Biologia de Microrganismos - 2º Semestre de 2012 05/05

Biologia de Microrganismos - 2º Semestre
de 2012
05/05/2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E
IMUNOLOGIA
Aspectos ecológicos da relação
bactéria-hospedeiro
&
Biofilmes
Ciências Biológicas/Química
Profa. Vânia Lúcia da Silva
O mundo microbiano
Os microrganismos são ubíquos.
Os ecossistemas são normalmente
colonizados por uma ampla e diversa
microbiota, formada principalmente
por bactérias, protozoários e fungos.
Prof. Cláudio
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Ecologia Microbiana => estudo das inter-relações entre os
microrganismos e o mundo – como os microrganismos interagem
entre si, como eles interagem com o hospedeiro (plantas, animais,
homem) e como eles interagem com o mundo inanimado.
Os temas ambientais estão se tornando mais e mais populares.
Contudo, os microrganismos têm sido deixados um pouco de lado.
Há uma grande preocupação com a conservação da diversidade biológica visível, mas ao
mundo microbiano é dada pouca atenção pelas autoridades mundiais ligadas a esta
preservação.
Qual a porcentagem da população que reconhece os papéis críticos que os
microrganismos representam na natureza, na manutenção de toda a vida no planeta?
INTER-RELAÇÕES
MICRORGANISMO-MICRORGANISMO
Simbiose: Associação de dois organismos (geralmente de espécies diferentes)
vivendo juntos em íntima associação => simbiontes.
 Quando a relação simbiótica é benéfica para ambos os simbiontes, ou seja, tanto
o hospedeiro quanto o microrganismo se beneficiam de sua inter-relação, ela é
denominada “mutualismo”. Esta relação é extremamente estável, visto que a
sobrevivência de ambos os membros depende dela.
 Quando a relação simbiótica é benéfica apenas para um simbionte, sem acarretar
qualquer consequência para o outro, é denominada “comensalismo”.
 Quando a relação simbiótica é danosa para um simbionte (hospedeiro) e benéfica
para o outro (parasita), é denominada de “parasitismo”.
Competição: Relação na qual uma espécie compete com outra no ecossistema
por espaço e nutrientes, que pode ser atingida por diferentes estratégias:
 Produção de substâncias antagonistas (bacteriocinas ou antibióticos):
bloqueio do crescimento ou reprodução numa relação “antibiótica” ou
“antagônica”.
 Resposta adaptativa a variações ambientais por populações microbianas com
maior plasticidade fisiológica e molecular.
Consórcio: Coexistência de diferentes populações microbianas em comunidades
estáveis como aquelas encontradas em biofilmes. Em geral estas relações são
mutualísticas, mas nem sempre.
Predação: relação menos comum no Domínio Bacteria. Ex:Bdellovibrio spp. são
bactérias predadoras, invadem o periplasma da “vítima”, enquanto consomem os
compostos do citoplasma.
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INTER-RELAÇÕES
MICRORGANISMO-HOSPEDEIRO
ECOSSISTEMA HUMANO
 Número de células do nosso corpo: 10 trilhões
 Número de células microbianas no nosso corpo: 100 trilhões
 Número de células microbianas no trato gastrintestinal humano: 1013
 Biomassa bacteriana no intestino humano: 1,2 kg (40 a 50% do peso fecal)
Nascidos em um ambiente repleto de micróbios, todos os animais
tornam-se infectados desde o momento do nascimento e, por
toda a vida, tanto o homem como outros seres vivos albergam
uma variedade de espécies bacterianas.
COLONIZAÇÃO x DOENÇA
COLONIZAÇÃO (OU INFECÇÃO): utilizado para indicar a presença e
multiplicação de um microrganismo em um hospedeiro, que não apresenta sinais
e sintomas clínicos de doença.
DOENÇA: ocorre quando se verifica uma alteração do estado normal do
organismo => alteração da homeostase.
