REINO MONERA Profª. M.Sc. Mary Ann Saraiva
1. UTILIDADE DOS MONERAS • Decompositoras. • Fotossintetizante. Destacam-se as bactérias Proclorófitas, fazendo metade de toda a fotossíntese dos oceanos.
• Alguns vivem em mutualismo com outros organismos beneficiando-lhes. • Fermentadoras, aproveitadas na indústria de laticínios. As bactérias que fazem fermentação lática em humanos, ocorrem na boca, no intestino e na vagina; o ácido lático que produzem impede que bactérias patogênicas infectem esses órgãos. • Produtoras de antibióticos para combater bactérias patogênicas.
1. UTILIDADE DOS MONERAS • Degrada metais pesados, como o mercúrio, despoluindo a água (fazem a organificação do mercúrio – Hg, convertendo-o em metilmercúrio). • Biorremediação, que é o uso de bactérias para limpeza do ambiente contaminado por pesticidas e petróleo. Algumas Pseudomonas degradam petróleo, convertendo-o em compostos inócuos, despoluindo o mar. • Algumas espécies são quimiossintetizantes (nitro, sulfo e ferrobactérias), imprescindíveis à fertilidade dos solos. Muitas cianobactérias também são fixadoras de nitrogênio. • As bactérias são os principais instrumentos da engenharia genética, sendo utilizadas para produção de hormônios humanos, tais como insulina e hormônio do crescimento. • Há bactérias que fazem a respiração anaeróbia, como as denitrificantes que participam do ciclo no Nitrogênio.
2. TAMANHO E TIPOS MORFOLÓGICOS DE BACTÉRIAS
A maioria dos procariotas mede entre 0,5 e 5 µm, mas a bactéria Thiomargarita namibensis mede 0,75mm e a Epulopiscium fischelsoni mede 0,6mm E PODEM SER VISTAS A OLHO NU. Foram descobertas no oceano, nas décadas de 90 e 80, respectivamente
3. CLASSIFICAÇÃO DAS BACTÉRIAS - NUTRIÇÃO TIPO DE NUTRIÇÃO FOTOAUTÓTROFA
FONTE DE ENERGIA
Luz
FONTE DE CARBONO Gás carbônico
EXEMPLOS
Bactérias fotossintetizantes: sulfobactérias verdes e púrpuras, cianobactérias e proclorófitas Luz Compostos Bactérias nãoFOTOorgânicos sulfurosas púrpuras e HETEROTRÓFICA verdes geral Gás Bactérias do enxofre, QUIMIOAUTOTRÓFICA Em elétrons carbônico bactérias do ferro, energéticos bactérias nitrificantes, de compostos bactérias do inorgânicos hidrogênio. Em geral Compostos Maioria das espécies QUIMIOelétrons orgânicos de bactérias HETEROTRÓFICAS energéticos PROTOZOÁRIOS de compostos FUNGOS inorgânicos ANIMAIS
4. MORFOLOGIA GERAL DAS BACTÉRIAS
Membrana plasmática Parede celular Citoplasma Cápsula Mesossomo Ribossomos Fímbrias Enzimas relacionadas com a respiração, ligadas à face interna da membrana plasmática
Plasmídeos Nucleóide Flagelo
DNA associado ao mesossomo
BACTÉRIAS GRAM + Esquema de bactéria com parte da célula removida.
Parede celular formada por camada espessa de peptidoglicano
Membrana plasmática Esquema de parte da parede celular e da membrana plasmática de bactéria gram-positiva.
BACTÉRIAS GRAM -
Fosfolipídios Proteína
Lipopolissacarídeo Camada lipoprotéica
externa, espessa, semelhante à membrana plasmática, com
lipopolissacarídeos
Parede celular
Esquema de bactéria com parte da célula removida.
Camada de peptidoglicano
Lipoproteínas Membrana plasmática
Esquema de parte da parede celular e da membrana plasmática de bactéria gram-negativa.
4. MORFOLOGIA GERAL DAS BACTÉRIAS
ACIDOCALCISSOMO
ACIDOCALCISSOMO: organela membranosa de Agrobacterium tumefaciens. Tem enzimas pirofosfatases.
flagelo
FUNÇÃO: armazenar energia, bombear Ca+ e regular pH.
