Bactéria

Bactérias são organismos unicelulares, procarióticos, que podem ser encontrados na forma isolada ou em colônias e pertencente ao reino Monera. São microorganismos constituídos por uma célula, sem núcleo celular nem organelos membranares.

Bactérias Cytrobacter freundii ao microscópio eléctronico

Descobertas por Anton van Leeuwenhoek em 1683, as bactérias foram incialmente classificadas entre as plantas; em 1894, Ernst Haeckel incluiu-as no reino Protista e actualmente as bactérias compõem um dos três domínios do sistema de classificação cladístico. Vulgarmente, utiliza-se o termo "bactéria" para designar também as archaebactérias, que actualmente constituem um domínio separado. As cianobactérias (as "algas azuis") são consideradas dentro do domínio Bactéria.

As bactérias são normalmente microscópicas ou submicroscópicas (detectáveis apenas ao microscópio electrônico), com dimensões máximas tipicamente da ordem dos 0,5 a 5 micrómetros. Uma excepção é uma bactéria (Epulopiscium fishelsoni) isolada no tubo digestivo de um peixe, com um comprimento compreendido em 0,2 e 0,7 mm.

O estudo dos diferentes microrganismos, tais como bactérias, fungos, vírus e parasitas, é da responsabilidade da Microbiologia.

História da bacteriologia

Antonie van Leeuwenhoek, a primeira pessoa a observar bactérias usando um microscópio.

Mais informações no artigo Microbiologia

A palavra bacterium foi introduzida pelo microbiologista alemão C.G. Ehrenberg, em 1828, que a foi buscar à língua grega, na qual βακτηριον significa "pequeno bastão" (em alusão às bactérias com essa forma). Louis Pasteur (1822-1895) e Robert Koch (1843-1910) foram os primeiros cientistas a descrever o papel das bactérias como vectores de várias doenças.

Como já foi referido, as bactérias foram inicialmente consideradas um grupo de plantas (no sentido da taxonomia de Lineu) e agrupadas com os fungos (na classe Schizomycetes) mas, mais tarde, foram agrupadas com outros organismos unicelulares, os Protista e, mais tarde, entre os procariotas. Com o advento das técnicas moleculares, em 1977, Carl Woese dividiu os procariotas em dois grupos, com base nas sequências “16S” do r-RNA, que chamou os reinos Eubacteria e Archaebacteria, mais tarde denominados Bacteria e Archaea. Alguns cientistas, no entanto, consideram que as diferenças genéticas entre aqueles dois grupos não justificam a divisão e que tanto as arquebactérias como os eucariontes provavelmente se originaram a partir de bactérias primitivas.

Morfologia

As bactérias classificam-se morfologicamente de acordo com a forma da célula e com o grau de agregação:

Quanto a forma

• Coco – de forma esférica ou subesférica (do género Coccus)
• Bacilo – em forma de bastonete (do género Bacillus)
• Vibrião – em forma de vírgula (do género Vibrio)
• Espirilo – de forma espiral/ondulada (do género Spirillum)
• Espiroqueta - em forma acentuada de espiral.

Quanto ao grau de agregação (formação de colônias)

Apenas os Bacilos e os cocos formam colônias.

• Diplococo - de forma esférica ou subesférica e agrupadas aos pares (do género Diplococcus)
• Estreptococos - assemelha-se a um "colar de cocos"
• Estafilococos - uma forma desorganizada de agrupamento
• Sarcina - de forma cúbica, formado por 4 ou 8 cocos simetricamente postos.

Estrutura celular

A estrutura da célula bacteriana é a de uma célula procariótica, sem organelos ligados à membrana celular, tais como mitocôndrias ou plastos, sem um núcleo rodeado por uma cariomembrana e sem DNA organizado em verdadeiros cromossomas, como os das células eucariotas.

Estrutura da célula bacteriana. A-Pili B-Ribossomas; C-Cápsula; D-Parede celular; E-Flagelo; F-Citoplasma; G-Vacúolo; H-Plasmídeo; I-Nucleído; J-Membrana celular

Estruturas da célula procariota:

1. O nucleóide não é um verdadeiro núcleo, já que não está delimitado do resto da célula por membrana lipídica própria. O nucleóide consiste em uma única grande molécula de DNA com proteínas associadas. O seu tamanho varia de espécie para espécie. Na Escherichia coli, uma bactéria típica, o genoma tem quase 5 milhões de pares de bases e vários milhares de genes codificando mais de 4000 proteínas (o genoma humano tem 3 mil milhões de pares de bases e cerca de 40.000 proteínas).
2. Os plasmídeos circulares são pequenas moléculas de DNA que coexistem com o nucleóide. São comummente trocadas na "reprodução sexual" entre bactérias. Os plasmideos têm genes, incluindo frequentemente aqueles que protegem a célula contra os antibióticos.
3. O hialoplasma é um liquido com contistência de gel, semelhante ao dos eucariotas, com sais, glicose e outros açúcares, proteínas funcionais e várias outras moleculas orgânicas. Contém também RNA da transcrição génica, e cerca de 20 mil ribossomas. Os ribossomas procariotas são bastante diferentes dos eucariotas (essas diferenças foram usadas para desenvolver antibióticos usados para só afectar os ribossomas das bactérias).
4. A membrana celular é uma dupla camada de fosfolípidos, com proteínas importantes (na permeabilidade a nutrientes e outras substâncias, defesa, e na cadeia respiratória e produção de energia).
5. A parede celular bacteriana é uma estrutura rígida que recobre a membrana citoplasmática e confere forma às bactérias. É uma estrutura complexa composta por peptidoglicanos, polímeros de carboidratos ligados a proteínas como a mureína, com funções protectoras. A parede celular é o alvo de muitos antibióticos. Ela contém em algumas espécies infecciosas a endotóxina lipopolissacarídeo (LPS) uma substância que leva a reacção excessiva do sistema imunitário, podendo causar morte no hóspede devido a choque séptico.
6. Algumas espécies de bactérias têm uma camada de polissacarídeos que protege contra desidratação e reconhecimento pelo sineide, chamada de cápsula.
7. Os pili são microfibrilhas proteicas que se estendem da parede celular em muitas espécies Gram-negativas. Têm funções de ancoramento da bactéria ao seu meio e são importantes na patogénese. Um tipo especial de pilus é o pilus sexual, estrutura oca que serve para ligar duas bactérias, de modo a trocarem plasmídeos. (Pilus vem do Latim, que significa pêlo, cabelo. Pili - Plural; Pilus - Singular)
8. O flagelo é uma estrutura proteica que roda como uma hélice. Muitas espécies de bactérias movem-se com o auxílio de flagelos. Os flagelos bacterianos são muito simples e completamente diferentes dos flagelos dos eucariotas (como, no homem, os dos espermatozóides).
9. Os vacúolos não são verdadeiors vacúolos já que não são delimitados por dupla membrana lipídica como os das plantas. São antes grânulos de substâncias de reserva, como açúcares complexos.
10. Algumas bactérias podem enquistar, formando um esporo, com um invólucro de polissacáridos mais espesso e ficando em estado de vida latente quando as condições ambientais foram desfavoráveis.

Metabolismo

As bactérias apresentam-se numa grande variedade de diferentes metabolismos:

• As bactérias autotróficas necessitam apenas de dióxido de carbono como fonte de carbono:
  • As fotoautotróficas obtêm a energia na forma de luz, para a fotossíntese;
  • As quimioautotróficas obtêm energia pela oxidação de compostos químicos;
• As heterotróficas dependem duma fonte orgânica de carbono.

Para além desta classificação, as bactéria podem distinguir-se com base na fonte de redutores que utilizam na sua respiração:

• as litotróficas usam compostos inorgânicos, tais como água, sulfureto de hidrogénio ou amónia; e
• as organotróficas usam compostos orgânicos, tais como açúcares ou ácidos orgânicos.

Estes diferentes tipos de metabolismo podem estar combinados num único microorganismo. Por exemplo, as cianobactérias são fotolitoautotróficas e aparentemente foram as pioneiras no uso da água como fonte de eléctrons. Muitas espécies podem mudar de forma metabólica, de acordo com as condições do meio ambiente.

Outros requisitos nutricionais das bactérias incluem nitrogênio, enxofre, fósforo, vitaminas e elementos metálicos como sódio, potássio, cálcio, magnésio, manganês, ferro, zinco, cobalto, cobre e níquel. Algumas espécies necessitam ainda de pequenas quantidades adicionais de elementos como selénio, tungsténio, vanádio ou boro.

No que diz respecito à sua reação ao oxigénio, a maioria das bactérias podem ser colocadas em três grupos:

• aeróbicos – que podem crescer apenas na presença de oxigénio;
• anaeróbicos – que podem crescer apenas na ausência de oxigénio; e
• anaeróbicos facultativos – que podem crescer tanto na presença como na ausência de oxigénio;.

Muitas bactérias vivem em ambientes que são considerados extremos para os outros seres vivos e são, por isso, denomimnadas extremófilas, como por exemplo:

• termófilas – vivem a altas temperaturas
• halófilas – que vivem em lugares com altas concentrações de sal
• acidófilas e alcalinófilos – vivem em ambientes ácidos e alcalinos, respectivamente
• psicrófilas – as bactérias que vivem nos glaciares (baixas temperaturas)

Crescimento e reprodução

Placa agar com colônias de bactérias

As bactérias podem se reproduzir com grande rapidez, dando origem a um número muito grande de descendentes em apenas algumas horas. A maioria delas reproduz-se assexuadamente , por cissiparidade, também chamada de divisão simples ou bipartição. Nesse caso, cada bactéria divide-se em duas outras bactérias geneticamente iguais, supondo-se que não ocorram mutações, isto é, alterações em seu material genético.

Em algumas espécies de bactérias pode ocorrer recombinação de material genético. É o caso da conjugação, fenômeno descoberto quando duas variedades geneticamente diferentes da bactéria Escherichia coli foram criadas juntas.

Nesse processo, duas bactérias geneticamente diferentes se unem por meio de pontes citoplásmaticas. Uma delas, a bactéria doadora, injeta parte do seu material genético na outra, a bactéria receptora. Então, as duas bactérias separam-se. No interior da bactéria receptora, ocorrem recombinações gênicas. Em seguida, essa bactéria reproduz-se assexuadamente por cissiparidade, dando origem a novas bactérias, portadoras de material genético recombinado.

A conjugação possibilita o aumento da variabilidade genética da população bacteriana, o que contribui para a sua adaptação a determinado ambiente.

Segundo MONOD: Em condições ideais de crescimento em cultivo Batch ou Batelada simples, (inóculo viável, fontes nutricionais, condições fisico-químicas, ausência de inibidores do crescimento) temos:

dX/dt = K. X onde K é uma constante ou : dX= µX. dt (considerando dt como intervalo infinitamente pequeno, há uma espectativa de biomassa (dX) proporcional a soma X de células presente no intervalo).

µ (veloc.específica de crescimento) = (1/X ). dX/dt (eq. 1)

µ = Expressa em h-1

Integrando a equação 1 temos: Ln X = Ln Xo + µ. t (eq. 2) onde Xo = biomassa no início. A eq. 2 pode ser escrita de forma exponencial também

X= Xo . e ^u.t(Eq. 3)

Genética

Plasmídeos e DNA bacteriano.

Ver também os artigos plasmídeo, genoma

A maioria das bactérias possui um único cromossomo circular. As bactérias, por serem organismos assexuados, herdam cópias idênticas do genes de suas progenitoras (ou seja, elas são clonais).

Algumas bactérias também transferem material genético entre as células. A transferência de genes é particularmente importante na resistência à antibióticos.

Movimento

Os diferentes arranjos dos flagelos bacterianos.

Maiores informações: Quimiotaxia, flagelo, pilus

As bactérias móveis deslocam-se, quer através da utilização de flagelos, quer deslizando sobre superfícies, ou ainda por alterações da sua flutuabilidade. As espiroquetas constituem um grupo único de bactérias que possuem estruturas semelhantes a flagelos designadas por filamentos axiais ligadas a dois pontos da membrana celular no espaço periplasmático, além de terem uma forma helicoidal que gira no meio para se movimentar.

Os flagelos bacterianos encontram-se organizados de diferentes formas: algumas bactérias possuem um único flagelo polar (numa extremidade da célula), enquanto outras possuem grupos de flagelos, quer numa extremidade, quer em toda a superfície da parede celular (bactérias “peritricosas”).

As bactérias podem mover-se por reacção a certos estímulos, um comportamento chamado “taxia” (também presentes nas plantas), como por exemplo, quimiotaxia, fototaxia, mecanotaxia e magnetotaxia (ver o artigo em italiano bactérias magnetotáxicas). Num grupo particular, as mixobactérias, as células individuais atraem-se quimicamente e formam pseudo-organismos amebóides que, para além de "rastejarem", podem formar frutificações.

Classificação e identificação

A classificação das bactérias mudou radicalmente nos últimos anos, de forma a refletir o conhecimento atual sobre filogenia, como resultado dos recentes avanços na sequenciação dos genes, na bioinformática e na biologia computacional.

Arvóre filogenética dos arqueus e eubactérias e comparação com eurcariotas

Originalmente as bactérias foram consideradas um grupo dos fungos, os Schizomycetes, com exceção das cianobactérias que eram consideradas "algas azuis". A descoberta da sua comum estrutura celular procariótica distinta de todos os outros organismos (os eucariontes), levou a serem tratados como um grupo separado, denominado sucessivamente Monera, Bacteria e Prokaryota. (Ver também Reino).

Em geral pensava-se que os eucariontes fossem descendentes dos procariontes mas, estudando o seu RNA, Carl Woese descobriu que os procariontes compreendiam dois grupos separados, a que ele chamou Eubacteria e Archaebacteria mas que, mais tarde, ele próprio renomeou de Bacteria e Archaea. Woese argumentou que estes dois grupos, em conjunto com os eucariotas, formam domínios separados com origem e evolução separadas a partir de um organismo primordial.

Desta forma, as bactérias poderiam ser divididas em vários reinos, mas normalmente são tratadas como um único reino, dividido em filos ou divisões. São geralmente consideradas um grupo monofilético, mas esta noção tem sido contestada por alguns autores.

Identificação laboratorial

1. Recolha de amostras: faz-se pela recolha de amostras a partir dos tecidos ou secreções infectadas do doente. Assim, numa enterite usam-se amostras fecais, numa pneumonia expectoração, em órgãos internos biópsia e em muitas amostras de sangue.
2. As amostras são cultivadas em placas de Petri (placas de vidro) com os nutrientes e factores necessários ao seu crescimento.
3. São retiradas colónias bacterianas e espalhadas numa lâmina, onde são fixadas e coloridas (por exemplo com a técnica de Gram ou a técnica de Ziehl-Neelsen).
4. São observadas ao microscópio óptico, e identificadas pela morfologia e coloração Gram.
5. O tipo de colônia pode sugerir o organismo em questão: de uma forma geral, os bacilos gram negativos apresentam colônias brilhantes, úmidas ou cremosas; os estafilococos apresentam colônias médias opacas e os estreptococos colônias pequenas e opacas (podendo ser hemolíticas ou não, quando são cultivadas em ágar sangue de carneiro 5%)
6. Se persistem dúvidas são usados testes bioquimicos.
7. São efectuados testes de crescimento na presença de antibióticos (teste de sensibilidade aos antibióticos).

Classificação Gram

Gram positive and negative cell wall structure

Streptococcus mutans visualizado em coloração de Gram. Por estar azul, é classificada como Gram-positiva.

Ver artigo principal: Técnica de Gram

Quando a parede tem uma camada espessa de peptidoglicanos, a célula tinge de cor púrpura ou azul quando fixada com violeta-cristal, uma preparação conhecida como técnica de Gram (do nome do cientista Hans Christian Gram, que inventou esta técnica), e denominam-se bactérias "Gram-positivas".

Outras bactérias possuem uma parede celular dupla, em que a interna é uma fina camada de peptidoglicanos, enquanto que a exterior é formada por carboidratos, fosfolipídios e proteínas. Estas bactérias tingem de vermelho com a técnica de Gram, e denominam-se bactérias "Gram-negativas".

Muitos antibióticos, incluindo a penicilina e seus derivados, atacam especificamente a parede celular das bactérias Gram-positivas, inibindo as enzimas transpeptidase e carboxipeptidase, responsáveis pela síntese dos peptidoglicanos.

Importância das bactérias

Colónia de Streptococcus uma das espécies patogénicas mais frequentes

Os vários tipos de bactérias podem ser prejudiciais ou úteis para o meio ambiente e para os seres vivos. O papel das bactérias na saúde, como agentes infecciosos, é bem conhecido: o tétano, a febre tifóide, a pneumonia, a sífilis, a cólera e tuberculose são apenas alguns exemplos. Nas plantas, as bactérias podem também causar doenças. O modo de infecção inclui o contacto directo com material infectado, pelo ar, comida, água e por insectos. A maior parte das infecções pode ser tratada com antibióticos e as medidas anti-sépticas podem evitar muitas infecções bacterianas, por exemplo, fervendo a água antes de tomar, lavar alimentos frescos ou passar álcool numa ferida. A esterilização dos instrumentos cirúrgicos ou dentários é feita para os livrar de qualquer agente patogénico.

No entanto, muitas bactérias são simbiontes do organismo humano e de outros animais como, por exemplo, as que vivem no intestino ajudando na digestão e evitando a proliferação de micróbios patogénicos.

No solo existem muitos microorganismos que trabalham na transformação dos compostos de nitrogénio em formas que possam ser utilizadas pelas plantas e muitos são bactérias que vivem na rizosfera (a zona que inclui a superfície da raiz e o solo que a ela adere). Algumas destas bactérias – as nitrobactérias - podem usar o nitrogénio do ar e convertê-lo em compostos úteis para as plantas, um processo denominado fixação do nitrogénio. A capacidade das bactérias para degradar uma grande variedade de compostos orgânicos é muito importante e existem grupos especializados de microorganismos que trabalham na mineralização de classes específicas de compostos como, por exemplo, a decomposição da celulose, que é um dos mais abundantes constituintes das plantas e difícil de degradar.

Existem ainda várias espécies de bactérias usadas na preparação de comidas ou bebidas fermentadas, incluindo queijos, pickles, molho de soja, sauerkraut (ou chucrute), vinagre, vinho e iogurte. Com técnicas da biotecnologia foram já “criadas” bactérias capazes de produzir drogas terapêuticas, como a insulina e para a biodegradação de lixos tóxicos, incluindo derrames de hidrocarbonetos.

As bactérias decompositoras atuam na decomposição do lixo, sendo essenciais para tal tarefa.

Curiosidades

• As doenças provocadas por bactérias são, geralmente, mais graves que as provocadas por vírus.
• Em termos de evolução, as bactérias parecem ser dos organismos mais antigos, com registos fósseis de há 3,7 biliões de anos.

• Segundo a Teoria da Endossimbiose, dois organelos celulares, as mitocôndrias e os cloroplastos teriam derivado de uma bactéria endosimbionte, provavelmente autotrófica, antepassada das actuais cianobactérias.

• Podem enquistar, ou seja, rodear-se de uma parede celular especial que as protege e ficar em estado de vida latente até que as condições ambientais voltem a ser favoráveis; nessa forma, elas podem viver na poeira da nossa casa e ser transportadas por correntes de ar e, dessa maneira, infectar um ser vivo que respire esse ar.

• O corpo humano contém normalmente bilhões de microorganismos, quer na pele, debaixo das unhas, na boca, nariz, intestino e noutras cavidades do nosso corpo; porém, elas são normalmente impedidas de crescer nos olhos pelo líquido lacrimal.

• Existem bactérias que fabricam cristais de magnetita (Fe3O4) ou greigita (Fe3S4), materiais com propriedades magnéticas, e orientam seus movimentos pelo campo magnético terrestre.
• As bactérias são os organismos mais bem sucedidos do planeta. A quantidade de bactérias em nosso corpo, principalmente no trato intestinal, pele e cavidades, é muito superior ao número de células do mesmo, e o mais preocupante, só se conhecem cerca de 50% delas.

Ver também

• Cultura bacteriana
• Técnica de Gram
• Técnica de Ziehl-Neelsen
• Análise bioquimica de bactérias
• Teste de sensibilidade aos antibióticos

Referências

• Parte deste texto provém de um artigo publicado pela Nupedia, da autoria de Nagina Parmar.
• Alcamo, I. Edward. Fundamentals of Microbiology. 5th ed. Menlo Park, California: Benjamin Cumming, 1997.
• Atlas, Ronald M. Principles of Microbiology. St. Louis, Missouri: Mosby, 1995.
• Holt, John.G. Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. 9th ed. Baltimore, Maryland: Williams and Wilkins, 1994.
• Stanier, R.Y., J. L. Ingraham, M. L. Wheelis, and P. R. Painter. General Microbiology. 5th ed. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 1986.

Ligações externas

Em inglês

• Impact of Culture-Independent Studies on the Emerging Phylogenetic View of Bacterial Diversity, Journal of Bacteriology

• Página do grupo de Biomoléculas e Biominerais do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas