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Microbiologia

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Liliana Brochado
Liliana Brochado

Este documento discute vários tópicos sobre microbiologia médica, incluindo relações hospedeiro-parasita, morfologia e genética bacteriana, propriedades de vírus, fungos e parasitas, e vários agentes patogênicos específicos como bactérias, vírus e fungos. Fornece detalhes sobre a patogênese, transmissão, prevenção e tratamento dessas doenças infecciosas.

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Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa Mestrado Integrado em Medicina Tronco Comum II Mestrado Integrado em Medicina Microbiologia 2º Ano
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 2 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 3 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Índice ÍNDICE ...................................................................................................................3 RELAÇÕES HOSPEDEIRO-PARASITA ...............................................................................7 MORFOLOGIA BACTERIANA ......................................................................................10 GENÉTICA BACTERIANA............................................................................................15 ANTIBIÓTICOS .......................................................................................................19 PROPRIEDADES DOS VÍRUS .......................................................................................26 PROPRIEDADES DOS FUNGOS ....................................................................................39 PROPRIEDADES DOS PARASITAS .................................................................................42 BACTERIOLOGIA .......................................................................................... 45 MECANISMOS ENVOLVIDOS NA PATOGENIA BACTERIANA ................................................46 STAPHYLOCOCCUS ..................................................................................................48 STREPTOCOCCUS ....................................................................................................57 Streptococcus pyogenes (Grupo A)......................................................................................57 Streptococcus agalactiae (Grupo B) ....................................................................................63 Streptococcus pneumoniae..................................................................................................65 ENTEROCOCCUS .....................................................................................................69 BACILLUS..............................................................................................................72 Bacillus anthracis.................................................................................................................72 Bacillus cereus e outras Espécies .........................................................................................74 NEISSERIA ............................................................................................................77 Neisseria gonorrhoeae.........................................................................................................77 Neisseria meningitidis..........................................................................................................81 Meningococcemia................................................................................................................83 ENTEROBACTERIACEAE.............................................................................................85 Escherichia coli.....................................................................................................................87 Salmonella ...........................................................................................................................89 Shigella ................................................................................................................................91 Yersinia ................................................................................................................................91 Klebsiella..............................................................................................................................93 Proteus.................................................................................................................................93 VIBRIO.................................................................................................................95 BORDETELLA .........................................................................................................98 CORYNEBACTERIUM ..............................................................................................102 Corynebacterium diphtheriae............................................................................................102 PASTEURELLACEAE................................................................................................106 Haemophilus......................................................................................................................106 CAMPYLOBACTER E HELICOBACTER ...........................................................................111 Campylobacter...................................................................................................................111 Helicobacter.......................................................................................................................115 PSEUDOMONAS ...................................................................................................119 Moraxella...........................................................................................................................124 ESPIROQUETÍDIOS ................................................................................................125 Treponema.........................................................................................................................125 Borrelia ..............................................................................................................................129 Leptospira ..........................................................................................................................132 LEGIONELLA ........................................................................................................136 MYCOPLASMA E UREAPLASMA ................................................................................140 RICKETTSIA, ORIENTIA, EHRLICHIA E COXIELLA.............................................................144 Rickettsia rickettsii.............................................................................................................144 Rickettsia prowazekii .........................................................................................................146
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 4 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Rickettsia typhi ..................................................................................................................147 Orientia tsutsugamushi .....................................................................................................148 Ehrlichia .............................................................................................................................148 Coxiella burnetti.................................................................................................................150 CHLAMYDIACEAE..................................................................................................152 Chlamydia trachomatis......................................................................................................153 Chlamydophila pneumoniae..............................................................................................157 Chlamydophila psittaci ......................................................................................................158 CLOSTRIDIUM......................................................................................................159 Clostridium perfringens .....................................................................................................159 Clostridium tetani ..............................................................................................................161 Clostridium botulinum .......................................................................................................163 Clostridium difficile ............................................................................................................166 BACILOS GRAM-NEGATIVOS ANAERÓBIOS..................................................................167 COCOS GRAM-POSITIVOS ANAERÓBIOS.....................................................................170 BACILOS NÃO-FORMADORES DE ESPOROS.................................................................170 Cocos Gram-Positivos Anaeróbios .....................................................................................170 Bacilos Gram-Positivos, Anaeróbios, Não Esporulados .....................................................170 Actinomyces.......................................................................................................................171 Proprionibacterium............................................................................................................172 Mobiluncus ........................................................................................................................173 Lactobacillus ......................................................................................................................173 Bifidobacterium e Eubacterium .........................................................................................173 MYCOBACTERIUM ................................................................................................174 Mycobacterium tuberculosis .............................................................................................175 Mycobacterium leprae.......................................................................................................176 Complexo Mycobacterium avium ......................................................................................176 Outras Micobactérias de Crescimento Lento.....................................................................177 Micobactérias de Crescimento Rápido ..............................................................................177 VIROLOGIA................................................................................................ 181 MECANISMOS DA PATOGENIA VIRAL.........................................................................182 AGENTES ANTI-VIRAIS...........................................................................................189 PAPOVÍRUS.........................................................................................................191 Papilomavírus Humano .....................................................................................................191 Poliomavírus ......................................................................................................................193 ADENOVÍRUS ......................................................................................................196 HERPESVÍRUS HUMANOS .......................................................................................200 Vírus do Herpes Simples.....................................................................................................201 Vírus Varicela-Zoster..........................................................................................................204 Vírus Epstein-Barr ..............................................................................................................207 Citomegalovírus.................................................................................................................210 Herpesvírus Humanos 6 e 7 ...............................................................................................212 Herpesvírus Humano 8.......................................................................................................213 POXVÍRUS ..........................................................................................................214 PARVOVÍRUS.......................................................................................................217 PICORNAVÍRUS ....................................................................................................220 Enterovírus.........................................................................................................................222 Rinovírus ............................................................................................................................224 CORONAVÍRUS.....................................................................................................227 PARAMIXOVÍRUS..................................................................................................229 Vírus do Sarampo...............................................................................................................230 Vírus da Parainfluenza.......................................................................................................232 Vírus da Papeira.................................................................................................................233 Vírus Sincicial Respiratório.................................................................................................234 Vírus Nipah e Hendra.........................................................................................................235
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 5 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano ORTOMIXOVÍRUS .................................................................................................236 REOVÍRUS ..........................................................................................................240 Ortorreovírus (Reovírus de Mamíferos) .............................................................................242 Rotavírus............................................................................................................................243 Coltivírus e Orbivírus..........................................................................................................245 RABDOVÍRUS.......................................................................................................247 TOGAVÍRUS E FLAVIVÍRUS.......................................................................................251 Alphavírus e Flavivírus .......................................................................................................251 Vírus da Rubéola................................................................................................................254 RETROVÍRUS .......................................................................................................257 Vírus da Imunodeficiência Humana...................................................................................261 VÍRUS DA HEPATITE ..............................................................................................266 Vírus da Hepatite A............................................................................................................266 Vírus da Hepatite B............................................................................................................268 Vírus das Hepatites C e G...................................................................................................273 Vírus da Hepatite D............................................................................................................275 Vírus da Hepatite E ............................................................................................................276 VÍRUS LENTOS NÃO-CONVENCIONAIS: PRIÕES ............................................................277 MICOLOGIA............................................................................................... 280 MECANISMO DE PATOGENICIDADE DOS FUNGOS .........................................................281 AGENTES ANTI-FÚNGICOS ......................................................................................284 DIAGNÓSTICO LABORATORIAL DAS DOENÇAS FÚNGICAS ................................................287 MICOSES SUPERFICIAIS, CUTÂNEAS E SUBCUTÂNEAS.....................................................289 Micoses Superficiais...........................................................................................................289 Micoses Cutâneas ..............................................................................................................290 Micoses Subcutâneas.........................................................................................................292 MICOSES SISTÉMICAS............................................................................................295 Histoplasmose....................................................................................................................295 Blastomicose......................................................................................................................297 Paracoccidioidomicose ......................................................................................................298 Coccidioidomicose .............................................................................................................299 Criptococose ......................................................................................................................301 MICOSES OPORTUNISTAS.......................................................................................303 Candidíase .........................................................................................................................303 Aspergilose ........................................................................................................................305 Zigomicose.........................................................................................................................306 Pneumocystis carinii ..........................................................................................................308 Peniciloses por Penicillium marnefeii.................................................................................309 PARASITOLOGIA........................................................................................ 311 PATOGENIA DAS DOENÇAS PARASITÁRIAS ..................................................................312 PROTOZOÁRIOS INTESTINAIS E UROGENITAIS ..............................................................314 Amibas...............................................................................................................................314 Flagelados..........................................................................................................................317 Ciliados ..............................................................................................................................321 Coccídeos...........................................................................................................................322 Microsporídeos ..................................................................................................................326 PROTOZOÁRIOS DO SANGUE E DOS TECIDOS ...............................................................328 Espécies de Plasmodium....................................................................................................328 Espécies de Babesia ...........................................................................................................333 Toxoplasma gondii.............................................................................................................334 Leishmania.........................................................................................................................336 Tripanossomas...................................................................................................................339 NEMÁTODES .......................................................................................................345 Enterobius vermicularis .....................................................................................................345 Ascaris lumbricoides ..........................................................................................................346
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 6 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Toxocara canis e Toxocara e cati.......................................................................................348 Trichuris trichiura...............................................................................................................349 Ancilóstomos .....................................................................................................................350 Strongyloides stercoralis....................................................................................................352 Trichinella spiralis ..............................................................................................................354 Wuchereria bancrofti e Burgia malayi...............................................................................356 Loa loa ...............................................................................................................................357 Onchocerca volvulus..........................................................................................................358 Dirofilaria immitis..............................................................................................................360 Dracunculus medinensis ....................................................................................................360 TREMÁTODES......................................................................................................362 Fasciolopsis buski...............................................................................................................362 Fasciola hepatica ...............................................................................................................363 Opisthorchis sinensis..........................................................................................................365 Paragoninus westermani...................................................................................................366 Esquistossomas..................................................................................................................367 Dermatite por Cercária ......................................................................................................371 CÉSTODES...........................................................................................................373 Taenia solium.....................................................................................................................373 Cisticercose ........................................................................................................................374 Taenia saginata .................................................................................................................375 Diphylobothrium latum......................................................................................................376 Echinococcus granulosus ...................................................................................................378 Hymenolepis nana .............................................................................................................379 Dipylidium caninum...........................................................................................................380