BACTÉRIAS COM ESTRUTURAS DIFERENCIADAS • Riquétsias: são parasitas intracelulares obrigatórios; têm parede celular. Causam Tifo, transmitidas ao homem por piolhos, quando as fezes dos piolhos contaminam ferimentos da pele. Devem ter sido as causadoras das pestes que dizimaram uma parte da população humana na idade média e depois no início do séc. XX.
• Clamídias: parasitas intracelulares obrigatórios; têm parede celular. Causam tracoma e Linfogranuloma venéreo /DST (Chlamydia tracomatis) , pneumonia (C. pneumoniae) e Ornitose ou Psittacose (C. psittaci), que é uma infecção pulmonar transmitida por aves. Formam esporos (formas de resistência), disseminando-se pelo ar.
BACTÉRIAS COM ESTRUTURAS DIFERENCIADAS • Micoplasmas (antes PPLO): são as menores bactérias, não tendo parede celular. Seu DNA também é insuficiente e dependem de outras células para se reproduzirem. A Mycoplasma pneumoniae causa pneumonia e são resistentes à penicilina, cuja ação é destruir a parede celular; a M. genitalium causa uretrite e a M. hominis pode causar aborto espontâneo e esterelidade. Formam colônias no meio semelhantes às hifas dos fungos.
• Actinomicetos: formam colônias filamentosas muito parecidas com fungos. A maioria vive no solo. Algumas, do grupo dos estreptomicetos produzem estreptomicinas, de grande uso médico.
• Mixobactérias: vivem em esterco de gado e solos com muita matéria orgânica em decomposição. Formam colônias.
4. REPRODUÇÃO DAS BACTÉRIAS SEXUADA CONJUGAÇÃO TRANSDUÇÃO - Generalizada - Especializada TRANSFORMAÇÃO
ANIMAÇÃO
ASSEXUADA • BIPARTIÇÃO
Reprodução assexuada em bactérias
mesossomo
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO GÊNICA EM BACTÉRIAS divisão celular – as •CONJUGAÇÃO células-filhas terão
o novo pedaço de DNA
fragmento duplicado de DNA
bactéria doadora (bd)
bd
br
br
bactéria receptora (br)
br
bd
união das duas bactérias e passagem de um pedaço de DNA da doadora para a receptora
DNA transferido é incorporado à cromatina da receptora
•TRANSDUÇÃO
divisão celular – as bactérias-filhas terão cópias do DNA transduzido
DNA da bactéria que morreu
vírus (transdutor) carregando um pedaço de DNA da bactéria que morreu
nova bactéria DNA do vírus degenera
•TRANSFORMAÇÃO DNA penetra na bactéria
fragmento de DNA no meio de cultivo
incorporação à cromatina bacteriana
DNA no hialoplasma
divisão celular: as bactérias-filhas terão o novo DNA
4.3. REPRODUÇÃO E MUTAÇÃO •
A reprodução rápida assexuada, embora gere clones, também permite que ocorra, aleatoriamente, na replicação do DNA, eventos de inserções, deleções e substituição de pares de bases em seu DNA. Assim, algumas células podem se tornar geneticamente diferentes, mesmo em processos assexuados.
•
Também podem ocorrer mutações espontâneas, que embora sejam raras, como há muitas reproduções, sempre há novas mutações nas bactérias. Esses fatos contribuem para que haja uma grande variabilidade genética associada a ação da seleção natural, oportunizando para as bactérias novas especiações.
5. BACTÉRIAS PATOGÊNICAS • Coqueluche - Bordetella pertussi
- SINTOMA: tosse seca e persistente. Qdo grave, há hemorragia cerebral. - TRANSMISSÃO:inalar ar contaminado.
• Botulismo - Clostridium botulinum - SINTOMA: Paralisia muscular (respiratória e cardíaca) - TRANSMISSÃO: Alimentos enlatados contaminados
• Cólera - Vibrio cholerae
- SINTOMA: Vômito, diarreia intensa. Morte por desidratação. - TRANSMISSÃO: alimentos contaminados ingeridos crus e água contaminada pelas fezes
• Diftetria“crupe” Corynebacterium diphteriae - SINTOMAS: A toxina bacteriana ataca fossas nasais, tonsilas. Causa asfixia. - TRANSMISSÃO: vias respiratórias
• Peste Yersinia pestis - SINTOMAS: Febre, dor generalizada, inflamação de linfonodos que rompem liberando pus - TRANSMISSÃO:Picada de pulgas infectadas que estão em ratos, cães e gatos.