Infecção pode existir sem doença detectável
Tanto a colonização quanto a doença resultam
das inter-relações entre os microrganismos e
seus hospedeiros
Microbiota do corpo humano
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• Todos os micro-organismos relativamente fixos.
• Encontrados com regularidade em determinada área.
• Apresentam diversificada habilidade metabólica que permite
tanto sua colonização em determinados sítios, quanto a
coexistência uns com os outros
Representantes da microbiota residente em diferentes regiões do corpo
Papel importante na manutenção da integridade do hospedeiro, quando
em equilíbrio em um sítio específico:
- Barreiras contra colonização por patógenos;
- Produção de substâncias utilizáveis pelo hospedeiro;
- Degradação de produtos tóxicos ao hospedeiro
-Modulação do sistema imune dos hospedeiros
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Caráter anfibiôntico
Microrganismos podem se comportar como
patógenos oportunistas em situações de
desequilíbrio ou ao serem introduzidos em
sítios estéreis ou não específicos.
Ex: E. coli no intestino delgado – inofensivo
E. coli no trato urinário – infecção urinária
(doença)
Microrganismos da
microbiota residente
humana
Microbiota Intestinal
Atua:
• Modulação do sistema imune;
• Degradação de componentes não digeríveis da
dieta
• Produção de ácido graxo de cadeia curta;
• Proteção do epitélio intestinal contra
patógenos;
• Degradação de produtos tóxicos.
Papel importante na manutenção da integridade do
hospedeiro, forte impacto na fisiologia e na nutrição do
hospedeiro e é crucial para a vida humana.
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Microrganismos
patogênicos
não
patogênicos
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potencialmente
Superfícies externas e internas, presentes temporariamente
Geralmente adquiridos pelo contato direto com o ambiente
(objetos, superfícies, poeira); adquiridos por meio de bebidas e
alimentos
Alguns microrganismos transitórios têm pouca importância,
desde que a microbiota residente esteja em equilíbrio
Alteração nesse equilíbrio - os microrganismos transitórios
podem proliferar-se e causar doença
Eliminados por lavagem das mãos ou antisepsia
Relações entre a microbiota e o hospedeiro
Simbiose – relação entre dois organismos na qual pelo menos um é
dependente do outro
Muitos microrganismos
que fazem parte da
microbiota residente
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Bactérias do intestino
grosso que sintetizam
vitamina K – absorvidas
pelos vasos sanguíneo
IG fornece nutrientes
Muitas bactérias causadoras
de doenças são parasitas
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Um microrganismo é um patógeno se for capaz
de causar doença
Patogenicidade – propriedade de um microrganismo provocar
alterações fisiológicas no hospedeiro, ou seja, capacidade de
produzir doença.
Virulência – Grau de patogenicidade, determinada pelos – fatores de
virulência - habilidades dos microrganismos.
O resultado da relação microrganismo-hospedeiro depende da:
Patogenicidade do
microrganismo
Fatores de virulência
(invasão e toxicidade)
X
Resistência do hospedeiro
Mecanismo de defesa
Inespecíficos e específicos
Fatores de virulência
Estruturas, produtos ou estratégias que contribuem para o aumento da
capacidade da bactéria de causar doença
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Doença infecciosa
Defesa do hospedeiro
Fatores do hospedeiro nas doenças infecciosas
Fatores de risco do hospedeiro na infecção – contribuem para a susceptibilidade
do hospedeiro
• Idade
- Crianças: sistema imunológico não amadurecido.
- Idosos: doenças de base; mais susceptíveis as infecções respiratórias.
• Estresse e dieta
- Fontes de estresse fisiológico (fadiga, dieta pobre, desidratação, mudanças
climáticas bruscas) – aumentam a incidência e gravidade das doenças infecciosas.
• Hospedeiro imunocomprometido
- Um ou mais mecanismos de defesa estão inativados
- Probabilidade de infecção e maior.
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Portas de
entrada
Portas de saída
BIOFILMES
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Nossa percepção de bactérias como organismos unicelulares baseiase essencialmente no conceito de culturas.