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 7 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Relações Hospedeiro-Parasita Flora Indígena – constitui o conjunto de células que não pertencem ao nosso organismo, ou seja todos os microrganismos que co-habitam no nosso organismo. Apenas 10% das células existentes no nosso organismo são humanas, as restantes 90% são microrganismos. Todo o ser humano nasce estéril, no entanto logo no momento do parto, ao tomar contacto com o ambiente exterior, é colonizado por um número incontável de microrganismos, sendo que muitos deles o acompanharam durante toda a sua vida. Microrganismo Residente – é o microrganismo que é capaz de se multiplicar nas condições do local onde está alojado; Microrganismos Transitórios – é aquele que não sendo capaz de se dividir no local onde habita se vê obrigado a migrar para outro local que lhe seja mais favorável ou acaba por ser extinto; Colonização – aquisição de microrganismos, que podem não provocar qualquer lesão/dano ou, pelo contrário, perturbar o normal funcionamento de um tecido ou órgão, de forma mais, ou menos, intensa, induzindo uma resposta imunitária por parte do hospedeiro. Esta tem em vista a eliminação do microrganismo, podendo, no entanto, também o microrganismo ficar retido/latente no organismo; Latência – estado em que um microrganismo permanece no nosso organismo sem que o consigamos eliminar; Comensalismo - associação simbiótica em que um microrganismo usa o corpo de uma espécie de maior porte como seu ambiente físico, podendo usar esse mesmo ambiente para adquirir nutrientes. Para além disso, o microrganismo não provoca lesão no hospedeiro, ou a lesão é de tal modo leve que não tem tradução clínica, ou seja, a lesão é clinicamente inaparente. Os microrganismos comensais podem inclusive beneficiar o hospedeiro, prevenindo a colonização de dada área por espécies mais patogénicas ou produzindo metabolitos passíveis de serem usados por ele. No entanto, estes microrganismos podem tornar-se prejudiciais se as suas condições ambientais forem perturbadas. É este tipo de relação que a maioria da flora indígena estabelece no organismo; Hospedeiro Definitivo – define-se pelo hospedeiro em que o microrganismo desenvolve a sua forma adulta e completa a sua reprodução sexuada; Hospedeiro Intermediário – define-se pelo hospedeiro em que o microrganismo se encontra num estado intermédio e se reproduz de forma assexuada. Acção Patogénica Infecção – aquisição de microrganismos exógenos e sua posterior multiplicação; Infecção Endógena – quebra do equilíbrio existente entre a flora indígena e o organismo, o que leva a uma multiplicação descontrolada desses microrganismos e invasão de territórios dantes não colonizados;
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 8 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Doenças Infecciosas – não são mais do que as manifestações das infecções; Lesão – consiste na interrupção da estrutura ou função de uma determinada célula, tecido ou órgão; Agente Patogénico – é um microrganismo capaz de causar lesão; Patogenicidade – baseia-se na capacidade de causar patologia, ou seja, se um microrganismo é capaz de lesar ou não o organismo; Virulência – relaciona-se com a intensidade com que é demonstrada a patogenidade de um determinado microrganismo; Factor de Virulência – entende-se pelo componente microbiano que vai ser patogénico e por isso causar lesão no hospedeiro; Virulência A virulência é um processo que pode ser dividido em diversas fases: 1. Aderência  Colonização, ou seja, a ligação a receptores e a estruturas que podem ser especificas ou inespecíficas; 2. Invasão  Penetração, Progressão e Multiplicação, o que implica penetrar as barreiras anatómicas, inibir ou neutralizar os mecanismos humorais de defesa e por fim inactivar os mecanismos celulares de defesa; 3. Produção de Toxinas  Exotoxinas, sendo estas libertadas por exocitose, mantendo-se o microrganismo vivo, a sua libertação implica a lise celular; 4. Fuga aos Mecanismos de Defesa  esta pode ser consiga através da localização privilegiada, por, mimetismo antigénico, revestimento com moléculas do hospedeiro, tolerância imunológica, variação antigénica e imunossupressão; Mimetismo Antigénico – consiste na produção e apresentação de antigénios idênticos aos do organismo hospedeiro para que seja reconhecido como uma célula endógena; Origem da Infecção No caso de ser uma infecção endógena, não se inclui a porta de entrada, pois o microrganismo já se encontra dentro do hospedeiro. No entanto numa infecção exógena podemos distinguir as características:  Porta de Entrada  Reservatório, não é mais do que o local onde este se encontra armazenado;  Vector, não é mais do que o meio pelo qual é transportado;  Transmissão, que poderá ser horizontal, caso ocorra em indivíduos da mesma geração, ou vertical, caso ocorra do progenitor para a descendência;  Porta de Saída Transmissão Existem diversos modos de transmissão e estão muitas vezes relacionados com a porta de entrada/saída: 1. Oral-Oral (Porta de Saída:Boca /Porta de Entrada: Boca) 2. Fecal-Oral (Porta de Saída: Ânus/Porta de Entrada: Boca)
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 9 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano 3. Sexual (Porta de Saída: Aparelho Genital/Porta de Entrada: Aparelho Genital) 4. Vector (não há transmissão entre humanos) 5. Zoonose s/ vector (não há transmissão directa entre humanos) 6. Zoonose c/ vector (não transmissão directa) Controlo da Transmissão Fecal – Oral: através do saneamento básico, da disponibilização de água potável e da regra de lavar as mãos; Sexual: uso de uma barreira física (ex. preservativo) e uma redução da promiscuidade; Zoonoses: controlo da infecção animal e controlo dos vectores; Respiratório: não é controlável;
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 10 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Morfologia Bacteriana Os microrganismos podem estar dividimos consoante a sua organização estrutural em: Procariotas – possuem um cromossoma único e circular, menos quantidade de DNA, são geralmente haplóides e não possuem núcleo nem organitos membranares; Eucariotas – têm cromossomas lineares, maior quantidade de DNA, são geralmente diplóides, e possuem núcleo com invólucro nuclear e organitos membranares; Características Eucariotas Procariotas Principais Grupos Algas, Protozoários, Plantas e Animais Bactérias Tamanho > 5 mm 0,5 – 3 mm Estrutura do Núcleo Núcleo Membrana Nuclear Clássica Ausente Cromossoma Cadeias de DNA Linear Genoma Diplóide DNA Único e Circular Genoma Haplóide Estrutura do Citoplasma Mitocôndrias Presente Ausente Aparelho do Golgi Presente Ausente Retículo Endoplasmático Presente Ausente Ribossomas 80S (60S + 40S) 70S (50S + 30S) Membrana Citoplasmática Contem Esteróides Não Contém Esteróides Parede Celular Ausente Estrutura complexa formada por proteínas, lípidos e peptidoglicano Reprodução Sexual e Assexuada Assexuada (Bipartição) Movimento Flagelos com Complexos Ausentes Flagelos Simples Ausentes Respiração Via Mitocondrial Através da Membrana Citoplasmática É importante ter uma noção do tamanho em microbiologia e para isso usamos uma escala de valores generalizados: Macrófago  10 – 20 µm Bactéria  0,5 – 2 µm Vírus  <0,1 µm Eritrócito  5 µm Classificação As bactérias diferem entre si pela sua morfologia (tamanho, forma e características) e as suas propriedades metabólicas, antigénicas e genéticas. Aspectos Morfológicos Cocos: - Diplococos - Estreptococos - Tetrades
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 11 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano - Estafilococos Bacilos/Bastonetes Espiroqueta/Espirilo Vibrião Aspectos Bioquímicos Coloração de Gram é uma prova útil e fácil que permite distinguir as principais classes de bactérias com o objectivo de instaurar um tratamento. As bactérias gram-positivas são aquelas que têm uma cor azul, o corante precipita na camada de peptidoglicano que possui uma estrutura entrecruzada e grossa em forma de malha à volta da célula. As bactérias gram- negativas apresentam uma camada delgada de peptidoglicano incapaz de reter o corante e por isso adquirem uma cor rosa. Toxicidade ao Oxigénio  devido á formação de superóxidos, peróxidos e hidróxidos, muitas bactérias não coexistem em ambientes com oxigénio. A presença ou não de enzimas destoxificadores (catalases) pode constituir um critério de classificação; Obtenção de Energia  poderá ser através de respiração ou fermentação; Aeróbio: - Obrigatório, habita apenas perante a presença de oxigénio; - Facultativo, poderá realizar respiração, mas também realiza fermentação; - Microaerófilo, é tolerante a baixas concentrações de oxigénio; Anaeróbio: - Obrigatório, apenas existe em ambientes anaeróbios e não tem capacidade de usar O2 nem de estar em contacto com este; - Aerotolerante, podem estar em ambiente com 02, mas não o usam; Parede Celular  a presença ou não de parede celular, composta por peptideoglicano; Lipopolissacáridos  presença ou não de membrana externa; Ultra-Estruturas das Bactérias Tanto as bactérias gram-positivas, como as gram-negativas, possuem estruturas citoplasmáticas semelhantes, o que já não ocorre relativamente às estruturas extra-celulares. Fig. 1 - Morfologias Bacterianas
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 12 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano O citoplasma da célula bacteriana contem o DNA cromossómico, mRNA, ribossomas, proteínas e metabolitos. O cromossoma bacteriano difere do eucariota pois é composto por uma única molécula circular de cadeia dupla e que não está contido no núcleo, mas sim numa estrutura conhecida como nucleóide. Apesar disso este cromossoma carece de histonas e por isso não forma nucleossomas. A célula pode também possuir plasmídeos, que não são mais que moléculas extra-cromossómicas de DNA circular mais pequenas que o cromossoma. Regra geral os plasmídeos encontram-se nas células gram-negativas, e na maior parte dos casos não são essenciais para a sobrevivência da célula, mas podem conferir-lhe uma vantagem selectiva, como é o caso de resistência a antibióticos. A ausência de membrana nuclear simplifica os mecanismos de controlo da síntese proteica. Assim sendo o ribossoma fixa-se directamente no mRNA que está a ser transcrito e inicia a tradução, sintetizando a proteína à medida que o mRNA é sintetizado e ainda se encontra unido ao DNA. O ribossoma bacteriano é constituído pelas subunidades 30S e 50S que formam o ribossoma 70S. Este ribossoma é distinto do humano (Ribossoma 80S = 40S + 60S), e ainda é possível encontrar diferenças no rRNA, e por isso tanto o ribossoma como o rRNA são alvo de muitos antibióticos. A membrana citoplasmática possui uma estrutura idêntica à dos eucariotas, mas contrariamente a estes não possui esteróides, como é o caso do colesterol, com excepção dos micoplasmas. O que não acontece relativamente às estruturas citoplasmáticas acontece no que toca à parede celular, ou seja, bactérias gram-positivas e gram-negativas diferem na estrutura da parede celular e nos seus componentes e funções. Os componentes das paredes celulares são exclusivos das bactérias, sendo que a maior parte das membranas dos procariotas está rodeada por uma camada rígida de peptidoglicano (mureína), com excepção das arqueobactérias e micoplasmas. O peptidoglicano determina a Fig. 2 - Estrutura da Membrana Plasmática Bacteriana
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 13 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano rigidez e forma da bactéria, sendo que nas bactérias gram-negativas existe ainda uma membrana externa que as envolve. Bactérias Gram-Positivas, possuem uma parede celular espessa que é composta por várias camada, as quais são compostas maioritariamente pelo peptidoglicano. Uma característica importante do peptidoglicano é que este é suficientemente poroso para permitir que grande parte dos metabolitos alcance a membrana citoplasmática. O peptidoglicano pode ser destruído perante a lisozima, levando à lise celular. A célula gram-positiva pode ainda possuir outros componentes na membrana externa, como é o caso dos ácidos teicóicos e lipoteicóiscos. Bactérias Gram-Negativas, as paredes celulares destas bactérias são mais complexas, contendo duas camadas externas em relação com a membrana citoplasmática: imediatamente a seguir à membrana encontra-se uma camada fina de peptidoglicano (5 a 10% do total da parede celular), que não contem ácidos teicóicos nem lipoteicóiscos. A camada mais externa denomina-se membrana externa e é exclusiva das bactérias gram-negativas, o espaço compreendido entre esta e a membrana plasmática designa-se espaço periplasmático. Este espaço possui enzimas hidrolíticas que degradam as macromoléculas necessárias para a célula; por outro lado a membrana externa constitui uma barreira para as moléculas de grande tamanho e hidrófobas, e uma defesa para as condições possivelmente adversas de alguns ambientes. A zona externa é geralmente formada por lipopolissacáridos (LPS) que pode também ser conhecido como endotoxina, pois constitui um potencial causador de resposta imunitária. Existem ainda algumas proteínas, como é o caso das porinas que formam poros e permitem a difusão através da membrana de moléculas hidrofóbicas com menos de 700 Da de peso. A membrana externa une-se à membrana citoplasmática por meio de zona de adesão e ao peptidoglicano por interacção com uma lipoproteína. Características Gram-Positivas Gram-Negativas Membrana Externa - + Parede Celular Espessa Fina Lipopolissacárido - + Endotoxina - + Ácido Teicóico + - Esporulação Algumas - Cápsula Algumas Algumas Lizosima Sensível Resistente Actividade Antibacteriana da Penicilina Mais Susceptível Mais Resistente Produção de Exotoxina Algumas Algumas Estruturas Externas Algumas bactérias encontram-se rodeadas por capas laxas de proteínas ou polissacáridos denominadas cápsulas, no caso de não ser uniforme ou muito fina chama-se capa de limo (slime layer). Na generalidade estas duas estruturas são conhecidas como glicocálix. A cápsula pode actuar também como uma barreira frente a molécula hidrófobas tóxicas, por exemplo os detergentes, e por outro lado facilitar a aderência a outras bactérias ou às superfícies do hospedeiro. Algumas bactérias, como é o caso das Pseudomonas aeruginosa, produzem um biofilme polissacárido em determinadas condições que favorece o estabelecer de uma colónia
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 14 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano bacteriana e protege os seus membros da acção dos antibióticos e defesas dos organismos hospedeiro. Os procariotas, nomeadamente as bactérias, podem possuir apêndices citoplasmáticos, que poderão ser: - Flagelos, com função de locomoção, e são formados por subunidades proteicas enroladas helicoidalmente de flagelina. Os flagelos permitem às bactérias aproximarem-se dos nutrientes e ambientes favoráveis, afastando-se dos ambientes tóxicos - quimiotaxia; - Fímbrias ou pilli, permitem a adesão e fixação às paredes do organismo hospedeiro, sendo formada por subunidades proteicas de pilina. Diferenciam-se dos flagelos por não possuírem uma estrutura helicoidal e terem um diâmetro menor. Para que permitam a adesão às paredes do hospedeiro ou outras estruturas possuem um factor de adesão, a adhesina, sendo que existe ainda outro factor que se fixa a açúcares específicos - lectina; - Pilli Sexuais, tornam possível a troca horizontal de material genético, permitem a união a outras bactérias e são codificados por um plasmídeo; Divisão Celular A replicação do cromossoma bacteriano desencadeia também o início da divisão celular. A produção de duas células filhas exige o crescimento e amplificação dos componentes da parede celular, seguidos da formação de um septo que dividirá as bactérias em duas células distintas. Uma separação incompleta pode originar bactérias que permanecem unidas e formam cadeias como é o caso dos estreptococos e estafilococos. Esporos Algumas bactérias gram- positivas, mas não as gram-negativas, são capazes de formar esporos. Em condições ambientais adversas estas bactérias podem passar de estado vegetativo para um estado de latência ou de esporo. A localização do esporo no interior da célula constitui uma característica de cada bactéria e pode facilitar a sua identificação. O esporo é uma estrutura desidratada formada por múltiplas camadas que protege a bactéria e permite que continue viva em estado de latência. O esporo contém uma cópia completa do cromossoma bacteriano, as concentrações mínimas imprescindíveis ao ribossoma e proteínas essenciais, e uma elevada concentração de cálcio unido ao ácido dipicolínico. O esporo consegue proteger o DNA bacteriano do calor intenso, radiação e acção da maioria das enzimas e substancia químicas. Fig. 3 - Fases da Formação de Esporos
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 15 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Genética Bacteriana O genoma bacteriano é o conjunto total dos genes dos quais a bactéria é portadora. O cromossoma de uma bactéria típica consta de uma só molécula circular dupla de DNA que contem aproximadamente 5.000.000 pb. Cada genoma possui numerosos operões, que são constituídos por genes. Habitualmente nos eucariotas há mais do que uma cópia no genoma, mas por regra nas bactérias apenas existe uma cópia, logo são haplóides. As bactérias podem também conter elementos genéticos extra-cromossómicos, como é o caso dos plasmídeos e bacteriófagos; estes elementos são independentes do cromossoma bacteriano e podem na maior parte dos casos ser transmitidos a outra célula. Os promotores e operadores são sequências de nucleótidos que controlam a expressão de um gene que determinada a transcrição de mRNA. Os operões são grupos de um ou mais genes estruturais que se expressam a partir de um promotor específico e terminam num determinado finalizador de transcrição. Por isso os genes que codificam as enzimas envolvidas numa determinada via podem ser regulados de forma coordenada. Os operões possuem numerosos genes estruturais que são policistrónicos. Replicação do DNA A replicação do DNA bacteriano inicia-se numa sequência específica que se denomina OriC. Além de outras enzimas, as mais importantes são as helicases (capazes de desenrolar a duplas cadeia de DNA), a primase (capaz de sintetizar os primers) e a DNA polimerase. As novas cadeias de DNA são sintetizadas de uma forma semi-conversadora e utilizam como molde ambas as cadeias de DNA do cromossoma bacteriano. A síntese do novo DNA tem lugar na forquilha de replicação e num sentido bidireccional. Por fim é de extrema importância salientar o papel das topoisomerases que evitam o enrolamento excessivo das cadeias de DNA, e permitem que a replicação continue. Controlo da Transcrição Em primeiro lugar existe uma regulação da expressão genética que é muitas vezes uma resposta a um estímulo nutricional, o que leva a uma ruptura química no operador e permite a transcrição dos genes necessários. Em segundo lugar, a transcrição dos genes é regulada directamente por proteínas repressoras, que se unem aos operadores, como resposta a sinais exteriores ou interiores. Em terceiro lugar, a velocidade de síntese das proteínas pelo ribossoma pode regular o processo de transcrição nos procariotas, por um mecanismo de feedback negativo. A ausência de membrana nuclear permite ao ribossoma procariota unir-se ao mRNA enquanto este está a ser transcrito. Por outro lado existe uma regulação da transcrição, esta pode ser negativa ou positiva. No caso de ser negativa os genes apenas se expressam se a proteína repressora se desligar do seu operador, caso contrário é impossível à RNA polimerase ligar-se à cadeia para iniciar a transcrição. Por outro lado pode existir uma regulação positiva em que a expressão dos genes apenas á possível na presença de um proteína – apoinductor.
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 16 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Mutações, Reparação e Recombinação Uma mutação define-se como qualquer alteração na sequência de bases do DNA, uma troca basta para que ocorra uma transição, em que uma purina é substituída por outra ou uma transversão, onde uma pirimidina por uma purina. Existem diversos tipos de mutação, apesar de já termos conhecimento delas, aqui fica uma revisão: - Mutação Silenciosa, é uma alteração do DNA que não provoca uma mudança na sequência de aminoácidos, isto apenas é possível devido à redundância do DNA, ou seja, um aminoácido é codificado por mais do que um codão; - Mutação Com Perda de Sentido (missense), comporta a inserção de um aminoácido diferente na proteína, no entanto quando o aminoácido possui propriedades idênticas ao que deveria ser correcto pode-se dizer que ocorreu uma mutação conservadora; - Mutação Sem Sentido (nonsense), aquela em que se substitui um codão que codifica uma aminoácido por um de finalização, o que leva a um terminar precoce da síntese da proteína; - Mutação de Alteração de Leitura (frameshift mutation), caracteriza-se pela alteração do código de leitura e habitualmente surge uma proteína truncada que leva a uma interrupção prematura da síntese da proteína; - Mutações Nulas, levam a uma completa destruição da função do gene, dá-se quando ocorre uma inserção ou delecção que além de alterar a sequência, altera a conformação do cromossoma; Mecanismos de Reparação do DNA Com a finalidade de minimizar os danos no DNA, as células bacterianas desenvolveram mecanismos de reparação, que se podem dividir em: - Reparação Directa do DNA, consiste em eliminar por intermédio de enzimas o dano; - Reparação por Excisão, procede à excisão da sequência lesada, e de seguida é sintetizada uma nova cadeia de DNA. Estes mecanismos podem ser divididos em reparação por excisão especializada ou generalizada; - Reparação Pós-Replicação, ou por recombinação, é possível recuperar a informação em falta mediante os processos de recombinação genética, este tipo de processo aplica-se a casos em que ambas as cadeias perderam a informação correcta; - Resposta SOS, caracteriza-se por induzir numerosos genes e fazer aparecer a lesão do DNA, o que pode levar à interrupção da sua replicação; - Reparação Propensa a Erro, é o último recurso com que a bactéria conta antes de morrer. Utiliza-se para preencher os espaços com uma sequência aleatória e que possa orientar o processo de replicação. Intercambio Genético nos Procariotas Muitas bactérias utilizam o seu DNA de forma promíscua. O intercâmbio de DNA entre as células permite trocar genes e características entre elas, o que pode ocasionalmente levar ao aparecimento de novas bactérias. Esta troca pode resultar na aquisição de uma característica vantajosa para o receptor, especialmente quando o DNA recebido codifica genes que lhe conferem resistência a determinados antibióticos. O DNA transferido pode ser incluído no cromossoma ou manter-se de forma estável como uma elemento extracromossómico (plasmídeo ou bacteriófago), que irá transmitir à sua descendência esta unidade de capacidade autónoma de replicação.
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 17 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Os plasmídeos podem replicar-se de forma independente e por isso recebem muitas vezes o nome de replicões, sendo que alguns podem integrar-se no cromossoma do hospedeiro – episomas. Os plasmídeos de grandes dimensões podem mediar a sua própria transferência para outra célula através de um processo denominado conjugação. Estes plasmídeos codificam todos os factores necessários para a sua própria transferência, no entanto existem outros que plasmídeos que podem ser transferidos para outra célula por outros processos de conjugação – transformação e transdução. Os bacteriófagos são vírus bacterianos que podem sobreviver fora da sua célula hospedeira pois o seu genoma encontra-se protegido por uma cápsula proteica. Os bacteriófagos infectam as células bacterianas e replicam-se até um elevado número que leva à lise celular – infecção lítica. Por outro lado existe a possibilidade de o seu genoma ser integrado no genoma bacteriano e levar à sua morte – estado lisogénico. Os transposões são os únicos elementos genéticos moveis que podem transferir DNA de uma posição para outra dentro de uma mesma célula. Estes existem tanto em procariotas como em eucariotas. Os transposões mais simples são compostos por sequências de inserção e no seu comprimento possuem entre 150 a 1500 pb com repetições invertidas de 5 a 40 pb e a informação necessária mínima para a sua transferência. Os transposões mais complexos possuem ainda genes que lhes conferem características especiais, como é o caso de resistência a alguns antibióticos. Mecanismos de Transferência Genética Entre Células A troca de informação genética entre as células bacterianas pode ter lugar através de três mecanismos: - Conjugação, consiste numa transferência quase-sexual de informação genética entre uma bactéria (dadora) e outra (receptora); - Transformação, a qual provoca a aquisição de novos marcadores genéticos mediante a incorporação de DNA exógeno; - Transdução, este processo é caracterizado pela transferência de informação genética de uma bactéria para outra por meio de um bacteriófago. No interior da célula o transposão pode percorrer moléculas de DNA distintas. Curiosidade: A transformação foi o primeiro mecanismo descoberto de transferência genética em bactérias, através de uma experiencia realizada por Grifflth em 1928. Na conhecida experiencia em que ao inocular ratos com uma Fig. 4 - Genética Bacteriana - Transformação e Conjugação
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 18 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano bactéria não virulenta e outra morta virulenta, as não virulentas adquiriram capacidade virulenta e levaram à morte do animal. Conjugação A conjugação produz uma transferência unidireccional de DNA desde a célula dadora (“macho”) até uma célula receptora (“fêmea”) através dos chamados pillis sexuais. Este comportamento é definido pela presença de um plasmídeo conjugativo que contem os elementos necessários para a sua própria transferência, como é o caso de formar pillis. Transdução A transferência genética por transdução é mediada por vírus bacterianos que captam fragmentos de DNA e os incluem no seu interior. Este genoma quando o bacteriófago infecta uma célula hospedeira é incorporado no cromossoma bacteriano. A transdução pode ser especializada, caso o fagos possua todos os genes necessários para o processo de transdução, ou generalizada, no caso de esta transferência ser mediada por outro agente, e não de forma autónoma pelo fago. Na generalidade as partículas de transdução devem conter uma maioria de DNA bacteriano e apenas uma pequena porção de DNA do fago. Recombinação Existem dois tipos de recombinação homóloga e não homologa. Por sua vez a recombinação homologa pode dividir-se em: - Recombinação Homologa Legítima, tem lugar em sequências de DNA estreitamente relacionadas e habitualmente substitui uma sequência por outra. Este processo requer a presença de um conjunto de enzimas denominadas rec; - Recombinação Homologo Ilegítima, contrariamente à anterior tem lugar em sequências distintas de DNA, e regra geral, produz inserções ou deleções. Este processo necessita da intervenção de enzimas especializadas como é o caso das existentes nos transposões e bacteriófagos lisogénicos. Fig. 5 - Genética Bacteriana - Transdução e Transposição
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 19 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Antibióticos A palavras antibiótico deriva do latim anti + biotikós, que significa contra o que é respeitante à vida. Antimicrobiano - Substância natural ou sintética, com acção sistémica, capaz de inibir ou matar microrganismos (ex. desinfectante e antibióticos). Na área da microbiologia os antimicrobianos com mais relevância são os antibióticos que podem dividir-se em: bacterioestáticos e bactericidas. Estes podem ter funções de terapêutica, profilaxia (evitando a entrada ou desenvolver de microrganismos, apenas em casos excepcionais), epidemiologia e identificação (através do estudo da resistência/sensibilidade à substância). Bacterioestáticos - substâncias que inibem o crescimento dos microrganismos, não os destrói, mas impede a sua reprodução/bipartição. A concentração mais baixa desta substância que impede o seu crescimento denomina-se por concentração inibidora mínima (CIM); Bactericidas – substâncias que destroem activamente os microrganismos. A concentração mais baixa que destrói 99,9% dos microrganismos alvo denomina-se concentração bactericida mínima (CBM); Combinações Antibióticas – combinação de antibióticos que se pode usar para amplificar o espectro bacteriano no tratamento empírico ou no tratamento de infecções mistas; prevenir o aparecimento de organismos resistentes durante o tratamento; e obter um efeito bactericida sinérgico; Sinergismo Antibiótico – combinação de antibióticos que a actividade de um interfere com a do outro permitindo uma acção conjunta mais eficaz do que em separado; Antagonismo Antibiótico - combinação de antibióticos que fazem com a actividade de um interferia com a do outro e desse mudo a sua acção conjunta seja menor do que em separado; Espectro de Acção – alcance da actividade de uma substância contra os microrganismos. Um fármaco antibacteriano de espectro amplo pode inibir uma grande variedade de bactérias gram-positivas e gram-negativas, no entanto um fármaco de espectro reduzido apenas é activo contra determinado agentes patogénicos; β-lactamidases – enzima que hidrolisa qualquer anel β-lactâmico do grupo de antibióticos que inibem a síntese da parede celular, inactivando-os. Mecanismos de Acção Os antibióticos podem ter diversos meios de acção: - Inibição da Síntese Proteica, actuam ao nível dos ribossomas, sendo que as bactérias têm ribossomas diferentes dos humanos é possível usá-los sem interferir no normal funcionamento do organismo humano;
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 20 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano - Inibição do Peptidoglicano, como é o caso da parede celular, como é exemplo a penicilina, que ao ser destruída permite que o nosso sistema imunitário destrua e controle os microrganismos. Os antibióticos com este mecanismo classificam-se de β-lactâmicos; - Inibição da Replicação e Síntese de DNA, actuam ao nível das enzimas que regulam e desempenham as funções de replicação; - Intervenção em Cadeias Metabólicas, impedem determinadas vias das quais o microrganismo depende para sobreviver, no entanto é importante que estas vias não existam no organismo humano; - Alteração da Permeabilidade da Membrana, que podem interferir com a aquisição de determinados substratos ou com uma maior facilidade da inclusão de alguns fármacos. Antibiótico Acção Inibição da Síntese da Parede Celular Penicilina Liga-se à PBP (Peniciline Bindingd Protein) e enzimas responsáveis pela síntese do peptidoglicanoCefalosporina Cefamicina Carbapenemos Monobactamos Vancomicina Inibe o alongar da cadeia de peptidoglicano Isoniazida Inibe a Síntese de Ácido Micólico Etionamida Etambutol Inibe a Síntese de Arabinogalactano Ciclosserina Inibe o alongar da cadeia de peptidoglicano Polimixina Inibe a Membrana Bacteriana Bacitracina Inibe a Membrana Citoplasmática da Bactéria e Transporta precursores de peptidoglicano Inibição da Sintese Proteica Aminoglicosídeo Provoca a libertação prematura da cadeias de péptidos aberrantes do ribossoma 30S Tetraciclina Bloqueia a elongação da cadeia polipeptídica no ribossoma 30S Oxazolidona Bloqueia o inicio da síntese proteica pelo ribossoma 50S Macrólido Bloqueia a elongação da cadeia polipeptídica no ribossoma 50SClindamicina Estreptograminas Inibição da Sintese dos Ácidos Nucleicos Quinolona Une-se à subunidade da Topoisomerase do DNA Rifampicina Bloqueia a transcrição pela RNA Polimerase DNA- Dependente Rifabutina Ruptura do DNA Bacteriano Metronidazol Destruição do DNA Alteração do Metabolismo Sulfonamidas Inibe a dihidropteroato sintetase e bloqueia a síntese de ácido fólico Dapsona Inibe a dihidropteroato sintetase Trimetoprim Inibe a dihidropteroato reductase e bloqueia a síntese de ácido fólico
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 21 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Inibição da Síntese Proteica Estes antibióticos ao destruírem a parede celular fazem com que a pressão intracelular, que é de tal forma elevada quando comparada com a extracelular, leve à lise celular e à destruição do microrganismos. Com este mecanismo de acção podemos distinguir as seguintes famílias de antibióticos: • Antibióticos -lactâmicos • Glicopeptídeos • Bacitracina Inibição da Síntese Proteica Estas substâncias actuam ao nível do ribossoma bacteriano que é diferente do humano, e fazem com que não haja tradução do mRNA e desta forma não se produza proteínas. Sem a produção de proteínas é impossível à bactéria dividir-se ou produzir qualquer tipo de toxina ou factor de virulência. Distinguimos assim as seguintes famílias deste grupo: • Aminoglicosídeos • Tetraciclinas • Cloranfenicol • Macrólidos, Lincosamidas e Estreptograminas • Oxazolidinonas • Glicilciclinas Inibição da Síntese Ácidos Nucleicos Este mecanismo de acção permite que não haja replicação do DNA, evitando assim a divisão celular, mas também podem impedir a síntese de RNA e desta forma evitar o processo de produção proteica ou de outros compostos, como é o caso de alguns RNAs com funções metabólicas. Apresenta as seguintes famílias: • Quinolonas • Rifampicina • Metronidazol Intervenção ao nível das Cadeias Metabólicas Este mecanismo é um pouco mais complexo e actua ao nível das vias metabólicas, como é o caso da respiração celular ou fermentação; desta forma é possível privar os microrganismos de determinadas substâncias indispensáveis à sua sobrevivência. Neste grupo estão incluídas as seguintes famílias: • Sulfonamidas • Co-trimoxazol • Dapsona
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 22 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Alterações na Membrana Celular Sendo a membrana celular um dos principais componentes de regulação do ambiente intracelular, ao interferirmos com esta é possível alterar as condições do mesmo. Como exemplo temos a alteração das concentrações intracelulares de determinados iões, com a alteração dos transportadores de membrana, e desta forma alterar a pressão osmótica e consequente lise celular. Características de Alguns Antibióticos Antibióticos -lactâmicos Este grupo pode ainda ser dividido, sendo que cada um pode ter características distintas e que lhes conferem uma certa especificidade: Penicilinas: Penicilinas (Fenoximetilpenicilina e Benzilpenicilina): a Benzilpenicilina foi a primeira penicilina descoberta, em 1928 por Alexander Fleming. Tem um espectro de acção no âmbito das bactérias gram-positivas e anaeróbias; Aminopenicilinas (Ampicilina e Amoxicilina): o seu uso está direccionado para Enterobacteriaceae, Enterococcu e Haemophilus; Carboxipenicilinas (Carbenicilina e Ticarcilina): são utilizadas tanto em bactéria gram- positivas como em gram-negativas. O seu espectro de acção incide sobre Pseudomonas e Bacteroides; Isoxazolilpenicilinas (Cloxacilina, Dicloxacilina e Flucloxacilina): são bastante eficazes pois estão protegidas da enzima que degrada as penicilinas, e desta forma escapa a um dos mecanismos mais usuais de resistência. Tem uma acção muito específica para Staphylococcus; Acilureidopenicilinas (Piperacilina, Mezlocilina e Azlocilina): são utilizadas tanto em bactéria gram-positivas como em gram-negativas. O seu espectro inclui bactérias gram- negativas e está direccionada para o combate a Enterobacteriaceae e Pseudomona. Cefalosporinas: Primeira Geração (Cefalotina, Cefradina, Cefalexina e Cefazolina): o seu espectro de acção apenas está direccionado para as bactérias gram-positivas; Anel β-lactâmico
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 23 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Segunda Geração (Cefuroxima e Cefaclor): relativamente ao seu espectro de acção existe quase como que uma igualdade qualitativa no efeito sobre bactérias gram-positivas e negativas; Terceira Geração (Cefotaxima, Ceftriaxona, Ceftazidima, Cefixima e Ceftizoxima): nesta geração começa a existir um predomínio da acção sobre as bactérias gram-negativas, quase que deixam de ser eficazes perante infecções provocadas por bactérias gram-positivas; Quarta Geração (Cefepima e Cefpiroma): nesta última geração o espectro de acção é como que resultado de um aperfeiçoar das de 3ª geração, o que nos leva a um espectro com ainda mais especificidade para bactérias gram-negativas; Carbapenemos (Imipenem e Meropenem): possuem o espectro de acção mais alargado, sendo quase 100% eficaz em todas as bactérias; Nota: Apesar de serem a família com o espectro mais alargado, que inclui bactérias gram-positivas, gram-negativas e anaeróbios, são usadas apenas em casos excepcionais. O seu uso encontra-se reservado a situações onde ainda é desconhecido o agente causador da infecção, para que se evite criar resistência e ainda manter um equilíbrio saudável com a população indígena, que com o uso destes antibióticos se encontra em risco. Monobactamas (Aztreonam): o seu espectro de acção está direccionado para Enterobacteriaceae, não tão eficazmente para Pseudomonas, e sem acção sobre não anaeróbios e bactérias gram-positivas; Nota: Muitas bactérias possuem já enzimas, as -lactamases, que permitem ter resistência aos antibióticos da classe dos -lactâmicos, e como tal houve a necessidade de se criarem inibidores dessas enzimas: - Ácido Clavulânico - Tazobactama - Sulbactama Glicopéptidos (Destroem a Parede Celular): Fármacos Disponíveis: Vancomicina e Teicoplanina. Espectro de Acção: Bactérias Gram-Positivas. Mecanismos de Resistência: Alteração do Alvo Bacteriano e Diminuição da Permeabilidade Celular. Aminoglicosídeos (Inibem a Síntese Proteica): Fármacos Disponíveis: Gentamicina, Netilmicina, Tobramicina, Amicacina e Estreptomicina. Espectro de Acção: Enterobacteriaceae, Pseudomonas (Staphylococcus) e Não Streptococcus, Enterococcus, Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Diminuição da Permeabilidade da Membrana Celular, Alteração da Sub-Unidade 30S do Ribossoma e Produção de enzimas inactivadoras dos aminoglicosídeos. Nota: Sinergismo quando associados a antibióticos -lactâmicos, ou seja 1+1=3, ou seja, o seu efeito conjugado é maior do que se somarmos os seus efeitos separados.
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 24 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Raramente se utilizam associações, no entanto na tuberculose usa-se sempre combinações de 3 ou mais. Tetraciclinas (Bacteriostáticos): Fármacos Disponíveis: Tetraciclina, Doxiciclina e Minociclina. Espectro de Acção: bactérias gram-positvos e gram-negativos, Haemophilus, Mycoplasma e Chlamydia. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo, diminuição da permeabilidade celular, efluxo activo. Cloranfenicol (Bacteriostáticos): Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas, Haemophilus, Mycoplasma, Chlamydia e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Produção de CAT – Cloranfenicol acetiltransferase. Nota: foi deixado de usar pois era tóxico para a medula óssea e provocava anemia. Macrólidos, Lincosamidas e Estreptograminas – MLS (Inibição da Sintese Proteica): Fármacos Disponíveis: Macrólidos (Eritromicina, Claritromicina, Azitromicina, Roxitromicina e Diritromicina), Lincosamidas (Lincomicina e Clindamicina) e Estreptograminas (Quinopristina /Dalfopristina). Espectro de Acção: Bactérias gram-positivas (excepto Enterococcus), Haemophilus, Mycoplasma, Chlamydia, Legionella e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo (metilação do ribossoma), inactivação enzimática e efluxo activo. Nota: esta família de antibióticos é usada com mais frequência nas infecções respiratórias. Quinolonas (Inibição da Síntese DNA): Fármacos Disponíveis: Ácido nalidíxico, Norfloxacina, Ofloxacina, Ciprofloxacina, Levofloxacina, Moxifloxacina… Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas e não anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo (topoisomerase ou girase do DNA) e diminuição da permeabilidade celular. Co-trimoxazol (Não é uma clase, mas promove Alteração das Vias Metabólicas): Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas, não Pseudomonas, Enterococcus e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração das vias metabólicas. Resistência a Antibióticos A resistência antibiótica, resistência a antibióticos ou resistência antimicrobiana, é a capacidade dos microrganismos de resistir aos efeitos de um antibiótico ou antimicrobiano. Esta pode ser adquirida via: transformação, conjugação, transdução e mutação.
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 25 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Em bactérias aparece a partir do momento que as pessoas utilizam antibióticos menos potentes fazendo então a selecção das bactérias mais fortes, sendo assim criada uma nova descendência bacteriológica resistente ao medicamento utilizado anteriormente. O uso indevido de antibióticos acarreta essa selecção. Mecanismos de Resistência Existem diversos mecanismos de resistência a antibióticos, no entanto muitas das bactérias acabam por desenvolver mais do que um mecanismo o que torna mais difícil o seu combate: 1. Inactivação ou Modificação Enzimática, através de alteração de alguns aminoácidos na sequência proteica evitam que haja uma ligação entre o agente e o alvo, ou isso faz-se como uma menor afinidade; 2. Alteração da Permeabilidade, este mecanismo é muito comum e faz com que fármacos que eram facilmente difundidos através da membrana deixem de o ser, ou o sejam de forma muito lenta e em baixas concentrações. Este processo pode dar-se pela alteração dos canais transportadores, que ao se dar uma mutação pontual numa das cadeias podem ocluir completamente o seu lúmen ou diminuir consideravelmente o diâmetro deste; também com estas mutações pode surgir a alteração de cargas no canal iónico e alterar assim a sua tolerância a determinadas substancias; 3. Efluxo Activo, no efluxo activo a substância continua a ser absorvida pelo microrganismos, no entanto desenvolvem-se mecanismos que o expulsão, geralmente por exocitose, e não permitem que este tenha efeito sobre o seu alvo; 4. Modificação do Alvo, sem dúvida um dos mecanismos mais conhecidos, uma mutação que altera a sequência que iria ser reconhecida pelo agente e desta forma evita que este se ligue; 5. Vias Metabólicas Alternativas, neste caso apesar de ter uma via metabólica inactivada, a bactéria continua a realizar esse mesmo processo, mas por outra via sobre a qual o nosso fármaco não tem qualquer efeito. Grande parte destes mecanismos de resistência devem-se a: • Mutações; • Produção de β-lactamidases (ex. penicilinases e cefalosporinases); • Diminuição da Permeabilidade Celular; • Aquisição de novas Sequências Genómicas por Transferência Horizontal.
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 26 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Propriedades dos Vírus Vírus são elementos genéticos que se replicam em células e que têm uma fase extracelular infecciosa, não são seres vivos. Possuem uma absoluta dependência de um organismo vivo para a sua replicação, são por isso parasitas intracelulares obrigatórios. Possuem algumas características que lhes conferem o seu estatuto de não seres vivos: - Incapazes de produzir energia ou proteínas independentemente da célula hospedeira; - Genomas podem ser de RNA ou DNA, e nunca ambos; - Possuem cápsula nua ou com invólucro; - Os componentes virais são agrupados e não replicados por divisão; - Agentes filtráveis; - Parasitas intracelulares obrigatórios. Todas estas características fazem com que os vírus sofram algumas consequências: - Não são seres vivos; - Têm que ser infecciosos para persistirem; - Têm que ser capazes de utilizar o hospedeiro para produzir os seus componentes; - Têm que codificar processos que não possam ser fornecidos pela célula hospedeira; - Os componentes virais têm que se agrupar de forma autónoma. O vírus mais simples é composto por um genoma de ácido desoxirribonucleico (DNA) ou ácido ribonucleico (RNA) contido dentro de uma cápsula protectora de proteínas e, em alguns vírus, acrescida de uma membrana. Estrutura As unidades utilizadas na medição do tamanho dos vírus são os nanómetros. Sendo que o tamanho dos vírus clinicamente mais activos está na ordem dos 18 nm até aos 300 nm. Estes últimos são visíveis mediante o uso de um microscópio óptico, e o seu tamanho é aproximadamente o de uma célula de Staphylococcus. Os virióes de grande tamanho podem ter um genoma maior e capaz de codificar mais proteínas, e por isso, são regra geral, possuidores de uma estrutura e mecanismos mais complexos. Relativamente à sua estrutura os vírus podem ser diferenciados relativamente a diversas características: - Genoma, pode ser de DNA ou RNA, e deve conter a informação necessária para a formação, replicação e transmissão do vírus. O genoma pode estar contido numa única sequência ou ser composto por vários fragmento individuais, que na sua totalidade constituem o genoma funcional e estrutural do Fig. 6 - Estrutura e Morfologias dos Vírus
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 27 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano vírus. O genoma pode estar envolto por uma cápsula ou com proteínas de fixação dos ácidos nucleicos associadas e formar uma nucleocápsula. O seu genoma pode ser: Fig. 7 - Genomas Virais - Cápsula, pode ser formada por uma ou mais proteínas e pode apresentar diferentes simetrias: - Simetria Icosaédrica, é mais estável termodinamicamente. Tem como função proteger o conteúdo viral no exterior do hospedeiro, no entanto tem que ser capaz de se desintegrar no interior da célula. Esta característica faz com que se possa designar a cápsula de meta-estável. Para que a cápsula se desintegre podem existir diversas interacções, como é o caso da baixa de pH e/ou a interacção entre as proteínas virais e a célula hospedeira. Este tipo de simetria faz com que haja uma restrição no tamanho e mobilidade do vírus; - Simetria Helicoidal, é constituída por uma cápsula em redor do genoma viral, apesar de conferir uma menor resistência permite uma fácil alteração no tamanho e mobilidade do vírus; A cápsula é responsável pelas interacções entre a particular viral e a célula hospedeira, sendo que muitas vezes a sua destruição leva à inactivação do vírus. Geralmente a cápsula é resistente à desidratação, aos ácidos e detergentes. - Invólucro, a existência ou não de invólucro leva a alterações na estabilidade dos vírus em determinados ambientes, sendo que se podem distinguir dois grandes grupos relativamente a esta característica: vírus nus ou vírus com invólucro. O invólucro é constituído por lípidos, proteínas e glicoproteínas. A sua estrutura membranosa apenas é estável em meios aquosos, logo é susceptível a ambientes desidratados ou ácidos, bem como a detergentes ou dissolventes. Fig. 10 - Estrutura dos Vírus (Vírus Nus à Direita e Vírus com Invólucro à Esquerda) Fig. 8 - Simetria Helicoidal Fig. 9 - Simetria Icosaédrica
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 28 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Vírus com Cápsula A cápsula viral é produto de um aglomerar de proteínas que vão formando sucessivamente unidades de maior dimensão. Todos os componentes da cápsula possuem características que lhes permitem manter-se unidas e constituir esta unidade maior. As proteínas estruturais agrupam-se em subunidades, as quais se unem para formar os protómeros, depois capsómeros e por fim formam a pró-cápsula ou cápsula. As estruturas virais mais simples podem ter uma simetria helicoidal ou icosaédrica. Apenas há a salientar que na simetria icosaédrica a cápsula é formada por 12 capsómeros, sendo que cada um deles é constituído pela associação de cinco proteínas – pentona ou pentâmero. Podem ainda existir vírus que possuem subunidades constituídas por seis unidades – hexonas. Cada uma destas subunidades possui geralmente uma proteína de adesão viral (VAP), para que o vírus se possa unir a uma célula alvo especifica. Estrutura dos Vírus com Invólucro Componentes Membrana Lípidos Proteínas Glicoproteínas Propriedades É facilmente alterado nos seguintes factores ambientais: - Ácido -Detergentes - Desidratação - Calor Altera a sua membrana durante a replicação É libertado por gemulação e lise celular Consequências Deve permanecer num ambiente húmido No pode sobreviver no tubo digestivo Propaga-se mediante gotículas de grande tamanho, secreção, transplante de órgãos e transfusões de sangue Não necessita de destruir a célula para se propagar Para protecção e controlo adequados pode ser necessário anticorpos e uma resposta imunitária do tipo celular A hipersensibilidade e inflamação provocam imunopatogenicidade Fig. 11 - Formação da Cápsula Viral
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 29 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Estrutura dos Vírus com Cápsula Componente Proteínas Propriedades É estável nos seguintes ambientes: - Temperatura - Acido - Proteases - Detergentes - Desidratação É libertado das células por lise Consequências Pode propagar-se facilmente Pode desidratar e conservar virulência Pode sobreviver em condições adversas do intestino Pode ser resistente aos detergentes e às água residuais mal processadas Os anticorpos podem ser suficientes para proporcionar imunoprotecção ao hospedeiro Vírus com Invólucro O invólucro dos vírus é formado por lípidos, proteínas e glicoproteínas; possuindo uma estrutura membranosa idêntica à das membranas celulares. A grande maioria das glicoproteínas actuam como proteínas de adesão viral (VAP), um dos exemplos são as hemaglutininas (HA). É importante salientar que todos os vírus que possuem RNA de senso negativo (RNA-) apresentam invólucro. Produção Viral A produção viral é composta por diversas fases com características diferentes. É necessário um período de inclusão, em que o vírus infecta a célula hospedeira, de seguida existe um período em que já existe a produção de partículas virais no entanto estas ainda não estão completas, nem são detectáveis – período de eclipse; por fim existe a fase de maturação em que as partículas virais se começam a desenvolver, no entanto ainda permanecem dentro da célula. Só após a lise ou exocitose destas partículas é que podem ser Fig. 12 - VAP - Hemaglutinina Fig. 13 - Relação Tempo/Parículas Virais durante a Infecção
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 30 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano detectadas partículas virais fora da célula. Por outro lado existe ainda uma análise da produção viral face à produção de proteínas/enzimas. Logo após a infecção começam a produzir-se as primeiras enzimas que vão permitir todo o desenrolar do restante processo, de seguida dá-se a replicação do RNA/DNA, o que consequentemente leva á síntese de proteínas virais, por fim ocorre a libertação das partículas virais. Passando agora a ser mais especifico, cada uma das fases caracteriza-se por: - Fase Precoce, o vírus deve reconhecer a célula alvo apropriada, unir-se a ela, atravessar a sua membrana plasmática, ser capturado pela célula, libertar o seu genoma no citoplasma e se assim for preciso introduzi-lo no núcleo. - Fase Tardia, caracteriza-se pelo início da replicação do genoma e síntese de macromoléculas virais, prosseguindo com a aglomeração e libertação dos vírus; A perda do invólucro do genoma, que ocorre durante a fase precoce, faz com que o vírus perca a sua virulência e deixe de ser uma estrutura identificável. Neste período ocorre como que um eclipse e por isso é designado por período de eclipse. O período de latência é aquele em que não se detecta a presença do vírus no espaço extracelular, inclui o período de eclipse e termina com a libertação dos novos vírus. Podem surgir partículas infecciosas que devido a mutações ou a erros no processo de síntese e aglomeração não possuem virulência. Reconhecimento e União à Célula Alvo Em princípio o que determina quais são as células alvo a ser infectadas por um vírus é a união das proteínas de adesão viral ou das estruturas localizadas na superfície da cápsula do virião e dos receptores da célula. Os vírus que se unem a receptores expressos por células específicas podem estar limitados a certas espécies. É a célula alvo que define o tropismo tecidual. As VAP são glicoproteínas específicas dos vírus com invólucro. Penetração Muitas das interacções que têm lugar entre as proteínas de adesão dos vírus e os receptores celulares iniciam-se com a internalização dos vírus rumo ao interior da célula. O mecanismo de internalização depende da estrutura do virião e do tipo de célula. A maior parte dos vírus sem invólucro entram na célula por endocitose mediada por receptores ou por viropexia. A endocitose é um processo normal que utiliza a célula para a captação de moléculas unidas a receptores, como hormonas, lipoproteínas de baixa densidade e transferrina. Fig. 14 - Processo da Penetração do Vírus na Célula
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 31 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Os picovírus e os papovavírus podem entrar na célula por viropexia. Por vezes perante a união do vírus à célula surgem estruturas hidrófobas das proteínas da cápsula que facilitam o deslizamento do vírus ou do seu genoma através da membrana – penetração directa. Os vírus com invólucro fundem as suas membranas com as membranas celulares e transferem assim o nucleocapsídeo ou o genoma directamente para o interior do citoplasma. Perca da Cobertura Uma vez internalizada, a nucleocápsula deve ligar-se ao local de replicação do interior da célula e eliminar a cápsula ou o invólucro. Com excepção dos poxvirus, o genoma dos vírus de DNA deve ser introduzido no núcleo; por sua vez a maior parte dos vírus de RNA permanece no citoplasma. O processo de perca da cobertura pode iniciar-se por uma união com o receptor ou ser facilitada pelo ambiente ácido ou pelas proteases presentes no endossoma ou lisossoma. Para permitir este processo, as cápsulas do picornavírus degradam-se como consequência da libertação da proteína VP4. Os vírus com invólucro podem fundir-se com as membranas e depois com a membrana celular para depositar o seu genoma directamente no núcleo. Síntese de Macromoléculas Uma vez no interior da célula o genoma deve dirigir a síntese de mRNA e das proteínas, e por fim replicar-se. O genoma carece de utilidade a menos que possa ser transcrito em mRNA funcionais capazes de fixar-se no ribossomas e ser traduzido em proteínas. O modo como cada vírus realiza este processo depende da estrutura do seu genoma e do sítio onde tem lugar a replicação. A maquinaria celular necessária para a transcrição e processamento de mRNA encontra-se no núcleo. Para a produção de mRNA, a maior parte dos vírus de DNA utiliza a polimerase RNA II dependente de DNA, assim como outras enzimas. O genoma livre dos vírus de DNA, assim como os vírus de RNA de senso positivo podem ser designados por ácidos nucleicos infecciosos. Inicialmente é transcrito o mRNA destinado às proteínas não estruturais – produtos genéticos precoces. Estes produtos incluem proteínas de união ao DNA e enzimas como as polimerases codificadas por vírus. Por sua vez mais tarde surgem os produtos víricos tardios que representam as proteínas estruturais. Visto que possuem estruturas e meios de acção distintos, os vírus de DNA e RNA controlam de formas diferentes o tempo e a intensidade da síntese de proteínas e genes dos vírus. Replicação dos Vírus A replicação do genoma de DNA necessita de uma polimerase de DNA dependente de DNA, outras enzimas e trifosfatos desoxiribonucleicos, em especial de timidina. A transcrição do genoma do vírus de DNA têm lugar no núcleo, com excepção dos poxvirus, onde utiliza as
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 32 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano desoxirribonucleases, polimerases e outras enzimas da célula hospedeira para a síntese da mRNA viral. A transcrição é regulada pela interacção existente entre as proteínas específicas de união do DNA ao promotor e pelos elementos facilitadores presentes no genoma viral. O promotor e os elementos facilitadores dos vírus possuem sequências semelhantes às que se encontram na célula hospedeira, o que permite a união à célula dos factores de activação da transcrição e da polimerase de RNA dependente de DNA. Em alguns tecidos as células expressam as proteínas de união ao DNA necessárias para activar a transcrição dos genes virais, pelo que existe uma restrição ou limitação da replicação viral. As principais limitações da replicação dos vírus de DNA são a disponibilidade da polimerase de DNA e de desoxirribunocleótidos. A maior parte das células que se encontram na fase de repouso não sintetizam DNA devido à ausência de enzimas necessárias e às reservas limitadas de desoxitimidina. A replicação e a transcrição dos vírus de RNA são processos similares, sendo que por regra geral o genoma viral é composto por uma molécula de mRNA (RNA+) ou um modelo de mRNA (RNA-). Durante a replicação e transcrição forma-se uma molécula intermédia de replicação de RNA de dupla cadeia, que não se encontra geralmente nas células não infectadas. O genoma de vírus de RNA deve codificar as polimerases de RNA dependente de RNA (replicases e transcriptases), o que se deve ao facto de a célula não possuir um mecanismo próprio capaz de levar a cabo este processo. Tendo em conta que o RNA se degrada com relativa rapidez, a polimerase de RNA deve sintetizar ou estar activa pouco tempo depois da fase de perda da cápsula para poder regenerar novas moléculas de RNA viral. Assim sendo todas as RNA polimerase virais funcionam a um ritmo intenso, o que propicia um maior número de erros que poderão causar mutações. Os genomas virais de RNA de senso positivo actuam como mRNA unindo-se aos ribossomas e dirigem a síntese de proteínas. O RNA+ livre é capaz de sozinho iniciar a infecção. Depois de ter sido sintetizada a RNA polimerase viral é produzida uma cadeia modelo de RNA-. De seguida a cadeia modelo pode gerar outras moléculas de mRNA e replicar o genoma. Os genomas virais de RNA de senso negativo constituem os modelos para a síntese de mRNA. O genoma de RNA de cadeia de senso negativo não é infeccioso por si só, é preciso transportar uma polimerase viral juntamente com o genoma. Por outro lado é necessário sintetizar uma cadeia de RNA de senso positivo para servir de modelo para a síntese de RNA viral. Os reovírus possuem um genoma de RNA de cadeia dupla e processos de replicação e transcrição mais complexos. A polimerase de RNA dos reovírus formam parte do núcleo viral na face interna da cápsula. As unidades de mRNA são transcritas enquanto se encontram neste núcleo. As cadeias negativas dos segmentos de genoma são utilizadas como modelos do mRNA de modo semelhante ao que ocorre nos vírus de RNA-. Por sua vez a cadeia de RNA+ dos novos núcleos virais serve como modelo para o RNA-, e a polimerase do núcleo viral produz o novo RNA de dupla cadeia. Os aerovírus possuem um genoma circular de duplo sentido com sequências positivas adjacentes a sequencias negativas. Os genes mais precoces dos vírus são transcritos a partir da
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 33 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano cadeia de sentido negativo do genoma, e os genes mais tardios a partir da molécula intermediária de comprimento completo. Apesar de os retrovírus contarem com um genoma de RNA de senso positivo não possuem meios para replicarem o seu RNA no citoplasma. Em lugar disso possuem moléculas de tRNA e uma transcriptase reversa. Por fim, os deltavírus possuem um genoma circular em forma de bastão e uma cadeia de RNA de cadeia simples que apresenta um alto grau de hibridação consigo mesmo. Como excepção, o genoma de RNA replica-se no núcleo mediado por uma polimerase de RNA II dependente de DNA da célula hospedeira. Uma porção do genoma forma uma estrutura de RNA denominada ribocima a qual ataca a molécula de RNA circular para produzir mRNA. Fig. 15 - Classificação dos Vírus, Tipos de Genoma e Replicação
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 34 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Fig. 16 - Estrutura dos Vírus de DNA Classificação dos Vírus Segundo Baltimore Esta classificação pretende facilitar a divisão dos vírus consoante as sua características, nomeadamente o seu material genético: Grupo I – Vírus de DNA de Cadeia Dupla: 1. Herpesviridae – Herpes Simplex (HSV), Varicella Zoster (VZV), Citomegalovírus (CMV), Epstein-Barr (EBV); 2. Poxviridae – Varíola e Vaccinia; 3. Adenoviridae – Adenovírus; 4. Papovaviridae – Papillomavirus; Grupo II – Vírus de DNA de Cadeia Simples: 1. Parvoviridae – Vírus B19; Grupo III – Vírus de RNA de Cadeia Dupla: 1. Reoviridae – Reovírus e Rotavírus; Grupo IV – Vírus de RNA de Cadeia Simples, Senso Positivo: 1. Picornaviridae – Poliovírus, Rinovírus, Hepatite A (HAV) e Enterovírus; 2. Caliciviridae – Norwalk e Hepatite E (HEV); 3. Coronaviridae – SARS; 4. Togaviridae – Rubéola; 5. Flaviviridae – Dengue, Hepatite C (HCV), Hepatite G (HGV) e Febre Amarela; 6. Astroviridae – Astrovírus; Grupo V – Vírus de RNA de Cadeia Simples, Senso Negativo: Fig. 17 - Estrutura dos Vírus de DNA
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 35 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano 1. Paramyxoviridae – Parainfluenza, Sarampo, Papeira e Vírus Respiratório Sincicial; 2. Orthomyxoviridae – Influenza; 3. Arenaviridae – Coriomeningite Linfocítica e Febre de Lassa; 4. Rhabdoviridae – Raiva; 5. Filoviridae – Ébola e Marburg 6. Bunyaviridae – Encefalite da Califórnia e Febre Hemorrágica; 7. Bornaviridae – Doença de Borna; Grupo VI – Vírus de RNA de Cadeia Simples, Senso Positivo, Diplóide, de Transcrição Reversa (com DNA como intermediário na formação das proteínas): 1. Retroviridae – HIV e Leucemia das Células T Humana (HTLV-1); Grupo VII – Vírus de DNA de Cadeia Dupla, Circular, de Transcrição Reversa (com um RNA intermediário na replicação): 1. Hepadnaviridae – Hepatite A (HAV) Síntese das Proteínas Virais Todos os vírus dependem de ribossomas, do tRNA e dos mecanismos de modificação pós-tradução da célula hospedeira para produzir as suas proteínas. A diferença do que ocorre no ribossoma bacteriano e no ribossoma eucariota consiste em grande parte no facto de o primeiro permitir a tradução de um mRNA policistrónico enquanto o segundo apenas permite produzir uma proteína continua. No caso dos vírus de RNA+, o genoma é lido e traduzido pelo ribossoma numa poliproteína gigante. Após isto a poliproteína é degradada por diversas proteases virais e celulares até formar proteínas funcionais. Os vírus utilizam diferentes tácticas para facilitar a tradução preferencial dos seus mRNA em prol do mRNA celular. Em muitos casos a concentração de mRNA viral é tão elevada Fig. 18 - Estrutura dos Vírus de RNA
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 36 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano que ocupa todos os ribossomas existentes na célula, o que impede a tradução dos produtos celulares. Existem outros mecanismos mais complexos, como é o caso do adenovírus que bloqueia a saída do mRNA do núcleo. Outros como o vírus herpes inibe a síntese de macromoléculas celulares e induz a degradação do mRNA e DNA da célula. Algumas proteínas virais necessitam de modificações pós-tradução, como é o caso da fosforilação, glicolisação, acilação e sulfatação. A fosforilação pode ser conseguida por intermédip de proteínas cinases celulares ou virais e constitui um dos principais meios de activação ou inactivação das proteínas virais. É de salientar a existência de sequências na glicoproteínas virais que lhes permite serem incluídas tanto no retículo endoplasmático rugosos como a sua glicolização. Montagem A montagem de um virião ocorre de um modo análogo à de um quebra-cabeças tridimensional. O virião é formado a partir de unidades pré-fabricadas e de pequeno tamanho que rodeiam o genoma para formar uma entidade funcional. Cada parte do vírus possui unidades de reconhecimento que lhe permitem interagir com as outras estruturas para formarem o produto viral. Este processo inicia-se com a síntese das subunidades necessárias e quando a concentração celular de proteínas estruturais é suficiente para impulsionar este processo do ponto de vista termodinâmico ele pode-se iniciar e ser, ou não, ajudado por proteínas de suporte ou por outras que estão activas e libertam energia durante a proteólise. Como exemplo temos a excisão da proteína VPO que vai levar á libertação do péptido VP4, este por sua vez solidifica a cápsula. No caso de vírus com invólucro, as glicoproteínas virais sintetizadas e processadas atravessam a membrana por meio de transporte vesicular. A aquisição de invólucro produz-se depois da associação da nucleocápsula às regiões da membrana celular que contêm glicoproteínas virais – gemulação. Durante o processo de montagem os vírus podem produzir erros. Formam-se assim viriões vazios e outros contendo o genoma. Desta forma irá aumentar a relação partícula/vírus infeccioso, o que pode levar a que estas partículas que não são infecciosas ocupem a maquinaria de que o vírus necessita para se replicar normalmente e desta forma evitar a multiplicação viral propriamente dita, isto apenas é possível pois pode existir uma elevada concentração de partículas não infecciosas. Libertação Os vírus podem ser libertados das células por lise celular, por exocitose ou por gemulação a partir da membrana plasmática. Regra geral os vírus de cápsula nua são libertados após a lise celular, em contrapartida os vírus com invólucro fazem-nos através de gemulação a partir da membrana plasmática sem que ocorra a morte celular. Etapas da Replicação do Vírus Reconhecimento da Célula-Alvo União Penetração Perda do Invólucro Síntese de Macromoléculas: - Síntese de mRNA precoce e proteínas não estruturais; - Replicação do Genoma; - Síntese de mRNA tardio e proteínas estruturais; - Modificação pós-traducional das proteínas. Montagem do Vírus Gemulação dos Vírus com Invólucro Libertação dos Vírus
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 37 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Estes dois processos são os mais eficientes para a libertação viral, sendo que no processo de gemulação os vírus primeiro associaçam-se às membrana da célula adquirindo o seu invólucro, e só depois são libertados por exocitose. Reiniciação do Ciclo de Replicação Regra geral os vírus libertados para o meio extracelular são responsáveis pela iniciação de novas infecções, mas por outro lado esta também se pode propagar por meio de pontes intercelulares, por fusão de uma célula com outra (induzida pelo vírus) ou por transmissão vertical. Genética Viral Os genomas virais sofrem com facilidade mutações espontâneas, o que acarreta o aparecer de novas estirpes virais ou com propriedades diferentes dos vírus progenitores ou vírus selvagens. Estas variantes podem ser identificadas por sequências de nucleótidos, diferentes antigénios ou diferenças nas suas propriedades estruturais ou funcionais. Grande parte das mutações não são nocivas para o vírus sendo que apenas aquelas que afectam genes essenciais podem resultar na sua inactivação, na generalidade todas as outras podem conduzir uma situação de vantagem selectiva, como é o caso da resistência a fármacos. Os erros na fase de replicação do genoma viral produzem numerosas mutações, o que é devido a uma baixa fidelidade da polimerase viral e da rápida velocidade com que ocorre a replicação do genoma. Para agravar esta situação os vírus não possuem mecanismos de correcção dos erros resultantes da replicação. As mutações que ocorrem nos genes essenciais são denominadas mutações letais, ao não ser capazes de se replicar são facilmente assimilados. As mutações podem produzir: - Mutantes em Placa, que diferem dos vírus do tipo selvagem no tamanho ou no aspecto da célula infectada; - Mutantes de Espectro de Anfitriões, diferem no tipo de tecido ou espécie de célula- alvo que podem infectar; - Imitantes Atenuados, são variações que causam infecções menos graves; - Mutantes Condicionados, como é o caso dos mutantes sensíveis à temperatura. Também podem surgir novas estirpes virais por meio de interacções entre os vírus ou entre os vírus e a célula. A troca genética intramolecular ocorre entre os vírus ou entre o vírus e o hospedeiro – recombinação. Os vírus com genomas segmentados formam estirpes híbridas quando uma célula é infectada por umas mais do que uma estirpe – reordenamento. As várias estirpes virais individuais ou mutantes são seleccionadas pela sua capacidade de utilizar a maquinaria das células do organismo hospedeiro e de suportar as condições do ambiente que os rodeia. Algumas das propriedades que regulam esta selecção encontra-se a velocidade de crescimento da célula-alvo e de expressão das proteínas necessárias ao vírus. Uma pequena vantagem selectiva pode facilmente levar a que uma estirpe passe a ser a predominante até que outra adquira propriedades mais favoráveis.
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 38 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Vectores Virais para o Tratamento Os vírus manipulados geneticamente podem constituir excelentes sistemas de administração de genes estranhos. Os vírus podem ainda ser usados para realizar terapias de substituição de genes, como vacinas ou ainda como “assassinos” direccionados para determinados tumores. Geralmente os vectores virais são vírus defeituosos em que o seu factor de virulência foi substituído por um gene estranho, que pode estar sob o controlo do promotor viral ou de um específico para o tecido alvo. Estas terapias prometem inovar na medicina pois permitem integrar sequencias de genoma de interesse no DNA da célula alvo de uma forma eficiente que geralmente é feita com as sequencias virais pelos vírus.
Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 39 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Propriedades dos Fungos Os fungos representam um grupo ubíquo e diverso de microrganismos que se dedica principalmente à degradação de matéria orgânica. Os fungos co-habitam em quase todos os ecossistemas, o que é provado por algumas das suas características e manifestações: - São responsáveis pela biodegradação do meio ambiente; - São a principal causa das doenças em plantas; - Causam o apodrecimento dos alimentos; - Apesar de existir um elevado número de formas de fungos descritos, são menos de 100 as estripes que estão associadas a doenças humanas. Os fungos são heterotróficos e como tal podem ser: - Saprófitos, subsistem pela degradação da matéria morta ou em degradação; - Simbióticos, vivem em grupos e obtêm vantagens dessa associação; - Comensais, desenvolvem-se numa relação estreita em que um dos participantes da associação beneficia desta e o outro não é prejudicado nem beneficiado; - Parasitas, estabelecem-se no interior de um hospedeiro e dele obtêm benefícios sem causar qualquer vantagem para o hospedeiro, sendo que no caso de serem microrganismos patogénicos podem ser prejudiciais para o hospedeiro. É importante referir que os fungos não possuem uma elevada patogenecidade, são oportunista, ou seja, apenas causam infecção no caso do hospedeiro se encontrar num estado imunossuprimido. Os fungos são na sua maioria seres anaeróbios, não possuem membrana externa (gram-positivos). Uma das grandes diferenças entre bactérias e fungos é o facto de estes possuírem um tempo de geração muito prologado (horas), enquanto as bactérias apenas necessitam de minutos para de dividirem. Outra das grandes diferenças é que nos fungos as infecções são exógenas, com excepção da Candida spp. e Malassecia Furta. Estas características adquirem uma elevada importância a quando do pedido de um exame micológico, pois é necessário um tempo de incubação e características diferentes se estivermos perante uma patologia causada por um fungo. Taxonomia, Estrutura e Replicação Os fungos são classificados segundo um reino próprio, o reino dos Fungos. São microrganismos eucariotas que se distinguem dos outros eucariotas pela presença de uma parede rígida formada por quitina e glucano, e uma membrana celular em que o ergosterol substitui o colesterol como principal componente esteróide. A taxonomia dos fungos é baseada na sua morfologia e na forma de produção de esporos. Os fungos podem ser unicelulares ou pluricelulares. Relativamente à sua morfologia os fungos podem dividir-se em:
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  • 3. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 3 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Índice ÍNDICE ...................................................................................................................3 RELAÇÕES HOSPEDEIRO-PARASITA ...............................................................................7 MORFOLOGIA BACTERIANA ......................................................................................10 GENÉTICA BACTERIANA............................................................................................15 ANTIBIÓTICOS .......................................................................................................19 PROPRIEDADES DOS VÍRUS .......................................................................................26 PROPRIEDADES DOS FUNGOS ....................................................................................39 PROPRIEDADES DOS PARASITAS .................................................................................42 BACTERIOLOGIA .......................................................................................... 45 MECANISMOS ENVOLVIDOS NA PATOGENIA BACTERIANA ................................................46 STAPHYLOCOCCUS ..................................................................................................48 STREPTOCOCCUS ....................................................................................................57 Streptococcus pyogenes (Grupo A)......................................................................................57 Streptococcus agalactiae (Grupo B) ....................................................................................63 Streptococcus pneumoniae..................................................................................................65 ENTEROCOCCUS .....................................................................................................69 BACILLUS..............................................................................................................72 Bacillus anthracis.................................................................................................................72 Bacillus cereus e outras Espécies .........................................................................................74 NEISSERIA ............................................................................................................77 Neisseria gonorrhoeae.........................................................................................................77 Neisseria meningitidis..........................................................................................................81 Meningococcemia................................................................................................................83 ENTEROBACTERIACEAE.............................................................................................85 Escherichia coli.....................................................................................................................87 Salmonella ...........................................................................................................................89 Shigella ................................................................................................................................91 Yersinia ................................................................................................................................91 Klebsiella..............................................................................................................................93 Proteus.................................................................................................................................93 VIBRIO.................................................................................................................95 BORDETELLA .........................................................................................................98 CORYNEBACTERIUM ..............................................................................................102 Corynebacterium diphtheriae............................................................................................102 PASTEURELLACEAE................................................................................................106 Haemophilus......................................................................................................................106 CAMPYLOBACTER E HELICOBACTER ...........................................................................111 Campylobacter...................................................................................................................111 Helicobacter.......................................................................................................................115 PSEUDOMONAS ...................................................................................................119 Moraxella...........................................................................................................................124 ESPIROQUETÍDIOS ................................................................................................125 Treponema.........................................................................................................................125 Borrelia ..............................................................................................................................129 Leptospira ..........................................................................................................................132 LEGIONELLA ........................................................................................................136 MYCOPLASMA E UREAPLASMA ................................................................................140 RICKETTSIA, ORIENTIA, EHRLICHIA E COXIELLA.............................................................144 Rickettsia rickettsii.............................................................................................................144 Rickettsia prowazekii .........................................................................................................146
  • 4. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 4 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Rickettsia typhi ..................................................................................................................147 Orientia tsutsugamushi .....................................................................................................148 Ehrlichia .............................................................................................................................148 Coxiella burnetti.................................................................................................................150 CHLAMYDIACEAE..................................................................................................152 Chlamydia trachomatis......................................................................................................153 Chlamydophila pneumoniae..............................................................................................157 Chlamydophila psittaci ......................................................................................................158 CLOSTRIDIUM......................................................................................................159 Clostridium perfringens .....................................................................................................159 Clostridium tetani ..............................................................................................................161 Clostridium botulinum .......................................................................................................163 Clostridium difficile ............................................................................................................166 BACILOS GRAM-NEGATIVOS ANAERÓBIOS..................................................................167 COCOS GRAM-POSITIVOS ANAERÓBIOS.....................................................................170 BACILOS NÃO-FORMADORES DE ESPOROS.................................................................170 Cocos Gram-Positivos Anaeróbios .....................................................................................170 Bacilos Gram-Positivos, Anaeróbios, Não Esporulados .....................................................170 Actinomyces.......................................................................................................................171 Proprionibacterium............................................................................................................172 Mobiluncus ........................................................................................................................173 Lactobacillus ......................................................................................................................173 Bifidobacterium e Eubacterium .........................................................................................173 MYCOBACTERIUM ................................................................................................174 Mycobacterium tuberculosis .............................................................................................175 Mycobacterium leprae.......................................................................................................176 Complexo Mycobacterium avium ......................................................................................176 Outras Micobactérias de Crescimento Lento.....................................................................177 Micobactérias de Crescimento Rápido ..............................................................................177 VIROLOGIA................................................................................................ 181 MECANISMOS DA PATOGENIA VIRAL.........................................................................182 AGENTES ANTI-VIRAIS...........................................................................................189 PAPOVÍRUS.........................................................................................................191 Papilomavírus Humano .....................................................................................................191 Poliomavírus ......................................................................................................................193 ADENOVÍRUS ......................................................................................................196 HERPESVÍRUS HUMANOS .......................................................................................200 Vírus do Herpes Simples.....................................................................................................201 Vírus Varicela-Zoster..........................................................................................................204 Vírus Epstein-Barr ..............................................................................................................207 Citomegalovírus.................................................................................................................210 Herpesvírus Humanos 6 e 7 ...............................................................................................212 Herpesvírus Humano 8.......................................................................................................213 POXVÍRUS ..........................................................................................................214 PARVOVÍRUS.......................................................................................................217 PICORNAVÍRUS ....................................................................................................220 Enterovírus.........................................................................................................................222 Rinovírus ............................................................................................................................224 CORONAVÍRUS.....................................................................................................227 PARAMIXOVÍRUS..................................................................................................229 Vírus do Sarampo...............................................................................................................230 Vírus da Parainfluenza.......................................................................................................232 Vírus da Papeira.................................................................................................................233 Vírus Sincicial Respiratório.................................................................................................234 Vírus Nipah e Hendra.........................................................................................................235
  • 5. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 5 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano ORTOMIXOVÍRUS .................................................................................................236 REOVÍRUS ..........................................................................................................240 Ortorreovírus (Reovírus de Mamíferos) .............................................................................242 Rotavírus............................................................................................................................243 Coltivírus e Orbivírus..........................................................................................................245 RABDOVÍRUS.......................................................................................................247 TOGAVÍRUS E FLAVIVÍRUS.......................................................................................251 Alphavírus e Flavivírus .......................................................................................................251 Vírus da Rubéola................................................................................................................254 RETROVÍRUS .......................................................................................................257 Vírus da Imunodeficiência Humana...................................................................................261 VÍRUS DA HEPATITE ..............................................................................................266 Vírus da Hepatite A............................................................................................................266 Vírus da Hepatite B............................................................................................................268 Vírus das Hepatites C e G...................................................................................................273 Vírus da Hepatite D............................................................................................................275 Vírus da Hepatite E ............................................................................................................276 VÍRUS LENTOS NÃO-CONVENCIONAIS: PRIÕES ............................................................277 MICOLOGIA............................................................................................... 280 MECANISMO DE PATOGENICIDADE DOS FUNGOS .........................................................281 AGENTES ANTI-FÚNGICOS ......................................................................................284 DIAGNÓSTICO LABORATORIAL DAS DOENÇAS FÚNGICAS ................................................287 MICOSES SUPERFICIAIS, CUTÂNEAS E SUBCUTÂNEAS.....................................................289 Micoses Superficiais...........................................................................................................289 Micoses Cutâneas ..............................................................................................................290 Micoses Subcutâneas.........................................................................................................292 MICOSES SISTÉMICAS............................................................................................295 Histoplasmose....................................................................................................................295 Blastomicose......................................................................................................................297 Paracoccidioidomicose ......................................................................................................298 Coccidioidomicose .............................................................................................................299 Criptococose ......................................................................................................................301 MICOSES OPORTUNISTAS.......................................................................................303 Candidíase .........................................................................................................................303 Aspergilose ........................................................................................................................305 Zigomicose.........................................................................................................................306 Pneumocystis carinii ..........................................................................................................308 Peniciloses por Penicillium marnefeii.................................................................................309 PARASITOLOGIA........................................................................................ 311 PATOGENIA DAS DOENÇAS PARASITÁRIAS ..................................................................312 PROTOZOÁRIOS INTESTINAIS E UROGENITAIS ..............................................................314 Amibas...............................................................................................................................314 Flagelados..........................................................................................................................317 Ciliados ..............................................................................................................................321 Coccídeos...........................................................................................................................322 Microsporídeos ..................................................................................................................326 PROTOZOÁRIOS DO SANGUE E DOS TECIDOS ...............................................................328 Espécies de Plasmodium....................................................................................................328 Espécies de Babesia ...........................................................................................................333 Toxoplasma gondii.............................................................................................................334 Leishmania.........................................................................................................................336 Tripanossomas...................................................................................................................339 NEMÁTODES .......................................................................................................345 Enterobius vermicularis .....................................................................................................345 Ascaris lumbricoides ..........................................................................................................346
  • 6. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 6 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Toxocara canis e Toxocara e cati.......................................................................................348 Trichuris trichiura...............................................................................................................349 Ancilóstomos .....................................................................................................................350 Strongyloides stercoralis....................................................................................................352 Trichinella spiralis ..............................................................................................................354 Wuchereria bancrofti e Burgia malayi...............................................................................356 Loa loa ...............................................................................................................................357 Onchocerca volvulus..........................................................................................................358 Dirofilaria immitis..............................................................................................................360 Dracunculus medinensis ....................................................................................................360 TREMÁTODES......................................................................................................362 Fasciolopsis buski...............................................................................................................362 Fasciola hepatica ...............................................................................................................363 Opisthorchis sinensis..........................................................................................................365 Paragoninus westermani...................................................................................................366 Esquistossomas..................................................................................................................367 Dermatite por Cercária ......................................................................................................371 CÉSTODES...........................................................................................................373 Taenia solium.....................................................................................................................373 Cisticercose ........................................................................................................................374 Taenia saginata .................................................................................................................375 Diphylobothrium latum......................................................................................................376 Echinococcus granulosus ...................................................................................................378 Hymenolepis nana .............................................................................................................379 Dipylidium caninum...........................................................................................................380
  • 7. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 7 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Relações Hospedeiro-Parasita Flora Indígena – constitui o conjunto de células que não pertencem ao nosso organismo, ou seja todos os microrganismos que co-habitam no nosso organismo. Apenas 10% das células existentes no nosso organismo são humanas, as restantes 90% são microrganismos. Todo o ser humano nasce estéril, no entanto logo no momento do parto, ao tomar contacto com o ambiente exterior, é colonizado por um número incontável de microrganismos, sendo que muitos deles o acompanharam durante toda a sua vida. Microrganismo Residente – é o microrganismo que é capaz de se multiplicar nas condições do local onde está alojado; Microrganismos Transitórios – é aquele que não sendo capaz de se dividir no local onde habita se vê obrigado a migrar para outro local que lhe seja mais favorável ou acaba por ser extinto; Colonização – aquisição de microrganismos, que podem não provocar qualquer lesão/dano ou, pelo contrário, perturbar o normal funcionamento de um tecido ou órgão, de forma mais, ou menos, intensa, induzindo uma resposta imunitária por parte do hospedeiro. Esta tem em vista a eliminação do microrganismo, podendo, no entanto, também o microrganismo ficar retido/latente no organismo; Latência – estado em que um microrganismo permanece no nosso organismo sem que o consigamos eliminar; Comensalismo - associação simbiótica em que um microrganismo usa o corpo de uma espécie de maior porte como seu ambiente físico, podendo usar esse mesmo ambiente para adquirir nutrientes. Para além disso, o microrganismo não provoca lesão no hospedeiro, ou a lesão é de tal modo leve que não tem tradução clínica, ou seja, a lesão é clinicamente inaparente. Os microrganismos comensais podem inclusive beneficiar o hospedeiro, prevenindo a colonização de dada área por espécies mais patogénicas ou produzindo metabolitos passíveis de serem usados por ele. No entanto, estes microrganismos podem tornar-se prejudiciais se as suas condições ambientais forem perturbadas. É este tipo de relação que a maioria da flora indígena estabelece no organismo; Hospedeiro Definitivo – define-se pelo hospedeiro em que o microrganismo desenvolve a sua forma adulta e completa a sua reprodução sexuada; Hospedeiro Intermediário – define-se pelo hospedeiro em que o microrganismo se encontra num estado intermédio e se reproduz de forma assexuada. Acção Patogénica Infecção – aquisição de microrganismos exógenos e sua posterior multiplicação; Infecção Endógena – quebra do equilíbrio existente entre a flora indígena e o organismo, o que leva a uma multiplicação descontrolada desses microrganismos e invasão de territórios dantes não colonizados;
  • 8. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 8 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Doenças Infecciosas – não são mais do que as manifestações das infecções; Lesão – consiste na interrupção da estrutura ou função de uma determinada célula, tecido ou órgão; Agente Patogénico – é um microrganismo capaz de causar lesão; Patogenicidade – baseia-se na capacidade de causar patologia, ou seja, se um microrganismo é capaz de lesar ou não o organismo; Virulência – relaciona-se com a intensidade com que é demonstrada a patogenidade de um determinado microrganismo; Factor de Virulência – entende-se pelo componente microbiano que vai ser patogénico e por isso causar lesão no hospedeiro; Virulência A virulência é um processo que pode ser dividido em diversas fases: 1. Aderência  Colonização, ou seja, a ligação a receptores e a estruturas que podem ser especificas ou inespecíficas; 2. Invasão  Penetração, Progressão e Multiplicação, o que implica penetrar as barreiras anatómicas, inibir ou neutralizar os mecanismos humorais de defesa e por fim inactivar os mecanismos celulares de defesa; 3. Produção de Toxinas  Exotoxinas, sendo estas libertadas por exocitose, mantendo-se o microrganismo vivo, a sua libertação implica a lise celular; 4. Fuga aos Mecanismos de Defesa  esta pode ser consiga através da localização privilegiada, por, mimetismo antigénico, revestimento com moléculas do hospedeiro, tolerância imunológica, variação antigénica e imunossupressão; Mimetismo Antigénico – consiste na produção e apresentação de antigénios idênticos aos do organismo hospedeiro para que seja reconhecido como uma célula endógena; Origem da Infecção No caso de ser uma infecção endógena, não se inclui a porta de entrada, pois o microrganismo já se encontra dentro do hospedeiro. No entanto numa infecção exógena podemos distinguir as características:  Porta de Entrada  Reservatório, não é mais do que o local onde este se encontra armazenado;  Vector, não é mais do que o meio pelo qual é transportado;  Transmissão, que poderá ser horizontal, caso ocorra em indivíduos da mesma geração, ou vertical, caso ocorra do progenitor para a descendência;  Porta de Saída Transmissão Existem diversos modos de transmissão e estão muitas vezes relacionados com a porta de entrada/saída: 1. Oral-Oral (Porta de Saída:Boca /Porta de Entrada: Boca) 2. Fecal-Oral (Porta de Saída: Ânus/Porta de Entrada: Boca)
  • 9. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 9 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano 3. Sexual (Porta de Saída: Aparelho Genital/Porta de Entrada: Aparelho Genital) 4. Vector (não há transmissão entre humanos) 5. Zoonose s/ vector (não há transmissão directa entre humanos) 6. Zoonose c/ vector (não transmissão directa) Controlo da Transmissão Fecal – Oral: através do saneamento básico, da disponibilização de água potável e da regra de lavar as mãos; Sexual: uso de uma barreira física (ex. preservativo) e uma redução da promiscuidade; Zoonoses: controlo da infecção animal e controlo dos vectores; Respiratório: não é controlável;
  • 10. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 10 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Morfologia Bacteriana Os microrganismos podem estar dividimos consoante a sua organização estrutural em: Procariotas – possuem um cromossoma único e circular, menos quantidade de DNA, são geralmente haplóides e não possuem núcleo nem organitos membranares; Eucariotas – têm cromossomas lineares, maior quantidade de DNA, são geralmente diplóides, e possuem núcleo com invólucro nuclear e organitos membranares; Características Eucariotas Procariotas Principais Grupos Algas, Protozoários, Plantas e Animais Bactérias Tamanho > 5 mm 0,5 – 3 mm Estrutura do Núcleo Núcleo Membrana Nuclear Clássica Ausente Cromossoma Cadeias de DNA Linear Genoma Diplóide DNA Único e Circular Genoma Haplóide Estrutura do Citoplasma Mitocôndrias Presente Ausente Aparelho do Golgi Presente Ausente Retículo Endoplasmático Presente Ausente Ribossomas 80S (60S + 40S) 70S (50S + 30S) Membrana Citoplasmática Contem Esteróides Não Contém Esteróides Parede Celular Ausente Estrutura complexa formada por proteínas, lípidos e peptidoglicano Reprodução Sexual e Assexuada Assexuada (Bipartição) Movimento Flagelos com Complexos Ausentes Flagelos Simples Ausentes Respiração Via Mitocondrial Através da Membrana Citoplasmática É importante ter uma noção do tamanho em microbiologia e para isso usamos uma escala de valores generalizados: Macrófago  10 – 20 µm Bactéria  0,5 – 2 µm Vírus  <0,1 µm Eritrócito  5 µm Classificação As bactérias diferem entre si pela sua morfologia (tamanho, forma e características) e as suas propriedades metabólicas, antigénicas e genéticas. Aspectos Morfológicos Cocos: - Diplococos - Estreptococos - Tetrades
  • 11. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 11 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano - Estafilococos Bacilos/Bastonetes Espiroqueta/Espirilo Vibrião Aspectos Bioquímicos Coloração de Gram é uma prova útil e fácil que permite distinguir as principais classes de bactérias com o objectivo de instaurar um tratamento. As bactérias gram-positivas são aquelas que têm uma cor azul, o corante precipita na camada de peptidoglicano que possui uma estrutura entrecruzada e grossa em forma de malha à volta da célula. As bactérias gram- negativas apresentam uma camada delgada de peptidoglicano incapaz de reter o corante e por isso adquirem uma cor rosa. Toxicidade ao Oxigénio  devido á formação de superóxidos, peróxidos e hidróxidos, muitas bactérias não coexistem em ambientes com oxigénio. A presença ou não de enzimas destoxificadores (catalases) pode constituir um critério de classificação; Obtenção de Energia  poderá ser através de respiração ou fermentação; Aeróbio: - Obrigatório, habita apenas perante a presença de oxigénio; - Facultativo, poderá realizar respiração, mas também realiza fermentação; - Microaerófilo, é tolerante a baixas concentrações de oxigénio; Anaeróbio: - Obrigatório, apenas existe em ambientes anaeróbios e não tem capacidade de usar O2 nem de estar em contacto com este; - Aerotolerante, podem estar em ambiente com 02, mas não o usam; Parede Celular  a presença ou não de parede celular, composta por peptideoglicano; Lipopolissacáridos  presença ou não de membrana externa; Ultra-Estruturas das Bactérias Tanto as bactérias gram-positivas, como as gram-negativas, possuem estruturas citoplasmáticas semelhantes, o que já não ocorre relativamente às estruturas extra-celulares. Fig. 1 - Morfologias Bacterianas
  • 12. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 12 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano O citoplasma da célula bacteriana contem o DNA cromossómico, mRNA, ribossomas, proteínas e metabolitos. O cromossoma bacteriano difere do eucariota pois é composto por uma única molécula circular de cadeia dupla e que não está contido no núcleo, mas sim numa estrutura conhecida como nucleóide. Apesar disso este cromossoma carece de histonas e por isso não forma nucleossomas. A célula pode também possuir plasmídeos, que não são mais que moléculas extra-cromossómicas de DNA circular mais pequenas que o cromossoma. Regra geral os plasmídeos encontram-se nas células gram-negativas, e na maior parte dos casos não são essenciais para a sobrevivência da célula, mas podem conferir-lhe uma vantagem selectiva, como é o caso de resistência a antibióticos. A ausência de membrana nuclear simplifica os mecanismos de controlo da síntese proteica. Assim sendo o ribossoma fixa-se directamente no mRNA que está a ser transcrito e inicia a tradução, sintetizando a proteína à medida que o mRNA é sintetizado e ainda se encontra unido ao DNA. O ribossoma bacteriano é constituído pelas subunidades 30S e 50S que formam o ribossoma 70S. Este ribossoma é distinto do humano (Ribossoma 80S = 40S + 60S), e ainda é possível encontrar diferenças no rRNA, e por isso tanto o ribossoma como o rRNA são alvo de muitos antibióticos. A membrana citoplasmática possui uma estrutura idêntica à dos eucariotas, mas contrariamente a estes não possui esteróides, como é o caso do colesterol, com excepção dos micoplasmas. O que não acontece relativamente às estruturas citoplasmáticas acontece no que toca à parede celular, ou seja, bactérias gram-positivas e gram-negativas diferem na estrutura da parede celular e nos seus componentes e funções. Os componentes das paredes celulares são exclusivos das bactérias, sendo que a maior parte das membranas dos procariotas está rodeada por uma camada rígida de peptidoglicano (mureína), com excepção das arqueobactérias e micoplasmas. O peptidoglicano determina a Fig. 2 - Estrutura da Membrana Plasmática Bacteriana
  • 13. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 13 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano rigidez e forma da bactéria, sendo que nas bactérias gram-negativas existe ainda uma membrana externa que as envolve. Bactérias Gram-Positivas, possuem uma parede celular espessa que é composta por várias camada, as quais são compostas maioritariamente pelo peptidoglicano. Uma característica importante do peptidoglicano é que este é suficientemente poroso para permitir que grande parte dos metabolitos alcance a membrana citoplasmática. O peptidoglicano pode ser destruído perante a lisozima, levando à lise celular. A célula gram-positiva pode ainda possuir outros componentes na membrana externa, como é o caso dos ácidos teicóicos e lipoteicóiscos. Bactérias Gram-Negativas, as paredes celulares destas bactérias são mais complexas, contendo duas camadas externas em relação com a membrana citoplasmática: imediatamente a seguir à membrana encontra-se uma camada fina de peptidoglicano (5 a 10% do total da parede celular), que não contem ácidos teicóicos nem lipoteicóiscos. A camada mais externa denomina-se membrana externa e é exclusiva das bactérias gram-negativas, o espaço compreendido entre esta e a membrana plasmática designa-se espaço periplasmático. Este espaço possui enzimas hidrolíticas que degradam as macromoléculas necessárias para a célula; por outro lado a membrana externa constitui uma barreira para as moléculas de grande tamanho e hidrófobas, e uma defesa para as condições possivelmente adversas de alguns ambientes. A zona externa é geralmente formada por lipopolissacáridos (LPS) que pode também ser conhecido como endotoxina, pois constitui um potencial causador de resposta imunitária. Existem ainda algumas proteínas, como é o caso das porinas que formam poros e permitem a difusão através da membrana de moléculas hidrofóbicas com menos de 700 Da de peso. A membrana externa une-se à membrana citoplasmática por meio de zona de adesão e ao peptidoglicano por interacção com uma lipoproteína. Características Gram-Positivas Gram-Negativas Membrana Externa - + Parede Celular Espessa Fina Lipopolissacárido - + Endotoxina - + Ácido Teicóico + - Esporulação Algumas - Cápsula Algumas Algumas Lizosima Sensível Resistente Actividade Antibacteriana da Penicilina Mais Susceptível Mais Resistente Produção de Exotoxina Algumas Algumas Estruturas Externas Algumas bactérias encontram-se rodeadas por capas laxas de proteínas ou polissacáridos denominadas cápsulas, no caso de não ser uniforme ou muito fina chama-se capa de limo (slime layer). Na generalidade estas duas estruturas são conhecidas como glicocálix. A cápsula pode actuar também como uma barreira frente a molécula hidrófobas tóxicas, por exemplo os detergentes, e por outro lado facilitar a aderência a outras bactérias ou às superfícies do hospedeiro. Algumas bactérias, como é o caso das Pseudomonas aeruginosa, produzem um biofilme polissacárido em determinadas condições que favorece o estabelecer de uma colónia
  • 14. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 14 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano bacteriana e protege os seus membros da acção dos antibióticos e defesas dos organismos hospedeiro. Os procariotas, nomeadamente as bactérias, podem possuir apêndices citoplasmáticos, que poderão ser: - Flagelos, com função de locomoção, e são formados por subunidades proteicas enroladas helicoidalmente de flagelina. Os flagelos permitem às bactérias aproximarem-se dos nutrientes e ambientes favoráveis, afastando-se dos ambientes tóxicos - quimiotaxia; - Fímbrias ou pilli, permitem a adesão e fixação às paredes do organismo hospedeiro, sendo formada por subunidades proteicas de pilina. Diferenciam-se dos flagelos por não possuírem uma estrutura helicoidal e terem um diâmetro menor. Para que permitam a adesão às paredes do hospedeiro ou outras estruturas possuem um factor de adesão, a adhesina, sendo que existe ainda outro factor que se fixa a açúcares específicos - lectina; - Pilli Sexuais, tornam possível a troca horizontal de material genético, permitem a união a outras bactérias e são codificados por um plasmídeo; Divisão Celular A replicação do cromossoma bacteriano desencadeia também o início da divisão celular. A produção de duas células filhas exige o crescimento e amplificação dos componentes da parede celular, seguidos da formação de um septo que dividirá as bactérias em duas células distintas. Uma separação incompleta pode originar bactérias que permanecem unidas e formam cadeias como é o caso dos estreptococos e estafilococos. Esporos Algumas bactérias gram- positivas, mas não as gram-negativas, são capazes de formar esporos. Em condições ambientais adversas estas bactérias podem passar de estado vegetativo para um estado de latência ou de esporo. A localização do esporo no interior da célula constitui uma característica de cada bactéria e pode facilitar a sua identificação. O esporo é uma estrutura desidratada formada por múltiplas camadas que protege a bactéria e permite que continue viva em estado de latência. O esporo contém uma cópia completa do cromossoma bacteriano, as concentrações mínimas imprescindíveis ao ribossoma e proteínas essenciais, e uma elevada concentração de cálcio unido ao ácido dipicolínico. O esporo consegue proteger o DNA bacteriano do calor intenso, radiação e acção da maioria das enzimas e substancia químicas. Fig. 3 - Fases da Formação de Esporos
  • 15. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 15 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Genética Bacteriana O genoma bacteriano é o conjunto total dos genes dos quais a bactéria é portadora. O cromossoma de uma bactéria típica consta de uma só molécula circular dupla de DNA que contem aproximadamente 5.000.000 pb. Cada genoma possui numerosos operões, que são constituídos por genes. Habitualmente nos eucariotas há mais do que uma cópia no genoma, mas por regra nas bactérias apenas existe uma cópia, logo são haplóides. As bactérias podem também conter elementos genéticos extra-cromossómicos, como é o caso dos plasmídeos e bacteriófagos; estes elementos são independentes do cromossoma bacteriano e podem na maior parte dos casos ser transmitidos a outra célula. Os promotores e operadores são sequências de nucleótidos que controlam a expressão de um gene que determinada a transcrição de mRNA. Os operões são grupos de um ou mais genes estruturais que se expressam a partir de um promotor específico e terminam num determinado finalizador de transcrição. Por isso os genes que codificam as enzimas envolvidas numa determinada via podem ser regulados de forma coordenada. Os operões possuem numerosos genes estruturais que são policistrónicos. Replicação do DNA A replicação do DNA bacteriano inicia-se numa sequência específica que se denomina OriC. Além de outras enzimas, as mais importantes são as helicases (capazes de desenrolar a duplas cadeia de DNA), a primase (capaz de sintetizar os primers) e a DNA polimerase. As novas cadeias de DNA são sintetizadas de uma forma semi-conversadora e utilizam como molde ambas as cadeias de DNA do cromossoma bacteriano. A síntese do novo DNA tem lugar na forquilha de replicação e num sentido bidireccional. Por fim é de extrema importância salientar o papel das topoisomerases que evitam o enrolamento excessivo das cadeias de DNA, e permitem que a replicação continue. Controlo da Transcrição Em primeiro lugar existe uma regulação da expressão genética que é muitas vezes uma resposta a um estímulo nutricional, o que leva a uma ruptura química no operador e permite a transcrição dos genes necessários. Em segundo lugar, a transcrição dos genes é regulada directamente por proteínas repressoras, que se unem aos operadores, como resposta a sinais exteriores ou interiores. Em terceiro lugar, a velocidade de síntese das proteínas pelo ribossoma pode regular o processo de transcrição nos procariotas, por um mecanismo de feedback negativo. A ausência de membrana nuclear permite ao ribossoma procariota unir-se ao mRNA enquanto este está a ser transcrito. Por outro lado existe uma regulação da transcrição, esta pode ser negativa ou positiva. No caso de ser negativa os genes apenas se expressam se a proteína repressora se desligar do seu operador, caso contrário é impossível à RNA polimerase ligar-se à cadeia para iniciar a transcrição. Por outro lado pode existir uma regulação positiva em que a expressão dos genes apenas á possível na presença de um proteína – apoinductor.
  • 16. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 16 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Mutações, Reparação e Recombinação Uma mutação define-se como qualquer alteração na sequência de bases do DNA, uma troca basta para que ocorra uma transição, em que uma purina é substituída por outra ou uma transversão, onde uma pirimidina por uma purina. Existem diversos tipos de mutação, apesar de já termos conhecimento delas, aqui fica uma revisão: - Mutação Silenciosa, é uma alteração do DNA que não provoca uma mudança na sequência de aminoácidos, isto apenas é possível devido à redundância do DNA, ou seja, um aminoácido é codificado por mais do que um codão; - Mutação Com Perda de Sentido (missense), comporta a inserção de um aminoácido diferente na proteína, no entanto quando o aminoácido possui propriedades idênticas ao que deveria ser correcto pode-se dizer que ocorreu uma mutação conservadora; - Mutação Sem Sentido (nonsense), aquela em que se substitui um codão que codifica uma aminoácido por um de finalização, o que leva a um terminar precoce da síntese da proteína; - Mutação de Alteração de Leitura (frameshift mutation), caracteriza-se pela alteração do código de leitura e habitualmente surge uma proteína truncada que leva a uma interrupção prematura da síntese da proteína; - Mutações Nulas, levam a uma completa destruição da função do gene, dá-se quando ocorre uma inserção ou delecção que além de alterar a sequência, altera a conformação do cromossoma; Mecanismos de Reparação do DNA Com a finalidade de minimizar os danos no DNA, as células bacterianas desenvolveram mecanismos de reparação, que se podem dividir em: - Reparação Directa do DNA, consiste em eliminar por intermédio de enzimas o dano; - Reparação por Excisão, procede à excisão da sequência lesada, e de seguida é sintetizada uma nova cadeia de DNA. Estes mecanismos podem ser divididos em reparação por excisão especializada ou generalizada; - Reparação Pós-Replicação, ou por recombinação, é possível recuperar a informação em falta mediante os processos de recombinação genética, este tipo de processo aplica-se a casos em que ambas as cadeias perderam a informação correcta; - Resposta SOS, caracteriza-se por induzir numerosos genes e fazer aparecer a lesão do DNA, o que pode levar à interrupção da sua replicação; - Reparação Propensa a Erro, é o último recurso com que a bactéria conta antes de morrer. Utiliza-se para preencher os espaços com uma sequência aleatória e que possa orientar o processo de replicação. Intercambio Genético nos Procariotas Muitas bactérias utilizam o seu DNA de forma promíscua. O intercâmbio de DNA entre as células permite trocar genes e características entre elas, o que pode ocasionalmente levar ao aparecimento de novas bactérias. Esta troca pode resultar na aquisição de uma característica vantajosa para o receptor, especialmente quando o DNA recebido codifica genes que lhe conferem resistência a determinados antibióticos. O DNA transferido pode ser incluído no cromossoma ou manter-se de forma estável como uma elemento extracromossómico (plasmídeo ou bacteriófago), que irá transmitir à sua descendência esta unidade de capacidade autónoma de replicação.
  • 17. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 17 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Os plasmídeos podem replicar-se de forma independente e por isso recebem muitas vezes o nome de replicões, sendo que alguns podem integrar-se no cromossoma do hospedeiro – episomas. Os plasmídeos de grandes dimensões podem mediar a sua própria transferência para outra célula através de um processo denominado conjugação. Estes plasmídeos codificam todos os factores necessários para a sua própria transferência, no entanto existem outros que plasmídeos que podem ser transferidos para outra célula por outros processos de conjugação – transformação e transdução. Os bacteriófagos são vírus bacterianos que podem sobreviver fora da sua célula hospedeira pois o seu genoma encontra-se protegido por uma cápsula proteica. Os bacteriófagos infectam as células bacterianas e replicam-se até um elevado número que leva à lise celular – infecção lítica. Por outro lado existe a possibilidade de o seu genoma ser integrado no genoma bacteriano e levar à sua morte – estado lisogénico. Os transposões são os únicos elementos genéticos moveis que podem transferir DNA de uma posição para outra dentro de uma mesma célula. Estes existem tanto em procariotas como em eucariotas. Os transposões mais simples são compostos por sequências de inserção e no seu comprimento possuem entre 150 a 1500 pb com repetições invertidas de 5 a 40 pb e a informação necessária mínima para a sua transferência. Os transposões mais complexos possuem ainda genes que lhes conferem características especiais, como é o caso de resistência a alguns antibióticos. Mecanismos de Transferência Genética Entre Células A troca de informação genética entre as células bacterianas pode ter lugar através de três mecanismos: - Conjugação, consiste numa transferência quase-sexual de informação genética entre uma bactéria (dadora) e outra (receptora); - Transformação, a qual provoca a aquisição de novos marcadores genéticos mediante a incorporação de DNA exógeno; - Transdução, este processo é caracterizado pela transferência de informação genética de uma bactéria para outra por meio de um bacteriófago. No interior da célula o transposão pode percorrer moléculas de DNA distintas. Curiosidade: A transformação foi o primeiro mecanismo descoberto de transferência genética em bactérias, através de uma experiencia realizada por Grifflth em 1928. Na conhecida experiencia em que ao inocular ratos com uma Fig. 4 - Genética Bacteriana - Transformação e Conjugação
  • 18. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 18 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano bactéria não virulenta e outra morta virulenta, as não virulentas adquiriram capacidade virulenta e levaram à morte do animal. Conjugação A conjugação produz uma transferência unidireccional de DNA desde a célula dadora (“macho”) até uma célula receptora (“fêmea”) através dos chamados pillis sexuais. Este comportamento é definido pela presença de um plasmídeo conjugativo que contem os elementos necessários para a sua própria transferência, como é o caso de formar pillis. Transdução A transferência genética por transdução é mediada por vírus bacterianos que captam fragmentos de DNA e os incluem no seu interior. Este genoma quando o bacteriófago infecta uma célula hospedeira é incorporado no cromossoma bacteriano. A transdução pode ser especializada, caso o fagos possua todos os genes necessários para o processo de transdução, ou generalizada, no caso de esta transferência ser mediada por outro agente, e não de forma autónoma pelo fago. Na generalidade as partículas de transdução devem conter uma maioria de DNA bacteriano e apenas uma pequena porção de DNA do fago. Recombinação Existem dois tipos de recombinação homóloga e não homologa. Por sua vez a recombinação homologa pode dividir-se em: - Recombinação Homologa Legítima, tem lugar em sequências de DNA estreitamente relacionadas e habitualmente substitui uma sequência por outra. Este processo requer a presença de um conjunto de enzimas denominadas rec; - Recombinação Homologo Ilegítima, contrariamente à anterior tem lugar em sequências distintas de DNA, e regra geral, produz inserções ou deleções. Este processo necessita da intervenção de enzimas especializadas como é o caso das existentes nos transposões e bacteriófagos lisogénicos. Fig. 5 - Genética Bacteriana - Transdução e Transposição
  • 19. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 19 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Antibióticos A palavras antibiótico deriva do latim anti + biotikós, que significa contra o que é respeitante à vida. Antimicrobiano - Substância natural ou sintética, com acção sistémica, capaz de inibir ou matar microrganismos (ex. desinfectante e antibióticos). Na área da microbiologia os antimicrobianos com mais relevância são os antibióticos que podem dividir-se em: bacterioestáticos e bactericidas. Estes podem ter funções de terapêutica, profilaxia (evitando a entrada ou desenvolver de microrganismos, apenas em casos excepcionais), epidemiologia e identificação (através do estudo da resistência/sensibilidade à substância). Bacterioestáticos - substâncias que inibem o crescimento dos microrganismos, não os destrói, mas impede a sua reprodução/bipartição. A concentração mais baixa desta substância que impede o seu crescimento denomina-se por concentração inibidora mínima (CIM); Bactericidas – substâncias que destroem activamente os microrganismos. A concentração mais baixa que destrói 99,9% dos microrganismos alvo denomina-se concentração bactericida mínima (CBM); Combinações Antibióticas – combinação de antibióticos que se pode usar para amplificar o espectro bacteriano no tratamento empírico ou no tratamento de infecções mistas; prevenir o aparecimento de organismos resistentes durante o tratamento; e obter um efeito bactericida sinérgico; Sinergismo Antibiótico – combinação de antibióticos que a actividade de um interfere com a do outro permitindo uma acção conjunta mais eficaz do que em separado; Antagonismo Antibiótico - combinação de antibióticos que fazem com a actividade de um interferia com a do outro e desse mudo a sua acção conjunta seja menor do que em separado; Espectro de Acção – alcance da actividade de uma substância contra os microrganismos. Um fármaco antibacteriano de espectro amplo pode inibir uma grande variedade de bactérias gram-positivas e gram-negativas, no entanto um fármaco de espectro reduzido apenas é activo contra determinado agentes patogénicos; β-lactamidases – enzima que hidrolisa qualquer anel β-lactâmico do grupo de antibióticos que inibem a síntese da parede celular, inactivando-os. Mecanismos de Acção Os antibióticos podem ter diversos meios de acção: - Inibição da Síntese Proteica, actuam ao nível dos ribossomas, sendo que as bactérias têm ribossomas diferentes dos humanos é possível usá-los sem interferir no normal funcionamento do organismo humano;
  • 20. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 20 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano - Inibição do Peptidoglicano, como é o caso da parede celular, como é exemplo a penicilina, que ao ser destruída permite que o nosso sistema imunitário destrua e controle os microrganismos. Os antibióticos com este mecanismo classificam-se de β-lactâmicos; - Inibição da Replicação e Síntese de DNA, actuam ao nível das enzimas que regulam e desempenham as funções de replicação; - Intervenção em Cadeias Metabólicas, impedem determinadas vias das quais o microrganismo depende para sobreviver, no entanto é importante que estas vias não existam no organismo humano; - Alteração da Permeabilidade da Membrana, que podem interferir com a aquisição de determinados substratos ou com uma maior facilidade da inclusão de alguns fármacos. Antibiótico Acção Inibição da Síntese da Parede Celular Penicilina Liga-se à PBP (Peniciline Bindingd Protein) e enzimas responsáveis pela síntese do peptidoglicanoCefalosporina Cefamicina Carbapenemos Monobactamos Vancomicina Inibe o alongar da cadeia de peptidoglicano Isoniazida Inibe a Síntese de Ácido Micólico Etionamida Etambutol Inibe a Síntese de Arabinogalactano Ciclosserina Inibe o alongar da cadeia de peptidoglicano Polimixina Inibe a Membrana Bacteriana Bacitracina Inibe a Membrana Citoplasmática da Bactéria e Transporta precursores de peptidoglicano Inibição da Sintese Proteica Aminoglicosídeo Provoca a libertação prematura da cadeias de péptidos aberrantes do ribossoma 30S Tetraciclina Bloqueia a elongação da cadeia polipeptídica no ribossoma 30S Oxazolidona Bloqueia o inicio da síntese proteica pelo ribossoma 50S Macrólido Bloqueia a elongação da cadeia polipeptídica no ribossoma 50SClindamicina Estreptograminas Inibição da Sintese dos Ácidos Nucleicos Quinolona Une-se à subunidade da Topoisomerase do DNA Rifampicina Bloqueia a transcrição pela RNA Polimerase DNA- Dependente Rifabutina Ruptura do DNA Bacteriano Metronidazol Destruição do DNA Alteração do Metabolismo Sulfonamidas Inibe a dihidropteroato sintetase e bloqueia a síntese de ácido fólico Dapsona Inibe a dihidropteroato sintetase Trimetoprim Inibe a dihidropteroato reductase e bloqueia a síntese de ácido fólico
  • 21. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 21 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Inibição da Síntese Proteica Estes antibióticos ao destruírem a parede celular fazem com que a pressão intracelular, que é de tal forma elevada quando comparada com a extracelular, leve à lise celular e à destruição do microrganismos. Com este mecanismo de acção podemos distinguir as seguintes famílias de antibióticos: • Antibióticos -lactâmicos • Glicopeptídeos • Bacitracina Inibição da Síntese Proteica Estas substâncias actuam ao nível do ribossoma bacteriano que é diferente do humano, e fazem com que não haja tradução do mRNA e desta forma não se produza proteínas. Sem a produção de proteínas é impossível à bactéria dividir-se ou produzir qualquer tipo de toxina ou factor de virulência. Distinguimos assim as seguintes famílias deste grupo: • Aminoglicosídeos • Tetraciclinas • Cloranfenicol • Macrólidos, Lincosamidas e Estreptograminas • Oxazolidinonas • Glicilciclinas Inibição da Síntese Ácidos Nucleicos Este mecanismo de acção permite que não haja replicação do DNA, evitando assim a divisão celular, mas também podem impedir a síntese de RNA e desta forma evitar o processo de produção proteica ou de outros compostos, como é o caso de alguns RNAs com funções metabólicas. Apresenta as seguintes famílias: • Quinolonas • Rifampicina • Metronidazol Intervenção ao nível das Cadeias Metabólicas Este mecanismo é um pouco mais complexo e actua ao nível das vias metabólicas, como é o caso da respiração celular ou fermentação; desta forma é possível privar os microrganismos de determinadas substâncias indispensáveis à sua sobrevivência. Neste grupo estão incluídas as seguintes famílias: • Sulfonamidas • Co-trimoxazol • Dapsona
  • 22. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 22 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Alterações na Membrana Celular Sendo a membrana celular um dos principais componentes de regulação do ambiente intracelular, ao interferirmos com esta é possível alterar as condições do mesmo. Como exemplo temos a alteração das concentrações intracelulares de determinados iões, com a alteração dos transportadores de membrana, e desta forma alterar a pressão osmótica e consequente lise celular. Características de Alguns Antibióticos Antibióticos -lactâmicos Este grupo pode ainda ser dividido, sendo que cada um pode ter características distintas e que lhes conferem uma certa especificidade: Penicilinas: Penicilinas (Fenoximetilpenicilina e Benzilpenicilina): a Benzilpenicilina foi a primeira penicilina descoberta, em 1928 por Alexander Fleming. Tem um espectro de acção no âmbito das bactérias gram-positivas e anaeróbias; Aminopenicilinas (Ampicilina e Amoxicilina): o seu uso está direccionado para Enterobacteriaceae, Enterococcu e Haemophilus; Carboxipenicilinas (Carbenicilina e Ticarcilina): são utilizadas tanto em bactéria gram- positivas como em gram-negativas. O seu espectro de acção incide sobre Pseudomonas e Bacteroides; Isoxazolilpenicilinas (Cloxacilina, Dicloxacilina e Flucloxacilina): são bastante eficazes pois estão protegidas da enzima que degrada as penicilinas, e desta forma escapa a um dos mecanismos mais usuais de resistência. Tem uma acção muito específica para Staphylococcus; Acilureidopenicilinas (Piperacilina, Mezlocilina e Azlocilina): são utilizadas tanto em bactéria gram-positivas como em gram-negativas. O seu espectro inclui bactérias gram- negativas e está direccionada para o combate a Enterobacteriaceae e Pseudomona. Cefalosporinas: Primeira Geração (Cefalotina, Cefradina, Cefalexina e Cefazolina): o seu espectro de acção apenas está direccionado para as bactérias gram-positivas; Anel β-lactâmico
  • 23. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 23 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Segunda Geração (Cefuroxima e Cefaclor): relativamente ao seu espectro de acção existe quase como que uma igualdade qualitativa no efeito sobre bactérias gram-positivas e negativas; Terceira Geração (Cefotaxima, Ceftriaxona, Ceftazidima, Cefixima e Ceftizoxima): nesta geração começa a existir um predomínio da acção sobre as bactérias gram-negativas, quase que deixam de ser eficazes perante infecções provocadas por bactérias gram-positivas; Quarta Geração (Cefepima e Cefpiroma): nesta última geração o espectro de acção é como que resultado de um aperfeiçoar das de 3ª geração, o que nos leva a um espectro com ainda mais especificidade para bactérias gram-negativas; Carbapenemos (Imipenem e Meropenem): possuem o espectro de acção mais alargado, sendo quase 100% eficaz em todas as bactérias; Nota: Apesar de serem a família com o espectro mais alargado, que inclui bactérias gram-positivas, gram-negativas e anaeróbios, são usadas apenas em casos excepcionais. O seu uso encontra-se reservado a situações onde ainda é desconhecido o agente causador da infecção, para que se evite criar resistência e ainda manter um equilíbrio saudável com a população indígena, que com o uso destes antibióticos se encontra em risco. Monobactamas (Aztreonam): o seu espectro de acção está direccionado para Enterobacteriaceae, não tão eficazmente para Pseudomonas, e sem acção sobre não anaeróbios e bactérias gram-positivas; Nota: Muitas bactérias possuem já enzimas, as -lactamases, que permitem ter resistência aos antibióticos da classe dos -lactâmicos, e como tal houve a necessidade de se criarem inibidores dessas enzimas: - Ácido Clavulânico - Tazobactama - Sulbactama Glicopéptidos (Destroem a Parede Celular): Fármacos Disponíveis: Vancomicina e Teicoplanina. Espectro de Acção: Bactérias Gram-Positivas. Mecanismos de Resistência: Alteração do Alvo Bacteriano e Diminuição da Permeabilidade Celular. Aminoglicosídeos (Inibem a Síntese Proteica): Fármacos Disponíveis: Gentamicina, Netilmicina, Tobramicina, Amicacina e Estreptomicina. Espectro de Acção: Enterobacteriaceae, Pseudomonas (Staphylococcus) e Não Streptococcus, Enterococcus, Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Diminuição da Permeabilidade da Membrana Celular, Alteração da Sub-Unidade 30S do Ribossoma e Produção de enzimas inactivadoras dos aminoglicosídeos. Nota: Sinergismo quando associados a antibióticos -lactâmicos, ou seja 1+1=3, ou seja, o seu efeito conjugado é maior do que se somarmos os seus efeitos separados.
  • 24. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 24 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Raramente se utilizam associações, no entanto na tuberculose usa-se sempre combinações de 3 ou mais. Tetraciclinas (Bacteriostáticos): Fármacos Disponíveis: Tetraciclina, Doxiciclina e Minociclina. Espectro de Acção: bactérias gram-positvos e gram-negativos, Haemophilus, Mycoplasma e Chlamydia. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo, diminuição da permeabilidade celular, efluxo activo. Cloranfenicol (Bacteriostáticos): Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas, Haemophilus, Mycoplasma, Chlamydia e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Produção de CAT – Cloranfenicol acetiltransferase. Nota: foi deixado de usar pois era tóxico para a medula óssea e provocava anemia. Macrólidos, Lincosamidas e Estreptograminas – MLS (Inibição da Sintese Proteica): Fármacos Disponíveis: Macrólidos (Eritromicina, Claritromicina, Azitromicina, Roxitromicina e Diritromicina), Lincosamidas (Lincomicina e Clindamicina) e Estreptograminas (Quinopristina /Dalfopristina). Espectro de Acção: Bactérias gram-positivas (excepto Enterococcus), Haemophilus, Mycoplasma, Chlamydia, Legionella e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo (metilação do ribossoma), inactivação enzimática e efluxo activo. Nota: esta família de antibióticos é usada com mais frequência nas infecções respiratórias. Quinolonas (Inibição da Síntese DNA): Fármacos Disponíveis: Ácido nalidíxico, Norfloxacina, Ofloxacina, Ciprofloxacina, Levofloxacina, Moxifloxacina… Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas e não anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração do alvo (topoisomerase ou girase do DNA) e diminuição da permeabilidade celular. Co-trimoxazol (Não é uma clase, mas promove Alteração das Vias Metabólicas): Espectro de Acção: bactérias gram-positivas e gram-negativas, não Pseudomonas, Enterococcus e Anaeróbios. Mecanismos de Resistência: Alteração das vias metabólicas. Resistência a Antibióticos A resistência antibiótica, resistência a antibióticos ou resistência antimicrobiana, é a capacidade dos microrganismos de resistir aos efeitos de um antibiótico ou antimicrobiano. Esta pode ser adquirida via: transformação, conjugação, transdução e mutação.
  • 25. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 25 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Em bactérias aparece a partir do momento que as pessoas utilizam antibióticos menos potentes fazendo então a selecção das bactérias mais fortes, sendo assim criada uma nova descendência bacteriológica resistente ao medicamento utilizado anteriormente. O uso indevido de antibióticos acarreta essa selecção. Mecanismos de Resistência Existem diversos mecanismos de resistência a antibióticos, no entanto muitas das bactérias acabam por desenvolver mais do que um mecanismo o que torna mais difícil o seu combate: 1. Inactivação ou Modificação Enzimática, através de alteração de alguns aminoácidos na sequência proteica evitam que haja uma ligação entre o agente e o alvo, ou isso faz-se como uma menor afinidade; 2. Alteração da Permeabilidade, este mecanismo é muito comum e faz com que fármacos que eram facilmente difundidos através da membrana deixem de o ser, ou o sejam de forma muito lenta e em baixas concentrações. Este processo pode dar-se pela alteração dos canais transportadores, que ao se dar uma mutação pontual numa das cadeias podem ocluir completamente o seu lúmen ou diminuir consideravelmente o diâmetro deste; também com estas mutações pode surgir a alteração de cargas no canal iónico e alterar assim a sua tolerância a determinadas substancias; 3. Efluxo Activo, no efluxo activo a substância continua a ser absorvida pelo microrganismos, no entanto desenvolvem-se mecanismos que o expulsão, geralmente por exocitose, e não permitem que este tenha efeito sobre o seu alvo; 4. Modificação do Alvo, sem dúvida um dos mecanismos mais conhecidos, uma mutação que altera a sequência que iria ser reconhecida pelo agente e desta forma evita que este se ligue; 5. Vias Metabólicas Alternativas, neste caso apesar de ter uma via metabólica inactivada, a bactéria continua a realizar esse mesmo processo, mas por outra via sobre a qual o nosso fármaco não tem qualquer efeito. Grande parte destes mecanismos de resistência devem-se a: • Mutações; • Produção de β-lactamidases (ex. penicilinases e cefalosporinases); • Diminuição da Permeabilidade Celular; • Aquisição de novas Sequências Genómicas por Transferência Horizontal.
  • 26. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 26 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Propriedades dos Vírus Vírus são elementos genéticos que se replicam em células e que têm uma fase extracelular infecciosa, não são seres vivos. Possuem uma absoluta dependência de um organismo vivo para a sua replicação, são por isso parasitas intracelulares obrigatórios. Possuem algumas características que lhes conferem o seu estatuto de não seres vivos: - Incapazes de produzir energia ou proteínas independentemente da célula hospedeira; - Genomas podem ser de RNA ou DNA, e nunca ambos; - Possuem cápsula nua ou com invólucro; - Os componentes virais são agrupados e não replicados por divisão; - Agentes filtráveis; - Parasitas intracelulares obrigatórios. Todas estas características fazem com que os vírus sofram algumas consequências: - Não são seres vivos; - Têm que ser infecciosos para persistirem; - Têm que ser capazes de utilizar o hospedeiro para produzir os seus componentes; - Têm que codificar processos que não possam ser fornecidos pela célula hospedeira; - Os componentes virais têm que se agrupar de forma autónoma. O vírus mais simples é composto por um genoma de ácido desoxirribonucleico (DNA) ou ácido ribonucleico (RNA) contido dentro de uma cápsula protectora de proteínas e, em alguns vírus, acrescida de uma membrana. Estrutura As unidades utilizadas na medição do tamanho dos vírus são os nanómetros. Sendo que o tamanho dos vírus clinicamente mais activos está na ordem dos 18 nm até aos 300 nm. Estes últimos são visíveis mediante o uso de um microscópio óptico, e o seu tamanho é aproximadamente o de uma célula de Staphylococcus. Os virióes de grande tamanho podem ter um genoma maior e capaz de codificar mais proteínas, e por isso, são regra geral, possuidores de uma estrutura e mecanismos mais complexos. Relativamente à sua estrutura os vírus podem ser diferenciados relativamente a diversas características: - Genoma, pode ser de DNA ou RNA, e deve conter a informação necessária para a formação, replicação e transmissão do vírus. O genoma pode estar contido numa única sequência ou ser composto por vários fragmento individuais, que na sua totalidade constituem o genoma funcional e estrutural do Fig. 6 - Estrutura e Morfologias dos Vírus
  • 27. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 27 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano vírus. O genoma pode estar envolto por uma cápsula ou com proteínas de fixação dos ácidos nucleicos associadas e formar uma nucleocápsula. O seu genoma pode ser: Fig. 7 - Genomas Virais - Cápsula, pode ser formada por uma ou mais proteínas e pode apresentar diferentes simetrias: - Simetria Icosaédrica, é mais estável termodinamicamente. Tem como função proteger o conteúdo viral no exterior do hospedeiro, no entanto tem que ser capaz de se desintegrar no interior da célula. Esta característica faz com que se possa designar a cápsula de meta-estável. Para que a cápsula se desintegre podem existir diversas interacções, como é o caso da baixa de pH e/ou a interacção entre as proteínas virais e a célula hospedeira. Este tipo de simetria faz com que haja uma restrição no tamanho e mobilidade do vírus; - Simetria Helicoidal, é constituída por uma cápsula em redor do genoma viral, apesar de conferir uma menor resistência permite uma fácil alteração no tamanho e mobilidade do vírus; A cápsula é responsável pelas interacções entre a particular viral e a célula hospedeira, sendo que muitas vezes a sua destruição leva à inactivação do vírus. Geralmente a cápsula é resistente à desidratação, aos ácidos e detergentes. - Invólucro, a existência ou não de invólucro leva a alterações na estabilidade dos vírus em determinados ambientes, sendo que se podem distinguir dois grandes grupos relativamente a esta característica: vírus nus ou vírus com invólucro. O invólucro é constituído por lípidos, proteínas e glicoproteínas. A sua estrutura membranosa apenas é estável em meios aquosos, logo é susceptível a ambientes desidratados ou ácidos, bem como a detergentes ou dissolventes. Fig. 10 - Estrutura dos Vírus (Vírus Nus à Direita e Vírus com Invólucro à Esquerda) Fig. 8 - Simetria Helicoidal Fig. 9 - Simetria Icosaédrica
  • 28. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 28 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Vírus com Cápsula A cápsula viral é produto de um aglomerar de proteínas que vão formando sucessivamente unidades de maior dimensão. Todos os componentes da cápsula possuem características que lhes permitem manter-se unidas e constituir esta unidade maior. As proteínas estruturais agrupam-se em subunidades, as quais se unem para formar os protómeros, depois capsómeros e por fim formam a pró-cápsula ou cápsula. As estruturas virais mais simples podem ter uma simetria helicoidal ou icosaédrica. Apenas há a salientar que na simetria icosaédrica a cápsula é formada por 12 capsómeros, sendo que cada um deles é constituído pela associação de cinco proteínas – pentona ou pentâmero. Podem ainda existir vírus que possuem subunidades constituídas por seis unidades – hexonas. Cada uma destas subunidades possui geralmente uma proteína de adesão viral (VAP), para que o vírus se possa unir a uma célula alvo especifica. Estrutura dos Vírus com Invólucro Componentes Membrana Lípidos Proteínas Glicoproteínas Propriedades É facilmente alterado nos seguintes factores ambientais: - Ácido -Detergentes - Desidratação - Calor Altera a sua membrana durante a replicação É libertado por gemulação e lise celular Consequências Deve permanecer num ambiente húmido No pode sobreviver no tubo digestivo Propaga-se mediante gotículas de grande tamanho, secreção, transplante de órgãos e transfusões de sangue Não necessita de destruir a célula para se propagar Para protecção e controlo adequados pode ser necessário anticorpos e uma resposta imunitária do tipo celular A hipersensibilidade e inflamação provocam imunopatogenicidade Fig. 11 - Formação da Cápsula Viral
  • 29. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 29 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Estrutura dos Vírus com Cápsula Componente Proteínas Propriedades É estável nos seguintes ambientes: - Temperatura - Acido - Proteases - Detergentes - Desidratação É libertado das células por lise Consequências Pode propagar-se facilmente Pode desidratar e conservar virulência Pode sobreviver em condições adversas do intestino Pode ser resistente aos detergentes e às água residuais mal processadas Os anticorpos podem ser suficientes para proporcionar imunoprotecção ao hospedeiro Vírus com Invólucro O invólucro dos vírus é formado por lípidos, proteínas e glicoproteínas; possuindo uma estrutura membranosa idêntica à das membranas celulares. A grande maioria das glicoproteínas actuam como proteínas de adesão viral (VAP), um dos exemplos são as hemaglutininas (HA). É importante salientar que todos os vírus que possuem RNA de senso negativo (RNA-) apresentam invólucro. Produção Viral A produção viral é composta por diversas fases com características diferentes. É necessário um período de inclusão, em que o vírus infecta a célula hospedeira, de seguida existe um período em que já existe a produção de partículas virais no entanto estas ainda não estão completas, nem são detectáveis – período de eclipse; por fim existe a fase de maturação em que as partículas virais se começam a desenvolver, no entanto ainda permanecem dentro da célula. Só após a lise ou exocitose destas partículas é que podem ser Fig. 12 - VAP - Hemaglutinina Fig. 13 - Relação Tempo/Parículas Virais durante a Infecção
  • 30. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 30 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano detectadas partículas virais fora da célula. Por outro lado existe ainda uma análise da produção viral face à produção de proteínas/enzimas. Logo após a infecção começam a produzir-se as primeiras enzimas que vão permitir todo o desenrolar do restante processo, de seguida dá-se a replicação do RNA/DNA, o que consequentemente leva á síntese de proteínas virais, por fim ocorre a libertação das partículas virais. Passando agora a ser mais especifico, cada uma das fases caracteriza-se por: - Fase Precoce, o vírus deve reconhecer a célula alvo apropriada, unir-se a ela, atravessar a sua membrana plasmática, ser capturado pela célula, libertar o seu genoma no citoplasma e se assim for preciso introduzi-lo no núcleo. - Fase Tardia, caracteriza-se pelo início da replicação do genoma e síntese de macromoléculas virais, prosseguindo com a aglomeração e libertação dos vírus; A perda do invólucro do genoma, que ocorre durante a fase precoce, faz com que o vírus perca a sua virulência e deixe de ser uma estrutura identificável. Neste período ocorre como que um eclipse e por isso é designado por período de eclipse. O período de latência é aquele em que não se detecta a presença do vírus no espaço extracelular, inclui o período de eclipse e termina com a libertação dos novos vírus. Podem surgir partículas infecciosas que devido a mutações ou a erros no processo de síntese e aglomeração não possuem virulência. Reconhecimento e União à Célula Alvo Em princípio o que determina quais são as células alvo a ser infectadas por um vírus é a união das proteínas de adesão viral ou das estruturas localizadas na superfície da cápsula do virião e dos receptores da célula. Os vírus que se unem a receptores expressos por células específicas podem estar limitados a certas espécies. É a célula alvo que define o tropismo tecidual. As VAP são glicoproteínas específicas dos vírus com invólucro. Penetração Muitas das interacções que têm lugar entre as proteínas de adesão dos vírus e os receptores celulares iniciam-se com a internalização dos vírus rumo ao interior da célula. O mecanismo de internalização depende da estrutura do virião e do tipo de célula. A maior parte dos vírus sem invólucro entram na célula por endocitose mediada por receptores ou por viropexia. A endocitose é um processo normal que utiliza a célula para a captação de moléculas unidas a receptores, como hormonas, lipoproteínas de baixa densidade e transferrina. Fig. 14 - Processo da Penetração do Vírus na Célula
  • 31. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 31 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Os picovírus e os papovavírus podem entrar na célula por viropexia. Por vezes perante a união do vírus à célula surgem estruturas hidrófobas das proteínas da cápsula que facilitam o deslizamento do vírus ou do seu genoma através da membrana – penetração directa. Os vírus com invólucro fundem as suas membranas com as membranas celulares e transferem assim o nucleocapsídeo ou o genoma directamente para o interior do citoplasma. Perca da Cobertura Uma vez internalizada, a nucleocápsula deve ligar-se ao local de replicação do interior da célula e eliminar a cápsula ou o invólucro. Com excepção dos poxvirus, o genoma dos vírus de DNA deve ser introduzido no núcleo; por sua vez a maior parte dos vírus de RNA permanece no citoplasma. O processo de perca da cobertura pode iniciar-se por uma união com o receptor ou ser facilitada pelo ambiente ácido ou pelas proteases presentes no endossoma ou lisossoma. Para permitir este processo, as cápsulas do picornavírus degradam-se como consequência da libertação da proteína VP4. Os vírus com invólucro podem fundir-se com as membranas e depois com a membrana celular para depositar o seu genoma directamente no núcleo. Síntese de Macromoléculas Uma vez no interior da célula o genoma deve dirigir a síntese de mRNA e das proteínas, e por fim replicar-se. O genoma carece de utilidade a menos que possa ser transcrito em mRNA funcionais capazes de fixar-se no ribossomas e ser traduzido em proteínas. O modo como cada vírus realiza este processo depende da estrutura do seu genoma e do sítio onde tem lugar a replicação. A maquinaria celular necessária para a transcrição e processamento de mRNA encontra-se no núcleo. Para a produção de mRNA, a maior parte dos vírus de DNA utiliza a polimerase RNA II dependente de DNA, assim como outras enzimas. O genoma livre dos vírus de DNA, assim como os vírus de RNA de senso positivo podem ser designados por ácidos nucleicos infecciosos. Inicialmente é transcrito o mRNA destinado às proteínas não estruturais – produtos genéticos precoces. Estes produtos incluem proteínas de união ao DNA e enzimas como as polimerases codificadas por vírus. Por sua vez mais tarde surgem os produtos víricos tardios que representam as proteínas estruturais. Visto que possuem estruturas e meios de acção distintos, os vírus de DNA e RNA controlam de formas diferentes o tempo e a intensidade da síntese de proteínas e genes dos vírus. Replicação dos Vírus A replicação do genoma de DNA necessita de uma polimerase de DNA dependente de DNA, outras enzimas e trifosfatos desoxiribonucleicos, em especial de timidina. A transcrição do genoma do vírus de DNA têm lugar no núcleo, com excepção dos poxvirus, onde utiliza as
  • 32. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 32 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano desoxirribonucleases, polimerases e outras enzimas da célula hospedeira para a síntese da mRNA viral. A transcrição é regulada pela interacção existente entre as proteínas específicas de união do DNA ao promotor e pelos elementos facilitadores presentes no genoma viral. O promotor e os elementos facilitadores dos vírus possuem sequências semelhantes às que se encontram na célula hospedeira, o que permite a união à célula dos factores de activação da transcrição e da polimerase de RNA dependente de DNA. Em alguns tecidos as células expressam as proteínas de união ao DNA necessárias para activar a transcrição dos genes virais, pelo que existe uma restrição ou limitação da replicação viral. As principais limitações da replicação dos vírus de DNA são a disponibilidade da polimerase de DNA e de desoxirribunocleótidos. A maior parte das células que se encontram na fase de repouso não sintetizam DNA devido à ausência de enzimas necessárias e às reservas limitadas de desoxitimidina. A replicação e a transcrição dos vírus de RNA são processos similares, sendo que por regra geral o genoma viral é composto por uma molécula de mRNA (RNA+) ou um modelo de mRNA (RNA-). Durante a replicação e transcrição forma-se uma molécula intermédia de replicação de RNA de dupla cadeia, que não se encontra geralmente nas células não infectadas. O genoma de vírus de RNA deve codificar as polimerases de RNA dependente de RNA (replicases e transcriptases), o que se deve ao facto de a célula não possuir um mecanismo próprio capaz de levar a cabo este processo. Tendo em conta que o RNA se degrada com relativa rapidez, a polimerase de RNA deve sintetizar ou estar activa pouco tempo depois da fase de perda da cápsula para poder regenerar novas moléculas de RNA viral. Assim sendo todas as RNA polimerase virais funcionam a um ritmo intenso, o que propicia um maior número de erros que poderão causar mutações. Os genomas virais de RNA de senso positivo actuam como mRNA unindo-se aos ribossomas e dirigem a síntese de proteínas. O RNA+ livre é capaz de sozinho iniciar a infecção. Depois de ter sido sintetizada a RNA polimerase viral é produzida uma cadeia modelo de RNA-. De seguida a cadeia modelo pode gerar outras moléculas de mRNA e replicar o genoma. Os genomas virais de RNA de senso negativo constituem os modelos para a síntese de mRNA. O genoma de RNA de cadeia de senso negativo não é infeccioso por si só, é preciso transportar uma polimerase viral juntamente com o genoma. Por outro lado é necessário sintetizar uma cadeia de RNA de senso positivo para servir de modelo para a síntese de RNA viral. Os reovírus possuem um genoma de RNA de cadeia dupla e processos de replicação e transcrição mais complexos. A polimerase de RNA dos reovírus formam parte do núcleo viral na face interna da cápsula. As unidades de mRNA são transcritas enquanto se encontram neste núcleo. As cadeias negativas dos segmentos de genoma são utilizadas como modelos do mRNA de modo semelhante ao que ocorre nos vírus de RNA-. Por sua vez a cadeia de RNA+ dos novos núcleos virais serve como modelo para o RNA-, e a polimerase do núcleo viral produz o novo RNA de dupla cadeia. Os aerovírus possuem um genoma circular de duplo sentido com sequências positivas adjacentes a sequencias negativas. Os genes mais precoces dos vírus são transcritos a partir da
  • 33. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 33 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano cadeia de sentido negativo do genoma, e os genes mais tardios a partir da molécula intermediária de comprimento completo. Apesar de os retrovírus contarem com um genoma de RNA de senso positivo não possuem meios para replicarem o seu RNA no citoplasma. Em lugar disso possuem moléculas de tRNA e uma transcriptase reversa. Por fim, os deltavírus possuem um genoma circular em forma de bastão e uma cadeia de RNA de cadeia simples que apresenta um alto grau de hibridação consigo mesmo. Como excepção, o genoma de RNA replica-se no núcleo mediado por uma polimerase de RNA II dependente de DNA da célula hospedeira. Uma porção do genoma forma uma estrutura de RNA denominada ribocima a qual ataca a molécula de RNA circular para produzir mRNA. Fig. 15 - Classificação dos Vírus, Tipos de Genoma e Replicação
  • 34. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 34 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Fig. 16 - Estrutura dos Vírus de DNA Classificação dos Vírus Segundo Baltimore Esta classificação pretende facilitar a divisão dos vírus consoante as sua características, nomeadamente o seu material genético: Grupo I – Vírus de DNA de Cadeia Dupla: 1. Herpesviridae – Herpes Simplex (HSV), Varicella Zoster (VZV), Citomegalovírus (CMV), Epstein-Barr (EBV); 2. Poxviridae – Varíola e Vaccinia; 3. Adenoviridae – Adenovírus; 4. Papovaviridae – Papillomavirus; Grupo II – Vírus de DNA de Cadeia Simples: 1. Parvoviridae – Vírus B19; Grupo III – Vírus de RNA de Cadeia Dupla: 1. Reoviridae – Reovírus e Rotavírus; Grupo IV – Vírus de RNA de Cadeia Simples, Senso Positivo: 1. Picornaviridae – Poliovírus, Rinovírus, Hepatite A (HAV) e Enterovírus; 2. Caliciviridae – Norwalk e Hepatite E (HEV); 3. Coronaviridae – SARS; 4. Togaviridae – Rubéola; 5. Flaviviridae – Dengue, Hepatite C (HCV), Hepatite G (HGV) e Febre Amarela; 6. Astroviridae – Astrovírus; Grupo V – Vírus de RNA de Cadeia Simples, Senso Negativo: Fig. 17 - Estrutura dos Vírus de DNA
  • 35. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 35 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano 1. Paramyxoviridae – Parainfluenza, Sarampo, Papeira e Vírus Respiratório Sincicial; 2. Orthomyxoviridae – Influenza; 3. Arenaviridae – Coriomeningite Linfocítica e Febre de Lassa; 4. Rhabdoviridae – Raiva; 5. Filoviridae – Ébola e Marburg 6. Bunyaviridae – Encefalite da Califórnia e Febre Hemorrágica; 7. Bornaviridae – Doença de Borna; Grupo VI – Vírus de RNA de Cadeia Simples, Senso Positivo, Diplóide, de Transcrição Reversa (com DNA como intermediário na formação das proteínas): 1. Retroviridae – HIV e Leucemia das Células T Humana (HTLV-1); Grupo VII – Vírus de DNA de Cadeia Dupla, Circular, de Transcrição Reversa (com um RNA intermediário na replicação): 1. Hepadnaviridae – Hepatite A (HAV) Síntese das Proteínas Virais Todos os vírus dependem de ribossomas, do tRNA e dos mecanismos de modificação pós-tradução da célula hospedeira para produzir as suas proteínas. A diferença do que ocorre no ribossoma bacteriano e no ribossoma eucariota consiste em grande parte no facto de o primeiro permitir a tradução de um mRNA policistrónico enquanto o segundo apenas permite produzir uma proteína continua. No caso dos vírus de RNA+, o genoma é lido e traduzido pelo ribossoma numa poliproteína gigante. Após isto a poliproteína é degradada por diversas proteases virais e celulares até formar proteínas funcionais. Os vírus utilizam diferentes tácticas para facilitar a tradução preferencial dos seus mRNA em prol do mRNA celular. Em muitos casos a concentração de mRNA viral é tão elevada Fig. 18 - Estrutura dos Vírus de RNA
  • 36. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 36 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano que ocupa todos os ribossomas existentes na célula, o que impede a tradução dos produtos celulares. Existem outros mecanismos mais complexos, como é o caso do adenovírus que bloqueia a saída do mRNA do núcleo. Outros como o vírus herpes inibe a síntese de macromoléculas celulares e induz a degradação do mRNA e DNA da célula. Algumas proteínas virais necessitam de modificações pós-tradução, como é o caso da fosforilação, glicolisação, acilação e sulfatação. A fosforilação pode ser conseguida por intermédip de proteínas cinases celulares ou virais e constitui um dos principais meios de activação ou inactivação das proteínas virais. É de salientar a existência de sequências na glicoproteínas virais que lhes permite serem incluídas tanto no retículo endoplasmático rugosos como a sua glicolização. Montagem A montagem de um virião ocorre de um modo análogo à de um quebra-cabeças tridimensional. O virião é formado a partir de unidades pré-fabricadas e de pequeno tamanho que rodeiam o genoma para formar uma entidade funcional. Cada parte do vírus possui unidades de reconhecimento que lhe permitem interagir com as outras estruturas para formarem o produto viral. Este processo inicia-se com a síntese das subunidades necessárias e quando a concentração celular de proteínas estruturais é suficiente para impulsionar este processo do ponto de vista termodinâmico ele pode-se iniciar e ser, ou não, ajudado por proteínas de suporte ou por outras que estão activas e libertam energia durante a proteólise. Como exemplo temos a excisão da proteína VPO que vai levar á libertação do péptido VP4, este por sua vez solidifica a cápsula. No caso de vírus com invólucro, as glicoproteínas virais sintetizadas e processadas atravessam a membrana por meio de transporte vesicular. A aquisição de invólucro produz-se depois da associação da nucleocápsula às regiões da membrana celular que contêm glicoproteínas virais – gemulação. Durante o processo de montagem os vírus podem produzir erros. Formam-se assim viriões vazios e outros contendo o genoma. Desta forma irá aumentar a relação partícula/vírus infeccioso, o que pode levar a que estas partículas que não são infecciosas ocupem a maquinaria de que o vírus necessita para se replicar normalmente e desta forma evitar a multiplicação viral propriamente dita, isto apenas é possível pois pode existir uma elevada concentração de partículas não infecciosas. Libertação Os vírus podem ser libertados das células por lise celular, por exocitose ou por gemulação a partir da membrana plasmática. Regra geral os vírus de cápsula nua são libertados após a lise celular, em contrapartida os vírus com invólucro fazem-nos através de gemulação a partir da membrana plasmática sem que ocorra a morte celular. Etapas da Replicação do Vírus Reconhecimento da Célula-Alvo União Penetração Perda do Invólucro Síntese de Macromoléculas: - Síntese de mRNA precoce e proteínas não estruturais; - Replicação do Genoma; - Síntese de mRNA tardio e proteínas estruturais; - Modificação pós-traducional das proteínas. Montagem do Vírus Gemulação dos Vírus com Invólucro Libertação dos Vírus
  • 37. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 37 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Estes dois processos são os mais eficientes para a libertação viral, sendo que no processo de gemulação os vírus primeiro associaçam-se às membrana da célula adquirindo o seu invólucro, e só depois são libertados por exocitose. Reiniciação do Ciclo de Replicação Regra geral os vírus libertados para o meio extracelular são responsáveis pela iniciação de novas infecções, mas por outro lado esta também se pode propagar por meio de pontes intercelulares, por fusão de uma célula com outra (induzida pelo vírus) ou por transmissão vertical. Genética Viral Os genomas virais sofrem com facilidade mutações espontâneas, o que acarreta o aparecer de novas estirpes virais ou com propriedades diferentes dos vírus progenitores ou vírus selvagens. Estas variantes podem ser identificadas por sequências de nucleótidos, diferentes antigénios ou diferenças nas suas propriedades estruturais ou funcionais. Grande parte das mutações não são nocivas para o vírus sendo que apenas aquelas que afectam genes essenciais podem resultar na sua inactivação, na generalidade todas as outras podem conduzir uma situação de vantagem selectiva, como é o caso da resistência a fármacos. Os erros na fase de replicação do genoma viral produzem numerosas mutações, o que é devido a uma baixa fidelidade da polimerase viral e da rápida velocidade com que ocorre a replicação do genoma. Para agravar esta situação os vírus não possuem mecanismos de correcção dos erros resultantes da replicação. As mutações que ocorrem nos genes essenciais são denominadas mutações letais, ao não ser capazes de se replicar são facilmente assimilados. As mutações podem produzir: - Mutantes em Placa, que diferem dos vírus do tipo selvagem no tamanho ou no aspecto da célula infectada; - Mutantes de Espectro de Anfitriões, diferem no tipo de tecido ou espécie de célula- alvo que podem infectar; - Imitantes Atenuados, são variações que causam infecções menos graves; - Mutantes Condicionados, como é o caso dos mutantes sensíveis à temperatura. Também podem surgir novas estirpes virais por meio de interacções entre os vírus ou entre os vírus e a célula. A troca genética intramolecular ocorre entre os vírus ou entre o vírus e o hospedeiro – recombinação. Os vírus com genomas segmentados formam estirpes híbridas quando uma célula é infectada por umas mais do que uma estirpe – reordenamento. As várias estirpes virais individuais ou mutantes são seleccionadas pela sua capacidade de utilizar a maquinaria das células do organismo hospedeiro e de suportar as condições do ambiente que os rodeia. Algumas das propriedades que regulam esta selecção encontra-se a velocidade de crescimento da célula-alvo e de expressão das proteínas necessárias ao vírus. Uma pequena vantagem selectiva pode facilmente levar a que uma estirpe passe a ser a predominante até que outra adquira propriedades mais favoráveis.
  • 38. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 38 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Vectores Virais para o Tratamento Os vírus manipulados geneticamente podem constituir excelentes sistemas de administração de genes estranhos. Os vírus podem ainda ser usados para realizar terapias de substituição de genes, como vacinas ou ainda como “assassinos” direccionados para determinados tumores. Geralmente os vectores virais são vírus defeituosos em que o seu factor de virulência foi substituído por um gene estranho, que pode estar sob o controlo do promotor viral ou de um específico para o tecido alvo. Estas terapias prometem inovar na medicina pois permitem integrar sequencias de genoma de interesse no DNA da célula alvo de uma forma eficiente que geralmente é feita com as sequencias virais pelos vírus.
  • 39. Faculdade de Medicina de Lisboa Tronco Comum II - Microbiologia Página 39 de 381 Mestrado Integrado em Medicina – 2º Ano Propriedades dos Fungos Os fungos representam um grupo ubíquo e diverso de microrganismos que se dedica principalmente à degradação de matéria orgânica. Os fungos co-habitam em quase todos os ecossistemas, o que é provado por algumas das suas características e manifestações: - São responsáveis pela biodegradação do meio ambiente; - São a principal causa das doenças em plantas; - Causam o apodrecimento dos alimentos; - Apesar de existir um elevado número de formas de fungos descritos, são menos de 100 as estripes que estão associadas a doenças humanas. Os fungos são heterotróficos e como tal podem ser: - Saprófitos, subsistem pela degradação da matéria morta ou em degradação; - Simbióticos, vivem em grupos e obtêm vantagens dessa associação; - Comensais, desenvolvem-se numa relação estreita em que um dos participantes da associação beneficia desta e o outro não é prejudicado nem beneficiado; - Parasitas, estabelecem-se no interior de um hospedeiro e dele obtêm benefícios sem causar qualquer vantagem para o hospedeiro, sendo que no caso de serem microrganismos patogénicos podem ser prejudiciais para o hospedeiro. É importante referir que os fungos não possuem uma elevada patogenecidade, são oportunista, ou seja, apenas causam infecção no caso do hospedeiro se encontrar num estado imunossuprimido. Os fungos são na sua maioria seres anaeróbios, não possuem membrana externa (gram-positivos). Uma das grandes diferenças entre bactérias e fungos é o facto de estes possuírem um tempo de geração muito prologado (horas), enquanto as bactérias apenas necessitam de minutos para de dividirem. Outra das grandes diferenças é que nos fungos as infecções são exógenas, com excepção da Candida spp. e Malassecia Furta. Estas características adquirem uma elevada importância a quando do pedido de um exame micológico, pois é necessário um tempo de incubação e características diferentes se estivermos perante uma patologia causada por um fungo. Taxonomia, Estrutura e Replicação Os fungos são classificados segundo um reino próprio, o reino dos Fungos. São microrganismos eucariotas que se distinguem dos outros eucariotas pela presença de uma parede rígida formada por quitina e glucano, e uma membrana celular em que o ergosterol substitui o colesterol como principal componente esteróide. A taxonomia dos fungos é baseada na sua morfologia e na forma de produção de esporos. Os fungos podem ser unicelulares ou pluricelulares. Relativamente à sua morfologia os fungos podem dividir-se em: