GENÉTICA BACTERIANA

Bactérias (do grego bakteria, bastão) são organismos unicelulares, procariontes (não possuem envoltório nuclear, nem organelas membranosas). Podem ser encontrados na forma isolada ou em colônias e pertencem ao Domínio homônimo Bacteria. Podem viver na presença de ar (aeróbias), na ausência de ar (anaeróbias), ou ainda serem anaeróbias facultativas.

As bactérias são um dos organismos mais antigos, com evidência encontrada em rochas de 3,8 bilhões de anos.

Segundo a Teoria da Endossimbiose, dois organelos celulares, as mitocôndrias e os cloroplasto teriam derivado de uma bactéria endossimbionte, provavelmente autotrófica, antepassada das atuais cianobactérias.

As bactérias são geralmente microscópicas ou submicroscópicas (detectáveis apenas com uso de um microscópio eletrônico). Suas dimensões variam de 0,5 a 5 micrómetros. Epulopiscium fishelsoni isolada no tubo digestivo de um peixe, com um comprimento compreendido em 0,2 e 0,7 mm e Thiomargarita namibiensis, isolada de sedimentos oceânicos, que atinge até 0,75 mm de comprimento. Excepções são as bactérias

Bactérias são os organismos mais bem sucedidos do planeta em relação ao número de indivíduos. A quantidade de bactérias no intestino de uma pessoa é superior ao número total de células humanas no corpo dela, por exemplo. 

Descoberta dos micro-organismos

As bactérias foram descobertas por Antoni van Leeuwenhoek em 1683. Leeuwenhoek era um negociante holandês que tinha como passatempo polir lentes e construir microscópios. Com um desses aparelhos ele observou resíduos retirados de seus próprios dentes e, para sua surpresa, viu seres minúsculos em forma de bastonetes. Ele também observou seres microscópicos semelhantes em muitos outros materiais (água parada, gota de água sobre plantas etc.). Em suas descrições, ele refere-se a esses seres microscópicos como "animálculos", que significa pequenos animais.

 

História da bacteriologia

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). Porém, esses seres microscópicos somente passaram a despertar o interesse dos cientistas no final do século XIX. Louis Pasteur e Robert Koch foram os primeiros cientistas a descrever o papel das bactérias como vectores de várias doenças. O médico alemão Robert Koch1877 a bactéria causadora de uma doença do gado, o antraz. Então, a noção de que as bactérias podiam causar doenças foi sendo lentamente aceita, com a demonstração da origem bacteriana de diversas doenças humanas, como a gonorréia, tifo, lepra etc. Hoje, sabe-se que apenas uma minoria de bactérias é patogênica.  

 

Estrutura celular

A célula bacteriana, por ser procariótica, não possui organelos membranares nem DNAcromossomas, como os das células eucariotas. organizado em verdadeiros

Estruturas da célula procariota:

1. Os pili são microfibrilas 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.
2. Os plasmídeos são pequenas moléculas de DNA circular que coexistem com o nucleóide. São comumente trocados na conjugação bacteriana. Os plasmídeos têm genes, incluindo frequentemente aqueles que protegem a célula contra os antibióticos.
3. Há cerca de 20 mil ribossomos em um citoplasma bacteriano. Os ribossomos procariotas são diferentes dos eucariotas e essas diferenças foram usadas para desenvolver antibióticos que só afectam os ribossomos bacterianos.
4. O citoplasma é preenchido pelo hialoplasma, um líquido com consistência de gel, semelhante ao dos eucariotas, com sais, glicose e outros açúcares, RNA, proteínas funcionais e várias outras moléculas orgânicas.
5. A membrana celular é uma dupla camada de fosfolípidos, com proteínas imersas.
6. 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. É alvo de muitos antibióticos, incluindo a penicilina e seus derivados, que inibem as enzimastranspeptidase e carboxipeptidase, responsáveis pela síntese dos peptidoglicanos. Contém em espécies infecciosas a endotoxina lipopolissacarídeo (LPS).
7. Algumas espécies de bactérias têm uma camada de polissacarídeos que protege contra desidratação, fagocitose e ataque de bacteriófagos, chamada de cápsula.
8. O nucleóide consiste em uma única grande molécula de DNA com proteínas associadas, sem delimitação por membrana - portanto, não é um verdadeiro núcleo. O seu tamanho varia de espécie para espécie.
9. 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 completamente diferentes dos flagelos dos eucariotas.

Além dessas estruturas há também:

• Vacúolos bacterianos: não são verdadeiros vacúolos, já que não são delimitados por dupla membrana lipídica como os das plantas. São antes grânulos de substâncias de reserva, como açúcares complexos.
• Algumas bactérias podem enquistar, formando um esporo, com um invólucro de polissacáridos mais espesso e ficando em estado de vida latente enquanto as condições ambientais forem desfavoráveis.

 

Identificação laboratorial

1. Coleta de amostras: é a primeira etapa para o isolamento e identificação. Varia conforme a fonte da amostra ou habitat da bactéria. Uma coleta de amostra de um rio para análise de coliformes terá metodologia diferente daquela feita a partir dos tecidos ou secreções infectadas de um doente e assim por diante.
2. Cultivo: as amostras podem ser cultivadas em meios de enriquecimento ou não antes de serem transferidas para placas de Petri com o meio de cultura apropriado. Podem ser empregados meios de cultura seletivos para determinados grupos metabólicos de bactérias.
3. Identificação: vários métodos podem ser empregados para identificar espécies ou outros grupos bacterianos. Tais métodos muitas vezes são usados ao mesmo tempo e costumam ser empregados em colónias bacterianas previamente isoladas. O tipo de colônia já 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%).
   • Técnicas de coloração: na técnica de Gram ou na técnica de Ziehl-Neelsen, colônias bacterianas são espalhadas numa lâmina, onde são fixadas e coloridas. Em seguida, as bactérias são observadas ao microscópio óptico e identificadas pela morfologia e coloração.
   • Testes bioquímicos: diferentes meios seletivos e podem ser empregados para avaliar a capacidade de ou a diferença na metabolização de certas substâncias por bactérias. A sensibilidade a diversos fatores também pode ser avaliada, assim como teste de sensibilidade aos antibióticos.
   • Análises moleculares como a reação em cadeia da polimerase também podem ser usadas para identificação bacteriana, mesmo sem isolamento de colônia.