Na realidade, a maioria das bactérias se encontra na natureza
vivendo em comunidades, de maior ou menor estruturação.
Biofilmes
Ecossistemas complexos que podem ser formados por populações
sésseis desenvolvidas a partir de uma única célula, ou de múltiplas
espécies, e são encontrados em uma variedade de superfícies
bióticas e/ou abióticas.
 Dinâmica de formação de um biofilme:
1. Colonizadores primários - se aderem a uma superfície, geralmente contendo proteínas ou outros
compostos orgânicos;
2. As células aderidas passam a se desenvolver, originando microcolônias que sintetizam uma matriz
exopolissacarídica (EPS), que passam a atuar como substrato para a aderência de microrganismos
denominados colonizadores secundários.
3. Colonizadores secundários podem se aderir diretamente aos primários, ou promoverem a formação
de coagregados com outros microrganismos e então se aderirem aos primários.
Lopes e Siqueira Jr., 2004
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Há várias décadas, foi proposto que as bactérias poderiam ser organismos interativos,
capazes de atuar coletivamente, facilitando sua adaptação às alterações ambientais.
 Para que um biofilme de uma ou várias espécies seja formado, é necessário o
estabelecimento de um comportamento multicelular, que se reflete em
atividades coordenadas de interação e comunicação dos vários organismos.
 Um dos mecanismos de comunicação interbacteriana que vem se mostrando
extremamente importante na formação e desenvolvimento de biofilmes corresponde ao
quorum sensing => mecanismos de sinalização celular.
Comunidades associadas às superfícies
Os biofilmes têm importantes papéis na natureza, seja na degradação de matéria
orgânica, na degradação de poluentes, ou na reciclagem de nitrogênio, enxofre e
vários metais. Estas estruturas agem como ponto de contaminação constante,
liberando microrganismos patogênicos e deteriorantes que podem comprometer a
qualidade microbiológica de matérias primas e outros insumos.
 Importância:
• Metabolismo de esgotos e águas contaminadas - biorremediação;
• Separação de metais na natureza – biolixiviação
• Oxidação de tubos, brocas de perfuração, encanamentos, rotores e pás
de máquinas...
• Reciclagem de substratos na superfície dentária na cavidade bucal
(placa bacteriana) de seres humanos e outros animais.
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Por que formar um biofilme?
Associado à proteção contra o ambiente. Bactérias em um biofilme encontram-se
abrigadas e em relativa homeostase, graças à presença da matriz
exopolissacarídica ou EPS.
 A matriz contém vários componentes: polissacarídeos, proteínas, ácidos
nucléicos, entre outros.
 O EPS tem diferentes estruturas e funções, dependendo das comunidades e/ou
condições ambientais:
- impedir fisicamente a penetração de agentes antimicrobianos;
- sequestrar cátions, metais e toxinas;
- proteção contra: radiações UV, alterações de pH, choques osmóticos e
dessecação.
Papel dos biofilmes nas doenças
 Estudos atuais mostram que a formação de biofilmes pode ser considerado um
fator de falha da antibioticoterapia no tratamento de doenças infecciosas ou falha
no controle de população microbiana de equipamentos médico-hospitalares.
Em um biofilme, as bactérias podem ser 1000 vezes mais resistentes a um
antibiótico, quando comparadas às mesmas células planctônicas, embora os
mecanismos envolvidos nesta resistência sejam ainda pouco conhecidos.
 Acredita-se que possa haver a inativação da droga por polímeros ou enzimas
extracelulares, ou a ineficiência da droga em decorrência de baixas taxas de
penetração nos biofilmes.
Biofilmes formados sobre ou dentro de aparatos médicos constituem uma
séria ameaça à saúde pública
 Bactérias presentes nos biofilmes estão protegidas da antibioticoterapia e do
sistema imune do hospedeiro.
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Dispersão de biofilmes
 Em determinados momentos, os biofilmes sofrem dispersão, liberando microrganismos
que podem vir a colonizar novos ambientes.
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