BACTÉRIAS: crescimento e genética | Videoaula | Microbiologia | Flavonoide #3

Crescimento e Genética das Bactérias

Key Concepts:

• Divisão binária (fissão binária)
• Tempo de replicação/geração
• Fases de crescimento bacteriano (lag, log, estacionária, morte)
• Fatores ambientais que afetam o crescimento bacteriano (temperatura, pH, pressão osmótica, água, oxigênio)
• Aeróbias obrigatórias, anaeróbias facultativas, anaeróbias obrigatórias
• Esporulação (diferenciação, não reprodução)
• Transformação, transdução, conjugação (transferência horizontal de genes)
• Plasmídeos (plasmídeo F, células Hfr)
• Transposição (transposons, DNA parasita)
• Rearranjos programados

Crescimento Bacteriano

• Definição: Crescimento bacteriano refere-se ao aumento do número de células, não ao aumento do tamanho de uma única célula.
• Divisão Binária: Bactérias se multiplicam por divisão binária (fissão binária). O DNA se replica, um septo se forma na parede celular e membrana plasmática, dividindo a célula em duas.
• Tempo de Replicação/Geração: O tempo necessário para uma célula se dividir. Varia de acordo com a espécie e fatores ambientais.
  • Escherichia coli (E. coli): 20 minutos.
  • Mycobacterium tuberculosis: 24 horas.
• Fases de Crescimento Bacteriano: Observadas em ambiente controlado (placa de Petri).
  1. Fase Lag: Adaptação ao ambiente. Intensa atividade metabólica, mas sem divisão celular significativa.
  2. Fase Log (Logarítmica): Divisão celular exponencial. Antibióticos como a penicilina atuam nessa fase, inibindo a produção de peptídeoglicanos. Exemplo: 16 células = 4ª geração.
  3. Fase Estacionária: Equilíbrio entre o número de células novas e o número de células que morrem. Causada pela falta de nutrientes ou acúmulo de produtos tóxicos. Também referida como steady state.
  4. Fase de Morte: Diminuição do número de bactérias viáveis devido à falta de nutrientes.
• Fatores Ambientais: Influenciam o crescimento bacteriano.
  • Temperatura
  • pH
  • Pressão osmótica
  • Disponibilidade de água
  • Oxigênio

Classificação Bacteriana com Base no Oxigênio

• Aeróbias Obrigatórias: Necessitam de oxigênio para gerar energia. Exemplo: Mycobacterium tuberculosis.
• Anaeróbias Facultativas: Utilizam oxigênio se disponível, mas podem usar fermentação na ausência de oxigênio. Exemplo: E. coli.
• Anaeróbias Obrigatórias: Incapazes de crescer na presença de oxigênio. Exemplo: Clostridium tetani (causa o tétano).

Esporulação

• Definição: Formação de esporos em condições ambientais desfavoráveis (falta de carbono e nitrogênio).
• Processo: A bactéria forma um septo e cria um "saquinho" contendo DNA bacteriano, citoplasma, membrana celular, peptídeoglicano e um revestimento grosso semelhante à queratina.
• Resistência: Esporos são altamente resistentes a calor, desidratação, radiação e compostos químicos.
• Germinação: Em condições favoráveis (água e nutrientes), o esporo quebra o revestimento e retorna a uma célula viável.
• Diferenciação, não Reprodução: Esporulação é um tipo de diferenciação celular, não reprodução.
• Importância: Relevante para esterilização em laboratórios e hospitais (autoclavagem). Gêneros importantes: Bacillus (antraz) e Clostridium (tétano, botulismo).

Genética Bacteriana: Transferência de Material Genético

• Divisão Binária: Não gera variabilidade genética.
• Transferência Horizontal de Genes: Mecanismos que aumentam a variabilidade genética. Alguns autores consideram esses mecanismos como reprodução sexuada, mas outros discordam, pois a transferência é horizontal, não vertical.
• Importância Médica: Essencial para a disseminação da resistência a antibióticos.
  1. Transformação: Bactérias capturam DNA liberado por bactérias mortas no ambiente e o integram ao seu genoma.
  2. Transdução: Transferência de DNA mediada por bacteriófagos (vírus de bactérias).
     • O bacteriófago infecta uma bactéria, fragmentando seu DNA.
     • Durante a montagem de novos vírus, pedaços do DNA bacteriano são incorporados ao vírus.
     • O vírus infecta outra bactéria, transferindo o DNA da bactéria anterior.
     • Pode transformar uma bactéria não patogênica em patogênica.
  3. Conjugação: Transferência de DNA entre bactérias através do contato direto (pilo sexual).
     • Uma bactéria (F+) possui um plasmídeo F (fertilidade) que codifica as proteínas necessárias para a conjugação.
     • A bactéria F+ (macho doadora) se conecta a uma bactéria F- (fêmea receptora) através do pilo sexual.
     • Uma fita do plasmídeo F é transferida para a bactéria F-.
     • Ambas as bactérias sintetizam a fita complementar, resultando em duas bactérias F+.
     • Em células Hfr, o plasmídeo F está integrado ao DNA bacteriano, transferindo parte do DNA cromossomal durante a conjugação.
     • A natureza do DNA transferido pode ser plasmidial ou cromossomal.

Transferência de DNA Dentro da Mesma Bactéria

• Transposição: Movimento de transposons (pedaços de DNA) para diferentes locais no genoma bacteriano.
  • Transposons podem se mover entre plasmídeos e o cromossomo bacteriano.
  • Mecanismos: "recorte e cola" (o transposon sai de um local e se insere em outro) ou "copia e cola" (o transposon é replicado e inserido em outro local).
  • Importância: Disseminação de genes de resistência a antibióticos.
• Rearranjos Programados: Genes inativos são ativados, resultando na expressão de novas proteínas.
  • Genes silenciosos podem codificar proteínas que influenciam antígenos bacterianos.
  • Importância: Evasão do sistema imunológico.

Conclusão

O crescimento bacteriano é um processo complexo influenciado por diversos fatores ambientais e genéticos. A compreensão dos mecanismos de transferência de material genético é crucial para entender a disseminação da resistência a antibióticos e o desenvolvimento de novas estratégias de combate a infecções bacterianas.