Séc. XIV, 25 milhões de pessoas morreram
• Disenteria bacilar - Shigella e outras espécies - SINTOMAS: diarréia intensa com muco e sangue nas fezes. - TRANSMISSÃO: Alimentos e água contaminados
• Febre tifoide – Salmonella typhi - SINTOMAS: febre alta, cefaleia, reduz batimentos cardíacos. Úlceras. - TRANSMISSÃO: alimentos e água contaminados
•Hanseníase ou Lepra -
Mycobacterium leprae - SINTOMAS: Perda da sensibilidade e lesões cutâneas. - TRANSMISSÃO: Contato direto
Pneumonia Diplococcus pneumoniae ou Streptococcus pneumoniae - SINTOMAS: Inflamação do pulmão. - TRANSMISSÃO: Vias respiratórias
Meningite - Neisseria meningitidis ou Hemophilus influenzae - SINTOMAS: Dor de cabeça, febre, rigidez na nuca, vômito. - TRANSMISSÃO: Vias respiratórias Pinça retirando a dura mater e expondo a membrana aracnóide
•Tétano - Clostridium tetani - SINTOMAS: A neurotoxina causa fortes contrações musculares. Parada respiratória e/ou cardíaca. - TRANSMISSÃO: contaminação de ferimentos
•Tuberculose Mycobacterium tuberculosis - SINTOMAS: Infecção inicial no pulmão. Pode passar para: intestino, fígado, baço, rins, sistema nervoso. - TRANSMISSÃO: Vias respiratórias
• Sífilis ou Cancro duro (Lues) -Treponema palidum - SINTOMAS: cancro (desaparece); Inflama pele e ossos, há problemas respiratórios e esterelidade. - TRANSMISSÃO: Contato sexual (DST), via placenta ou sangue contaminado.
• Gonorréia ou Blenorréia – Neisseria gonorreheae - SINTOMAS: Secreção purulenta e ardor na uretra. Esterelidade. - TRANSMISSÃO: Contato sexual (DST)
Cancro mole Haemophilus ducreii Após 5 dias que penetrou na pele, provoca a formação de uma ferida dolorosa e com secreção clara, chamada de cancro mole
• Tracoma/ Linfogranuloma venéreo Chalmydia trachomatis - SINTOMAS: Conjuntivite e cegueira para tracoma.Lesões na virilha e genitais para linfogranuloma. - TRANSMISSÃO: Contaminação direta da conjutiva e da córnea (olhos).Transmitida por relações sexuais.
Leptospirose
Leptospira icterohaemorragiaee ou L. interrogans
-SINTOMAS: Febre alta, cefaleia, dor muscular, vômito, hemorragia digestiva, lesões na pele, problemas respiratórios, renais e hepáticos -TRANSMISSÃO: Urina do rato, contaminado pela bactéria.
FEBRE MACULOSA
Rickettsia ricketsii
- SINTOMAS: Febre, dor de cabeça e confusão mental. Aparecem máculas (manchas)por causa da lesão que as bactérias fazem nos vasos sangüíneos; se não tratada imediatamente com antibiótico causa: falência renal cardíaca, pulmonar e cerebral, com coma e morte. - TRANSMISSÃO:picada do carrapato-estrela – Amblyoma cajannense – que vivem em cavalos, cães e capivaras.
GASTRITE
Heliobacter pylori
BRUCELOSE
Brucella abortus
é transmitida através do beijo e contato direto (talheres, copos, etc...).Também por frutas e verduras contaminadas,
PARA QUEM QUER SABER MAIS
ENDÓSPOROS: FORMAS DE RESISTÊNCIA
VACINAS CONTRA BACTÉRIAS • 1. Cólera – vacina com imunidade de curta duração. Não existe no Brasil. Desenvolvida em Cuba; • 2. DPT (tríplice bacteriana) – combate a Difteria, a Coqueluche e o Tétano. • 3. BCG (bacilo Calmet-Guérin) – contra tuberculose; usada também contra hanseníase. • 4. Antipneumocócica – contra a bactéria pneumococo, responsável por causar meningite, pneumonia, bacteremia, sinusite e otite.
• 5. Antimeningite B e C – contra a meningite meningocócica B e C. • 6. Tetravalente (DPT + Hib) – contra difteria, tétano, coqueluche, meningite ( Haemophilus influenzae tipo B).