    

   Crescimento e reprodução

   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, como descrito abaixo.

   Transferência de material genético

   A maioria das bactérias possui uma única cadeia de DNA 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. A resistência a antibióticos acontece devido à "colocação" de um plasmídio cuja expressão confere essa resistência ao antibiótico.
   A maioria das bactérias não apresenta reprodução sexuada, mas podem ocorrer misturas de genes entre indivíduos diferentes, o que é chamado de recombinação genética. Esse processo leva à formação de novos indivíduos com características genéticas diferentes, resultando na mistura de material genético. Uma bactéria pode adquirir genes de outra bactéria e misturá-los aos seus de três maneiras diversas:
     
   Transformação bacteriana

   Ocorre pela absorção de moléculas ou fragmentos de moléculas de DNA que estejam dispostas no ambiente, proveniente de bactérias mortas e decompostas; a célula bacteriana transformada passa a apresentar novas características hereditárias, condicionadas pelo DNA incorporado. Este não precisa ser de bactérias da mesma espécie; em princípio, qualquer tipo de DNA pode ser capturado se as condições forem adequadas. Entretanto, um DNA capturado só será introduzido no cromossomo bacteriano se for semelhante ao DNA da bactéria receptora.

   Transdução bacteriana

   Consiste na transferência indireta de segmentos de moléculas de DNA de uma bactéria para outra. Isso ocorre porque, ao formarem-se no interior das células hospedeiras, os bacteriófagoscromossomo os genes recebidos do fago. Se este não destruir a bactéria, ela pode multiplicar-se e originar uma linhagem "transduzida" com novas características, adquiridas de outras bactérias via fago. 

   Conjugação bacteriana

   Consiste na transferência de DNA diretamente de uma bactéria doadora para uma receptora através de um tubo de proteínapêlo sexual ou pilus, que conecta o citoplasma de duas bactérias. Os pili estão presentes apenas em bactérias F⁺, ou seja, bactérias portadoras de um plasmídio denominado F (de fertilidade), e essas são as doadoras de DNA. As que não possuem o plasmídio F atuam como receptoras, sendo chamadas de F^-. O DNA transferido neste processo é quase sempre o plasmídio F e algumas vezes, um pequeno pedaço de DNA cromossômico une-se ao plasmídio e é transferido junto com ele. Na bactéria receptora pode ocorrer recombinação genética entre o cromossomo e o fragmento de DNA unido ao plasmídio F recebido. Assim, a conjugação possibilita o aumento da variabilidade genética na população bacteriana. denominado

   Importância das bactérias

   Os vários tipos de bactérias podem ser prejudiciais ou úteis para o meio ambiente e para os seres vivos. Com técnicas da biotecnologia já foram desenvolvidas bactérias capazes de produzir drogas terapêuticas, como a insulina.

    

    Na indústria de alimentos

   Existem várias espécies de bactérias usadas na preparação de comidas ou bebidas fermentadas, incluindo as láticas para queijos, iogurte, vinho, salsicha, frios,^[7] pickles, chucrute (sauerkraut em alemão), azeitona,^[8] molho de soja, leite fermentado e as acéticas utilizadas para produzir vinagres.^[9]
   
   

   Na saúde humana

   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. 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.

   Na ecologia

   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 micro-organismos 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. Nas plantas, as bactérias podem também causar doenças.
   As bactérias decompositoras atuam na decomposição do lixo, sendo essenciais para tal tarefa. Também podem ser utilizadas para biorremediação atuando na biodegradaçãotóxicos, incluindo derrames de hidrocarbonetos. de lixos

   Na indústria farmacêutica: produção de hormônio

   Em 1977, obteve pela primeira vez a síntese de uma proteína humana por uma bactéria transformada. Um segmento de DNA com 60 pares de nucleotídeos, contendo o código para síntese de somatostatina (um hormônio composto de 14 aminoácidos) foi ligado a um plasmídio e introduzido em uma bactéria, a partir da qual foram obtidos clones capazes de produzir somatostatina.
   A insulina foi a primeira proteína humana produzida por engenharia genética em células de bactérias e aprovada para uso em pessoas. Até então, a fonte desse hormônio para tratamento de diabéticos eram os pâncreas de bois e porcos, obtidos em matadouros. Apesar de a insulina desses animais ser muito semelhante à humana, ela causa problemas alérgicos em algumas pessoas diabéticas que utilizavam o medicamento. A insulina produzida em bactérias transformadas, por outro lado, é idêntica à do pâncreas humano e não causa alergia, devendo substituir definitivamente a insulina animal.
   O hormônio do crescimento, a somatotrofina, foi produzido pela primeira vez em bactérias em 1979, mas a versão comercial só foi liberada em 1985, após ter sido submetida a inúmeros testes que mostraram sua eficácia. O hormônio de crescimento é produzido pela hipófise, na sua ausência ou em quantidades muito baixa, a criança não se desenvolve adequadamente. Até pouco tempo atrás, a única opção para crianças que nasciam com deficiência hipofisária somatotrofina era tratamento com hormônio extraído de cadáveres. Agora esse hormônio é produzido por técnicas de engenharia genética.