AULA 5 - CRESCIMENTO E REPRODUÇÃO BACTERIANA

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CRESCIMENTO E 
REPRODUÇÃO BACTERIANA
PROFª. ESP. ISABELA DE MORAES RODRIGUES
ENFERMEIRA - COREN/SP 512964
▪ Crescimento e reprodução bacteriana:
Assim como todos os seres vivos, as bactérias requerem uma fonte de energia para a
síntese de elementos estruturais. Os nutrientes essenciais responsáveis pelas reações que
produzem essas estruturas são: carbono (normalmente na forma de carboidratos),
nitrogênio (normalmente na forma de proteínas e nucleotídeos), ATP, água e diversos íons,
em especial o ferro.
A fim de que ocorra o crescimento bacteriano, é necessária a presença de quantidades
suficientes de nutrientes no meio, em especial aqueles que possam ser utilizados para a
síntese de DNA, já que a replicação do cromossomo bacteriano é um evento essencial
para a sobrevivência da célula.
Na sua maioria, as bactérias são organismos heterotróficos, uma vez que utilizam
compostos orgânicos diferentes do CO² como fonte de carbono. Além disso, são
consideradas quimiotróficas – precisam retirar do meio as substâncias orgânicas
necessárias ao seu desenvolvimento. Todas as bactérias patogênicas são, portanto,
quimio-heterotróficas, ou seja, além de usarem compostos orgânicos diferentes do CO²
como fonte de carbono, retiram do meio substâncias químicas para serem utilizadas como
fonte de energia.
Em um meio de cultura, é possível identificar todas essas fases do crescimento
bacteriano e determinar o tempo que uma bactéria leva para crescer, bem como avaliar os
efeitos de diferentes agentes antimicrobianos.
Nesta situação, podemos identificar quatro fases bem marcantes na dinâmica populacional
da espécie:
• Fase de retardo (ou lag): refere-se ao tempo que a bactéria leva para se adaptar ao meio.
• Fase exponencial (ou log): ocorre o aumento numérico das bactérias como consequência
da divisão celular e a redução dos nutrientes da cultura.
• Fase estacionária: as bactérias param de crescer por causa da falta de nutrientes (essa
carência de nutrientes é acompanhada pelo acúmulo gradual de substâncias tóxicas, que
tornam o meio impróprio para o crescimento bacteriano).
• Fase de declínio: acontece uma redução numérica da população bacteriana em decorrência
de sua morte.
▪ Metabolismo bacteriano:
O metabolismo bacteriano se faz necessário a fim de que ocorra a produção de energia para a
síntese de proteínas, estruturas citoplasmáticas, membrana plasmática e outras estruturas
essenciais à sobrevivência da bactéria.
Chamamos de catabolismo as reações que quebram um determinado substrato resultando na
formação de ATP (adenosina trifosfato), que será utilizado na síntese de diferentes compostos,
como a parede celular. O conjunto de reações que sintetiza novas estruturas, ou seja, constrói
elementos celulares, recebe o nome de anabolismo.
A presença de oxigênio no meio é um fator essencial ao hospedeiro, mas não à bactéria, ao se
tornar um elemento letal às bactérias anaeróbicas obrigatórias. Uma característica comum para
a maioria dessas bactérias é a capacidade de esporular, uma vez que elas são incapazes de
crescer na presença desse gás.
Um exemplo de bactérias anaeróbicas obrigatórias são as pertencentes ao gênero Clostridium.
No entanto, bactérias do gênero Mycobacterium têm o oxigênio como um elemento
indispensável ao seu crescimento, por isso são chamadas de aeróbicas obrigatórias. Porém, a
maioria das bactérias — inclui-se grande parte das bactérias patogênicas — pode crescer tanto
na presença como na ausência de oxigênio, mudando a sua forma de metabolizar os nutrientes
conforme a disponibilidade desse gás.
Essas bactérias, chamadas anaeróbicas facultativas, são as mais eficientes na produção de
energia, uma vez que conseguem se adaptar às concentrações de oxigênio do meio. A maioria
das bactérias de interesse médico é classificada como anaeróbica facultativa.
O metabolismo bacteriano inicia-se ainda no meio extracelular, onde são encontradas as
macromoléculas que serão utilizadas na produção de energia. Essas macromoléculas
precisam ser hidrolisadas por enzimas específicas e penetram na célula por intermédio de
transportadores específicos localizados na membrana plasmática.
Nessa situação, as proteínas são degradadas em aminoácidos, os polissacarídeos em
monossacarídeos – normalmente a glicose – e os lipídios em glicerol e ácidos graxos. Os
aminoácidos, a glicose e os ácidos graxos são, então, convertidos por diferentes vias em
piruvato (ácido pirúvico). Por meio da oxidação da molécula de piruvato, ocorrerá a síntese
de ATP ou, ainda, a utilização desse composto para a síntese de novas moléculas de
aminoácidos, lipídios, carboidratos e ácidos nucleicos – essenciais para a sobrevivência da
bactéria.
▪ Genética e reprodução bacteriana:
Como todo organismo vivo, as bactérias também possuem genes — sequências de nucleotídeos
que têm funções biológicas — responsáveis por expressarem características essenciais à
sobrevivência da bactéria.
O termo genoma se refere ao conjunto de genes de um determinado organismo. Esses genes
são responsáveis por conferir as peculiaridades do organismo, bem como por garantir a
realização das reações químicas necessárias para mantê-lo em um determinado ambiente. Em
uma bactéria, os genes estão organizados num único cromossomo circular, que fica localizado na
região nucleoide; é lá que encontramos o genoma bacteriano.
Fissão binária transversal
A divisão celular bacteriana é também conhecida por fissão binária transversal porque, para
que haja a formação das células-filhas, é necessária a produção de um septo que atravesse
a parede celular e separe as células-filhas formadas. Esse septo inicia sua formação no
meio da célula e cresce de lados opostos em direção ao centro da célula. Quando os dois
lados se encontrarem, existirá a separação total das duas células-filhas.
Porém, existem situações em que a separação não é total, ou seja, as células-filhas
permanecem ligadas, levando à formação de cadeias, como as observadas em colônias
de Streptococcus pneumoniae, e dos cachos visíveis em colônias de Staphylococcus
aureus.
As células bacterianas geradas pelo processo de fissão são geneticamente idênticas, e o
tempo que uma célula-mãe leva para originar as duas células-filhas é chamado de tempo
de geração.
▪ Aquisição da variabilidade genética:
Uma vez que o genoma bacteriano é muito menor do que o genoma de qualquer célula
eucarionte, as mutações nos genes bacterianos produzem alterações manifestadas pelas
bactérias.
Chamamos de mutação qualquer mudança na sequência original de nucleotídeos de um gene.
Nem toda mutação provoca alterações no produto gênico formado; em contrapartida, podem
ocorre alterações em apenas uma base nitrogenada, o que já provoca modificações no produto
gênico formado.
Embora as bactérias possam apresentar altas taxas de mutação, é comum a troca de
material genético entre elas. Esse intercâmbio gênico oferece para a bactéria uma série
de vantagens adaptativas, em especial, a aquisição de genes que codificam novas
toxinas e produtos de resistência a antibióticos.
As principais formas de aquisição desses novos genes envolvem a transferência de
genes plasmidiaise ainda vetores virais, também denominados bacteriófagos. Os
plasmídios são normalmente transferidos por meio de um processo conhecido como
conjugação, enquanto os bacteriófagos fazem a transferência de genes durante o
processo de infecção das células bacterianas.
As bactérias patogênicas apresentam mecanismos especiais para controlar a expressão
dos seus fatores de virulência. Os genes que codificam para toxinas bacterianas,
mecanismos de escape imunológico, resistência a antimicrobianos, penetração em célula
não fagocítica, dentre outros fatores, ficam concentrados em ilhas de patogenicidade. Na
presença de um estímulo ambiental, como mudança de temperatura ou pH e contato com
superfícies teciduais do hospedeiro, ativam esse conjunto de genes e permitem que a
bactériamanifeste sua patogenicidade e cause a doença.
Existem vários mecanismos que permitem essa aquisição de material genético, mas os
três principais são: a conjugação, a transformação e a transdução.
Conjugação
O processo de conjugação consiste na transferência unidirecional de DNA plasmidial –
mas de fita simples – de uma bactéria doadora para uma bactéria receptora. A passagem
desse DNA ocorre por meio da fímbria sexual, que está presente na bactéria doadora.
Para que a conjugação ocorra, a bactéria doadora precisa possuir um plasmídio
conjugativo (ou plasmídio F), que carrega todos os genes necessários a fim de que o
processo conjugativo, ou seja, a transferência do DNA em si, ocorra. Dentre os elementos
presentes no plasmídio F, podemos citar aqueles genes que vão expressar as proteínas
necessárias à construção das fímbrias sexuais.
Diferentes genes podem ser transmitidos por conjugação. Os mais comuns são os genes
de resistência a antibióticos e as colicinas – proteínas capazes de matar outras bactérias.
O que esses genes têm em comum? Todos vão conferir alguma vantagem seletiva à
bactéria receptora, permitindo que ela se adapte mais facilmente a uma situação adversa
do que aquela que não receber esses genes.
Algumas bactérias possuem plasmídios que só contêm genes de resistência a antibióticos
— os chamados fator R —, e as bactérias que os contêm recebem o nome de bactérias R
conjugativas, porque podem passar esse plasmídio para outras. Quando uma bactéria
receber o fator R por conjugação, ela se tornará resistente a múltiplos fármacos. São as
chamadas superbactérias.
Transformação
Chamamos de transformação o processo pelo qual uma bactéria incorpora fragmentos de DNA
do meio ambiente, tornando-se geneticamente modificada.
Na natureza, os eventos de transformação são raros e, ao contrário da conjugação, podem
ocorrer entre bactérias. São chamadas de bactérias competentes aquelas capazes de absorver
esse fragmento de DNA desnudo, ou seja, não associado a uma célula, presente no meio.
Ao ser absorvido, esse DNA “estranho” será recombinado com o DNA bacteriano, e a
bactéria pode expressar os produtos desse gene, quando necessário, e ainda passá-lo
aos seus descendentes pelo processo de fissão binária.
Transdução
A principal diferença da transdução para os dois processos descritos anteriormente é
o fato de que nesse mecanismo de transferência genética existe a participação de
um vetor de transferência, no caso, um bacteriófago, ou seja, um vírus bacteriano.
Quando um bacteriófago infectar uma célula bacteriana, ele recombinará o seu
material genético com o cromossomo bacteriano. À medida que o bacteriófago se
replica, ocorre a fragmentação do DNA bacteriano, que permanece ligado ao seu
material genético. Durante o processo de montagem do novo bacteriófago, esses
fragmentos de DNA bacteriano serão incorporados ao novo fago.
▪ Resistência bacteriana:
Os eventos descritos anteriormente permitem que a bactéria adquira novas características,
dentre elas a resistência aos antibióticos. Também são fatores que podem levar ao
desenvolvimento da resistência aos antimicrobianos, às mutações e transposições — que
alteram a sequência original dos nucleotídeos — e ao uso indiscriminado de antibióticos que
seleciona as bactérias mais fortes.
• Alteração da permeabilidade da membrana: para que o antibiótico atue, é preciso chegar até
o citoplasma bacteriano, onde se encontram as proteínas e as enzimas responsáveis pelo
metabolismo e pela fisiologia da bactéria. Para tanto, ele tem de atravessar a membrana e a
parede celular bacteriana. Alterações na composição química dessas estruturas impedem a
absorção do antibiótico e, consequentemente, sua ação.
• Inativação enzimática: as bactérias desenvolvem enzimas que alteram a estrutura do
antibiótico e impedem sua ação. A penicilinase é uma das principais enzimas descritas, cuja
atividade está relacionada à resistência aos antibióticos. As principais bactérias que
apresentam resistência à penicilina e seus derivados são capazes de expressar a
penicilinase.
• Bomba de efluxo: neste caso, as bactérias possuem genes que expressam uma proteína
de membrana capaz de expulsar da célula o antibiótico antes que ele se ligue ao sítio ativo.
• Mudança do sítio de ação: todo antibiótico se liga a uma região específica da molécula-
alvo. Essa ligação ocorre em sítios específicos em que há afinidade química entre o
antibiótico e a molécula-alvo. Para impedir a ligação do antibiótico, a bactéria altera a região
do sítio ativo da molécula-alvo, fazendo que o antibiótico não tenha como se ligar e, portanto,
não possa alterar o seu funcionamento.
Obrigada!