BACTÉRIAS x ANTIBIÓTICOS -
MUTAÇÕES ALEATÓRIAS USO INCORRETO DE ANTIBIÓTICO = SELEÇÃO DE BACTÉRIAS RESISTENTES
Cultura com antibiograma
AÇÃO DOS ANTIBIÓTICOS Os antibióticos atuam interferindo no metabolismo bacteriano. Podem inibir: • a síntese da parede celular - penicilina, cefalosporina • a replicação do DNA bacteriano – rifampicina • a síntese de proteínas – tetraciclina, clorafenicol. • as enzimas que atuam na síntese de ácidos graxos da membrana – Platensimycin.
ENZIMAS DE RESTRIÇÃO E A DEFESA DE BACTÉRIAS CONTRA VÍRUS
BACTÉRIAS – ARMAS BIOLÓGICAS?
Bacillus anthracis
Toxina botulínica
BACTÉRIAS E A ENGENHARIA GENÉTICA • Usa-se enzimas de restrição. Ex: EcoRI, extraída da Escherichia coli. • Quando a enzima corta o DNA gera fragmentos com extremidades coesivas, no caso de terem repetições invertidas (CG e GC, por exemplo). • Usa-se a mesma enzima de restrição para cortar o plasmídio e o DNA do organismo que contém o gene de interesse, gerando assim extremidades complementares. • A enzima DNA ligase é usada reunindo tais fragmentos. • Insere-se o plasmídio com o gene de interesse numa bactéria, dita recombinante ou transgênica. • A bactéria passa a produzir a proteína que recebeu via plasmídio.
BACTÉRIAS PRODUTORAS DE PLÁSTICO E FITAS MAGNÉTICAS Burkholderia sacchari: alimenta-se de sacarose e
transforma todo o excedente de seu metabolismo num plástico biodegradável – o PHB (polihidroxibutirato). Tais bactérias conseguem produzir 1 Kg de plástico para cada 3 Kg de sacarose que processam . O plástico degrada entre 1 a 10 anos. Há bactérias que acumulam no citoplasma inclusões de óxido de ferro que atuam como magnetos e essas inclusões são ditas magnetossomos. A partir delas, cientistas estão desenvolvendo culturas com muitas bactérias para usar na produção de fitas magnéticas
BACTÉRIA E TRATAMENTO DE ESGOTOS
CRESCIMENTO DAS POPULAÇÕES BACTERIANAS
Populações de seres vivos com reproduçao sexuada Organismos unicelulares que se dividem por bipartição ou brotamento (como as bactérias e os fungos unicelulares) aumentam o número de células de forma exponencial ao longo do tempo.
BACTÉRIAS MULTICELULARES? • Cientistas estão discutindo que algumas colônias de bactérias na verdade são um organismo multicelular. Isso é discutido e não há unanimidade. Em 2007, cientistas brasileiros da UFRJ, USP e do centro Brasileiro de pesquisas Físicas, descobriram na Lagoa de Araruama-RJ, a bactéria multicelular Magnetoglobus multicellularis. Ela é globular e interage com o campo magnético da Terra (magneto), daí o seu nome. Ela produz dois tipos de cristais a partir do ferro que está no meio: a greigita e a magnetita.
VACINAS COMESTÍVEIS
COMO A VACINA COMESTÍVEL AGE NO ORGANISMO PARA ESTIMULAR A IMUNIDADE
CIANOBACTÉRIAS • Todas são autótrofas, por fotossíntese e/ou quimiossíntese (absorvem nitrogênio do ar através de células especiais denominadas heterocistos, como por exemplo, os gêneros Rhizobium e Nostoc). • Há espécies azuis-verdes, vermelhas, pardas e até negras.
• Têm grande importância ecológica, ao colonizarem ambientes inóspitos, sendo as espécies pioneiras. • A maioria das espécies vive na água doce, mas há espécies no mar ou solo úmido.
CIANOBACTÉRIAS • A clorofila localiza-se em sistemas lamelares de membrana ("retículo endoplasmático rudimentar"). Além da clorofila a (comum aos vegetais), apresentam ficocianina (azul) e ficoeritrina (vermelha). • Não têm flagelos.
• A sua reserva energética é um glicídio, semelhante ao glicogênio dos animais. • Reproduz-se apenas de forma assexuada. Algumas espécies formam esporos – “acinetos” (unidades reprodutivas que se destacam e formam novas bactérias). Em cianobactérias coloniais e filamentosas há reprodução por hormogônios, os quais são pequenos fragmentos que se separam, gerando novos filamentos.
Coluna de Winogradsky A - Diatomáceas Cianobactérias Protozoários A- Oxidantes aeróbicos de enxofre: - Beggiatoa - Thiobacillus B - Fotoheterotróficos não sulfurados: - Rhodospirillum - Rhodopseudomonas C - Bactérias púrpuras do enxofre: - Chromatium D - Bactérias verdes do enxofre: - Chlorobium E - Bactérias redutoras de enxofre: - Desulfovibrio Fermentadores de celulose: - Clostridium
REINO ARCHEA
Comparações... Archaea
Eukarya
2oC - >100oC
20oC - 40oC
pH ideal de crescimento
1 - 12
7
Capacidade de suportar altas pressões atmosféricas
sim
não
Capacidade de suportar altas salinidades
sim
não
Temperatura ideal de crescimento
ARCHEAS X BACTÉRIAS • Composição da parede celular e membrana (proteínas e fosfolipídios divergem muito) e não há peptidoglicano comum nas bactérias. Diversas arqueas não têm parede celular. • Pigmentos usados na fotossíntese • RNA iniciador da síntese protéica; nas bactérias é o formil-metionina e nas arqueas é a metionina, o mesmo dos eucariotos. • RNA polimerase – nas arqueas há vários tipos, como ocorre em eucariotos, enquanto nas bactérias e cianobactérias é um só tipo.
CARACTERÍSTICAS DE ARCHEAS • Parece não ocorrer nenhum mecanismo sexuado de reprodução. A variabilidade genética deve-se às mutações. • As arqueas usam como alimento hidrogênio, compostos sulfúricos, manganês e outros metais pesados, dispensando a fotossíntese, pois predominam as formas quimiossintetizantes ou heterótrofas. São encontrados em minas na África do Sul, numa profundidade de 2.400m e em rochas vulcânicas a 400°C. • Há espécies heterótrofas quimiorganotróficas, que utilizam aminoácidos, ácidos orgânicos e açúcares para obtenção de energia.
PRINCIPAIS ARCHEAS • Metanogênicas – são heterótrofas e
anaeróbias obrigatórias e produzem gás metano; vivem em pântanos, aterros sanitários e no intestino de mamíferos herbívoros, do homem e de cupins, também gerando gás metano. Têm parede celular glicolipídica, mas bem diferente da estrutura química da parede celular das eubactérias.
PRINCIPAIS ARCHEAS •Halófitas – halo=sal – vivem em mares com alta salinidade, dando cor rosada as salinas, como por exemplo, no mar morto. Esta cor deve-se a bacteriorodopsina, pigmento semelhante à rodopsina (olho humano). Este pigmento absorve luz solar e produz diretamente ATP, sendo o tipo mais simples de fotossíntese conhecido. Também ocorrem em carnes e molhos salgados, mas não são patogênicas para o homem. São gram negativas.
Lago hipersalino no Egito
PRINCIPAIS ARCHEAS • Termófilas – encontradas em fontes de
água quente no fundo dos oceanos (entre 100 e 400ºC), usam energia química do gás sulfídrico para sobreviverem, produzindo compostos orgânicos para as outras formas de vida que habitam as regiões profundas dos mares. Estas archeas são conhecidas como quimiolitoautótrofas, por fazerem a quimiossíntese a partir de compostos químicos das rochas (lithos = pedra, rocha). Não têm parede celular; apresentam substâncias termoestabilizadoras que mantêm a integridade das proteínas e enzimas, mesmo em altas temperaturas. VULCÃO JAPÃO; EM LARANJA SÃO ARCHEAS
PRINCIPAIS ARCHEAS • Acidófilas – vivem em ambientes extremamente ácidos, algumas vezes em pH próximo a zero. Não têm parede celular.
ARQUEAS METANOGÊNICAS E BACTÉRIAS METANOTRÓFICAS • ARQUEAS METANOGÊNICAS LIBERAM 2 BILHÕES DE TON. DE CH4 (21x MAIS ESTUFA) • METANO (OXIDADO NA FACE AR-ÁGUA OU SOLO) BACTÉRIAS METANOTRÓFICAS LIBERA GÁS CARBÔNICO