, contudo, era diferente; seguramente eles não tinham pais.

Em 1749, John Needham (1713-1781), trabalhando com carne exposta a cinzas quentes, observou o aparecimento de microrganismos que não existiam no início da experiência, concluindo que as bactérias tinham se originado da carne. Quase que ao mesmo tempo, Spallanzani (1729-1799) ferveu caldo de carne durante uma hora, fechando logo a seguir os frascos. Nenhum microrganismo apareceu, mas seus resultados, ainda que repetidos, não convenceram Needham. Este insistia em que o ar era essencial para a produção espontânea dos seres microscópicos, e este ar tinha sido excluído dos frascos pelo fechamento.

60 a 70 anos mais tarde dois pesquisadores responderam a este argumento. Franz Schulze (1815-1873) aerava infusões fervidas, fazendo o ar atravessar soluções fortemente ácidas, enquanto Theodor Schwann (1810-1882) forçava o ar através de tubos aquecidos ao rubro. Em nenhum dos casos surgiram os micróbios. Os adeptos da geração espontânea não se convenceram, dizendo que o ácido e o calor é que não permitiram o crescimento dos micróbios. Por volta de 1850, Schröder e Von Dush realizaram uma experiência mais convincente, fazendo o ar passar através do algodão para frascos que continham o caldo aquecido.

Assim, as bactérias foram retidas pelas fibras de algodão, tanto que não houve seu desenvolvimento. O conceito de geração espontânea foi revivido, pela última vez, por Pouchet, que publicou em 1859, um relatório, provando sua ocorrência. Pouchet foi rebatido por Louis Pasteur (1822-1895). Este preparou um frasco com colo longo, estreito, em pescoço de cisne . As soluções nutritivas foram aquecidas no frasco e o ar - não-tratado e não-filtrado - podia passar para dentro ou para fora. Os micróbios, porém, depositavam-se no pescoço de cisne e não apareciam na solução. Finalmente, John Tyndall (1820-1893) efetuou experiências numa caixa especialmente desenhada para provar que a poeira carrega os micróbios . Se não houver poeira, o caldo estéril ficará livre de crescimento microbiano por períodos de tempo indefinidos.

Teoria Microbiana das Doenças:

Antes de Pasteur ter provado experimentalmente que as bactérias são a causa de algumas doenças, muitos observadores já argumentavam a favor desta teoria. Fracastoro de Verona sugeriu que as doenças podiam ser devidas a organismos invisíveis, transmitidos de uma pessoa para outra. Em 1762, Von Plenciz, de Viena, não apenas estabeleceu que seres vivos eram causas de doenças, como também suspeitou que microrganismos diferentes eram responsáveis por enfermidades diferentes.

O médico Oliver W. Holmes (1809-1894) insistia que a febre puerperal era contagiosa e, provavelmente, causada por um germe transmitido de uma mãe para outra por intermédio das parteiras e dos médicos. Quase na mesma época, o médico húngaro Ignaz P. Semmelweis (1818-1865) introduzia o uso de antissépticos na prática obstétrica. Na França, Louis Pasteur estudou os métodos e processos envolvidos na fabricação de vinhos e cervejas. Observou que a fermentação das frutas e dos grãos, resultando em álcool, era efetuada por micróbios. Examinando muitas amostras de fermentos, isolou micróbios de espécies diferentes.

Nos bons lotes, predominava um tipo; nos produtos pobres, outro tipo estava presente. Selecionando adequadamente o microrganismo, o fabricante podia estar seguro de conseguir produtos bons e uniformes. Porém os micróbios já estavam nos sucos; deviam ser removidos e fermentação iniciada com uma cultura proveniente de um tonel que tinha sido satisfatório. Pasteur sugeriu que os tipos indesejáveis de microrganismos deveriam ser eliminados pelo calor, não tão intenso que prejudicasse o gosto do suco de fruta, mas suficiente para tornar inócuo os germes.

Observou que, mantendo os sucos a uma temperatura de 62-63 º C, durante uma hora e meia, obtinha o resultado desejado. Este processo tornou-se conhecido como pasteurização e hoje é amplamente utilizado nas indústrias de fermentação, porém é a indústria dos derivados do leite que está mais familiarizada com este método, visando a destruição dos microrganismos patogênicos, presentes no leite. Na Alemanha, o médico Robert Koch (1843-1910) estudou o problema do carbúnculo hemático, que é uma doença do gado bovino, caprino e, às vezes, do homem.

Ele descobriu os bacilos típicos com extremidades cortadas em ângulos retos, no sangue de animais mortos pela infecção carbunculosa. Inoculou as bactérias em meios de cultura, em seu laboratório, examinou-as ao microscópio para estar seguro de que apenas uma espécie tinha se desenvolvido e injetou-as em outros animais para verificar se estes se tornavam doentes e desenvolviam os sintomas clínicos do carbúnculo hemático. A partir destes animais experimentais, Koch isolou micróbios iguais aos que tinha encontrado originalmente nos carneiros infectados.

Esta foi a primeira vez que uma bactéria foi comprovada como causa de uma doença animal. A partir disto foram estabelecidos os postulados de Koch: 1) Um microrganismo específico pode sempre ser encontrado em associação com uma dada doença. 2) O organismo pode ser isolado e cultivado, em cultura pura, no laboratório. 3) A cultura pura produzirá a doença quando inoculada em animal sensível. 4) É possível recuperar o microrganismo, em cultura pura, dos animais experimentalmente infectados.

A caracterização e a classificação dos organismos vivos são o principal objetivo em todos os ramos da Ciência Biológica. A partir do momento em que um organismo é completamente conhecido, torna-se possível fazer comparações com outros, determinando semelhanças e diferenças. As comparações das características de grande número de microrganismos resultam, eventualmente, num sistema de agrupamento das espécies semelhantes. Por fim, cria-se um grupo com características muito semelhantes, que é considerado como uma espécie e recebe um nome específico, isto é, o microrganismo adquire um nome.

Por serem individualmente tão pequenos que não podem ser visualizados sem ajuda de um microscópio, não é prático trabalhar com um único indivíduo. Por esta razão estudam-se culturas, que contêm milhares, milhões e até mesmo bilhões de indivíduos. Uma cultura que consiste em uma única espécie de microrganismo (uma espécie viva), independentemente do número de indivíduos, num ambiente livre de outros organismos vivos, é chamada de cultura axênica. Os microbiologistas usualmente se referem a tais culturas como culturas puras, embora, no sentido técnico estrito, a cultura pura seja aquela que se origina do crescimento de uma única célula. Se dois ou mais tipos (espécies) crescem juntos, como normalmente ocorre na natureza, passam a constituir uma cultura mista.

1. Características culturais: os nutrientes exigidos para o crescimento e as condições físicas do ambiente que favorecem o desenvolvimento.

2. Características morfológicas: as dimensões das células, seus arranjos, a diferenciação e a identificação de suas estruturas.

3. Características metabólicas: a maneira pela qual os microrganismos desenvolvem os processos químicos vitais.

4. Características da composição química: a identificação dos principais e típicos constituintes químicos da célula.

5. Características antigênicas: a detecção de componentes especiais da célula (químicos) que fornecem evidências de semelhança entre as espécies.

6. Características genéticas: a análise da composição do ácido desoxirribonucleico (DNA), assim como a determinação das relações entre o DNA isolado de diferentes microrganismos.

A maioria das características acima citadas é determinada através de testes laboratoriais, que incluem o uso de diferentes meios e diferentes reações químicas. No entanto, um dos instrumentos mais poderosos na investigação é o microscópio.

Entre as principais características das células bacterianas estão suas dimensões, forma, estrutura e arranjo. Estes elementos constituem a morfologia da célula. Embora existam milhares de espécies bacterianas diferentes, os organismos isolados apresentam uma das três formas gerais: elipsoidal ou esférica, cilíndrica ou em bastonete e espiralada. As células bacterianas esféricas ou elipsoidais são chamadas de cocos e podem apresentar os arranjos. As células bacterianas cilíndricas ou em bastonetes (bacilos) comumente apresentam-se isoladas e ocasionalmente ocorrem aos pares (diplobacilos) ou em cadeias (estreptobacilos).

As bactérias espiraladas (singular = spirillum; plural = spirilla) ocorrem, predominantemente, como células isoladas. As células individuais de espécies diferentes exibem, contudo, nítidas diferenças no comprimento, número e amplitude das espirais e na rigidez das paredes celulares. As bactérias curtas com espiras incompletas são conhecidas como bactérias comam ou vibriões. A unidade de medida das bactérias é o micrômetro, que equivale a 10-³ mm. As bactérias mais frequentemente estudadas em laboratório medem, aproximadamente, 0,5 a 1,0 µm por 2,0 a 5,0 µm.

Os estafilococos e estreptococos, por exemplo, têm diâmetros variáveis entre 0,75 e 1,25 µm. As formas cilíndricas, tais como o bacilo da febre tifoide e da disenteria, apresentam uma largura de 0,5 a 1,0 µm e um comprimento de 2 a 3 µm. Algumas formas filamentosas podem exceder os 100 µm de comprimento, mas seu diâmetro está, de modo característico, entre 0,5 e 1,0 µm. A figura 7 mostra o tamanho comparativo de uma célula de uma bactéria, um vírus e um protozoário.

O exame da célula bacteriana revela certas estruturas definidas por dentro e por fora da parede celular. Seguem-se breves descrições das estruturas bacterianas de fácil identificação:

Flagelos: apêndices muito finos, semelhantes a cabelos, que se exteriorizam através da parede celular e se originam de uma estrutura granular (corpo basal) imediatamente abaixo da membrana citoplasmática, no citoplasma. O flagelo apresenta três partes: uma estrutura basal, uma estrutura semelhante a um gancho e um longo filamento externo à parede celular. O seu comprimento é, usualmente, várias vezes o da célula, mas seu diâmetro é uma pequena fração do diâmetro celular (p.e., 10 a 20 nm). Algumas bactérias se movimentam por outros meios, diversos da atividade flagelar, como o deslizamento provocado pelo fluxo protoplasmático ou pela resposta táxica (p.e., fototaxia, quimiotaxia).

Pêlos (fímbrias): apêndices filamentosos menores, mais curtos e mais numerosos que os flagelos e que não formam ondas regulares. Estão presentes em muitas bactérias gram-negativas. São encontrados tanto nas espécies móveis como nas imóveis e portanto, não desempenham papel relativo à mobilidade. Podem funcionar como sítios de adsorção de vírus bacterianos, como mecanismo de aderência à superfícies e como porta de entrada de material genético durante a conjugação bacteriana [(pêlo sexual)].

Glicocálice: formado de uma substância viscosa, que forma uma camada de cobertura ou envelope ao redor da célula. Se o glicocálice estiver organizado de maneira definida e estiver acoplado firmemente à parede celular, recebe o nome de cápsula; se estiver desorganizado e sem qualquer forma e anda estiver frouxamente acoplado à parede celular, recebe o nome de camada limosa. O glicocálice pode ter natureza polissacarídica (um ou vários tipos de açúcares como p.e., galactose, ramnose, glicana, etc.) ou polipeptídica (p.e., ácido glutâmico). A principal função do glicocálice é a aderência sobre superfícies; ele pode evitar o dessecamento das bactérias, fornece um envoltório protetor e pode servir, também, como reservatório de alimentos, além de evitar a adsorção e lise da células por bacteriófagos.

Parede Celular: dá forma à célula e situa-se abaixo das substâncias extracelulares (glicocálice) e externamente à membrana que está em contato imediato com o citoplasma. Sua espessura é calculada, em média, de 10 a 25 nm. A função da parede celular é a de proporcionar uma moldura rígida, ou colete, que suporta e protege as estruturas protoplasmáticas mais lábeis, em face das possíveis lesões osmóticas; evita ainda a evasão de certas enzimas, assim como o influxo de certas substâncias que poderiam causar dano à célula. Nas eubactérias, o peptideoglicano (ou mureína), um composto polimérico, é o componente da parede celular que determina sua forma.

A parede celular das bactérias Gram-positivas é constituída por ácido teicóico, além do peptideoglicano, que corresponde à uma fração maior que a encontrada na parede das bactérias Gram-negativas . A parede das bactérias Gram-negativas é mais complexa que a parede das Gram-positivas pois possui uma membrana externa cobrindo uma camada fina de peptideoglicano. Esta membrana externa é constituída por fosfolipídeos, proteínas e lipopolissacarídeos (LPSs).

Protoplastos: quando remove-se a parede celular de uma bactéria, esta torna-se um corpo arredondado, que assume a forma esférica, justamente por não contar com a rígida limitação da parede. A bactéria recebe o nome, então, de protoplasto, que pode ser caracterizado como: imóvel, esférico, não se divide, não forma nova parede celular e não é suscetível, de modo geral, à infecções por bacteriófagos.

Membrana citoplasmática: fina membrana situada abaixo da parede celular. Sua espessura é da ordem de 7,5 nm e é composta de fosfolipídeos (20 a 30%), que formam uma bicamada que envolve as proteínas (50 a 70%). A membrana é o sítio da atividade enzimática específica e do transporte de moléculas para dentro e para fora da célula. Em alguns casos, a membrana se estende no citoplasma para formar o mesossomo, que participa do metabolismo (através da secreção de certas enzimas, com as penicilinases) e da replicação celular (na formação do septo durante o processo de divisão celular).

Citoplasma: o material celular pode ser dividido em: área citoplasmática, que é a porção fluida contendo substâncias dissolvidas e partículas tais como ribossomos, e material nuclear ou nucleoide, rico em DNA. Inclusões citoplasmáticas: depósitos concentrados de certas substâncias, insolúveis, chamados de grânulos, e que podem servir como fonte de material nutritivo de reserva. Os grânulos podem ser constituídos de polissacarídeos (amido, glicogênio), lipídeos, fosfatos e até enxofre, como é o caso das bactérias sulfurosas.

Material nuclear: as células bacterianas não contêm o núcleo típico das células animais e vegetais. O material nuclear consiste de um cromossomo único e circular e ocupa uma posição próxima do centro da célula. Pode ser chamado de corpo cromatínico, nucleoide, equivalente nuclear ou cromossoma bacteriano.

Endósporos: esporos que se formam dentro da célula. São como um corpo oval de parede espessa (um por célula), altamente resistente e refráteis. Todas bactérias dos gêneros Bacillus e Clostridium produzem endósporos. São constituídos de ácido dipicolínico e por grande quantidade de cálcio. Os esporos representam uma fase latente (repouso) da célula bacteriana; comparados com as células vegetativas, são extremamente resistentes aos agentes físicos e químicos adversos, demonstrando uma estratégia de sobrevivência.

O cultivo dos microrganismos, em condições laboratoriais, é um pré-requisito para seu estudo adequado. Para que isto possa ser realizado, é necessário o conhecimento de suas exigências nutritivas e das condições físicas requeridas.

As bactérias podem ser divididas em grupos com base em suas exigências nutritivas. A principal separação corresponde aos grupos fototróficos (organismos que utilizam a energia radiante como fonte de energia) e quimiotróficos (organismos incapazes de utilizar a energia radiante; dependem da oxidação de compostos químicos para a obtenção de energia).

♦ Fototróficos: existem bactérias que utilizam o CO2 como principal fonte de carbono; são as fotolitotróficas. Outras exigem um composto orgânico (álcoois, ácidos graxos, aminoácidos) e são ditas fotorganotróficas.

♦ Quimiotróficos: bactérias que utilizam o CO2 como fonte de carbono e oxidam compostos inorgânicos (p.e., nitritos) ou elementos químicos (p.e., enxofre) para obtenção da fonte de energia ,são chamadas quimiolitotróficas. As que utilizam compostos orgânicos para obter energia, são chamadas quimiorganotróficas.

As bactérias fotolitotróficas e quimiolitotróficas são conhecidas, comumente, como autotróficas, ao passo que as espécies fotorganotróficas e quimiorganotróficas são designadas heterotróficas.

As bactérias heterotróficas apresentam exigências nutritivas mais simples. O fato de um organismo poder crescer e se reproduzir numa mistura de compostos químicos simples indica que ele possui uma grande capacidade de síntese. As bactérias heterotróficas foram estudadas mais profundamente porque, sob certo aspecto, demonstram um interesse mais imediato. Neste grupo se encontram todas as bactérias patogênicas para o homem, para outros animais e para os vegetais, assim como a maior parte da população microbiana do ambiente humano.

As bactérias heterotróficas, embora constituam o principal grupo nutritivo, variam, consideravelmente, quanto aos nutrientes específicos exigidos para o crescimento . As heterotróficas podem ser consumidoras, alimentando-se de outros organismos vivos; saprófitas, que se alimentam de matéria orgânica morta. Outras podem ser simbiontes, ou seja, mantém uma relação estreita com um organismo de espécie diferente. Estas simbiontes podem ser comensais, que nem ajudam, nem prejudicam seu hospedeiro, ou podem ser parasitas, que causam dano ao hospedeiro (caso das bactérias patogênicas). Principais tipos nutritivos das bactérias (tabela abaixo).

Meios Bacteriológicos:

Para o cultivo rotineiro de microrganismos heterotróficos, utilizam-se certas matérias-primas complexas, tais como as peptonas, os extratos de carne e de levedura, daí resultando um meio que promove o desenvolvimento de grande variedade de bactérias e de outros microrganismos. Quando se deseja um meio sólido, adiciona-se o ágar como agente solidificante. O caldo e o ágar nutritivos são exemplos de meios líquidos e sólidos, relativamente simples, indicados para a cultura de microrganismos heterotróficos comuns.

Alguns microrganismos não se desenvolvem bem nestes meios, pois demonstram exigências de nutrientes específicos, como vitaminas e outras substâncias estimulantes. Tais microrganismos são chamados de heterotróficos fastidiosos, e necessitam de meios especiais para seu cultivo, isolamento e reconhecimento. Os meios de cultura, de acordo com a sua aplicação ou função, podem ser classificados, entre outros, como:

Meios Enriquecidos: a adição de sangue, soro ou extratos de tecidos animais ou vegetais ao caldo ou ágar nutritivos proporciona nutrientes acessórios, de modo que o meio possa permitir o crescimento de heterotróficos fastidiosos.

Meios Seletivos: a adição de certas substâncias químicas específicas ao ágar nutritivo previne o crescimento de um grupo de bactérias sem agir sobre outras. O cristal violeta, por exemplo, em uma dada concentração, impede o crescimento de bactérias gram-positivas, sem afetar o desenvolvimento das bactérias gram-negativas.

Meios Diferenciais: a incorporação de certos reagentes ou substâncias químicas no meio pode resultar num tipo de crescimento ou modificação, após a inoculação e a incubação, que permite ao observador distinguir os tipos de bactérias. Por exemplo, inoculando-se uma mistura de bactérias num meio de ágar sangue, algumas das bactérias podem hemolisar (destruir) as células vermelhas e outras não. A zona clara ao redor da colônia é a evidência de ter ocorrido a hemólise. Assim, pode-se estabelecer a distinção entre bactérias hemolíticas e não-hemolíticas, de acordo com o seu desenvolvimento.

Condições Físicas Necessárias ao Crescimento:

Assim como as bactérias variam com relação às exigências nutritivas, também demonstram respostas diversas às condições físicas do ambiente.

Temperatura: o crescimento bacteriano pode ter seu ritmo e quantidade determinados pela temperatura, uma vez que esta influencia as reações químicas do processo de crescimento. Cada espécie de bactéria cresce sob temperaturas situadas em faixas características e, sendo assim, são classificadas nos seguintes grupos:

1. Bactérias psicrófilas: são capazes de crescer a 0° C ou menos, embora seu ótimo seja entre 15° C ou 20° C.

2. Bactérias mesófilas: crescem melhor numa faixa de 25 a 40° C.

3. Bactérias termófilas: crescem melhor a temperaturas de 45 a 60° C. A temperatura ótima de crescimento é a temperatura de incubação que possibilita o mais rápido crescimento, durante curto período de tempo (12 a 24 horas).

Os principais gases que afetam o crescimento bacteriano são o oxigênio e o dióxido de carbônico. Como as bactérias apresentam grande variedade de resposta ao oxigênio livre, elas são divididas em:

1. Bactérias aeróbias: crescem na presença de oxigênio livre.

2. Bactérias anaeróbias: crescem na ausência de oxigênio livre.

3. Bactérias anaeróbias facultativas: crescem tanto na presença como na ausência do oxigênio livre.

4. Bactérias microaerófilas: crescem na presença de quantidades pequenas de oxigênio livre.

Para a maioria das bactérias, o pH ótimo de crescimento localiza-se entre 6,5 e 7,5. Embora poucos microrganismos possam desenvolver-se nos limites extremos de pH, as variações mínimas e máximas, para a maior parte das espécies, estão entre pH 4 e pH 9.

O termo crescimento, tal como é comumente aplicado às bactérias e a outros microrganismos, refere-se, usualmente, às alterações ocorridas na cultura das células e não às alterações de um organismo isolado.

Bactérias geralmente reproduzem-se assexuadamente por fissão binária transversa, quando ocorre a replicação do cromossomo bacteriano e a célula desenvolve uma parede celular transversa, dividindo-se então em duas novas células . Após a replicação do cromossomo, a parede transversa forma como uma invaginação da membrana plasmática e da parede celular. Quando a nova parede formada não se separa completamente em duas paredes, pode-se formar uma cadeia (ou filamento) de bactérias. A fissão binária não é o único método reprodutivo entre as bactérias.

As espécies do gênero Streptomyces produzem muitos esporos reprodutivos por organismo, cada esporo dando origem a um novo indivíduo. Bactérias do gênero Nocardia produzem extenso crescimento filamentoso, seguido pela fragmentação dos filamentos em pequenas células bacilares ou cocoides. Espécies do gênero Hyphomicrobium podem reproduzir-se por brotamento: desenvolve-se um broto, a partir da célula-mãe e, depois de um período de aumento de tamanho, o broto se separa da célula original, formando um novo indivíduo.

Embora não ocorra uma reprodução sexuada complexa nos moneras, algumas vezes as bactérias realizam troca de material genético. Tal recombinação genética pode ocorrer por transformação, conjugação ou transdução. Na transformação, a célula bacteriana pega fragmentos de DNA perdidos por outra bactéria que se rompeu. Este mecanismo tem sido usado experimentalmente para mostrar que os genes podem ser transferidos de uma bactéria para outra e que o DNA é a base química da hereditariedade.

Na conjugação, duas células bacterianas geneticamente diferentes trocam DNA diretamente. Este processo tem sido extensivamente estudado na bactéria Escherichia coli, que tem linhagens F- e F+. As células F+ são cobertas com pêlos e contêm um plasmídeo conhecido como fator F, ou fator da fertilidade. Quando uma célula F+ entra em contato com uma célula F-, os pêlos organizam um tubo de conjugação, chamado de pêlo sexual ou pêlo F, que conecta a célula F+ à célula F-. O pêlo F é oco, permitindo que o DNA pase de uma bactéria para outra.

Na transdução, genes bacterianos são carregados de uma bactéria para outra, dentro de um bacteriófago (vírus bacteriano). Quando o bacteriófago entra numa célula bacteriana, o DNA do vírus mistura-se com uma parte do DNA bacteriano, de modo que o vírus agora carrega esta parte do DNA. Se o vírus infecta uma segunda bactéria, o DNA da primeira bactéria pode misturar-se com o DNA da segunda bactéria. Esta nova informação genética é então replicada a cada nova divisão.

Como já foi mencionado, o processo de reprodução prevalecente entre as bactérias é a fissão binária; uma célula se divide, formando duas células. Assim sendo, partindo de uma única bactéria, o aumento populacional se faz em progressão geométrica: 1 - 21 - 22 - 23 - 24 - 25 ... 2n

O tempo necessário para que uma célula se divida - ou para que a população duplique - é conhecido como tempo de geração, que não é o mesmo para todas as bactérias. Para algumas, como a Escherichia coli, pode ser de 15 a 20 minutos; para outras pode ser de muitas horas. O tempo de geração está na forte dependência dos nutrientes existentes no meio e das condições físicas de incubação. Na curva, observa-se que há um período inicial no qual não parece haver crescimento (fase lag ou de latência), seguido por um rápido aumento da população (fase logarítmica), que se nivela posteriormente (fase estacionária) e declina quanto ao número de células viáveis (fase de morte ou declínio).

A referência padrão para a classificação e taxonomia bacterianas é o Bergeys manual of determinative bacteriology (Holt et al., 1993). Este manual divide as bactérias em 19 grupos.

Recentemente, Lynn Margulis e Karlene Schwartz (citado por Davis et al., 1990) propuseram um sistema de classificação útil que divide as bactérias em 16 filos de acordo com algumas de suas características mais significantes. A tabela 5 mostra algumas características de 11 destes grupos.