Blog de Biologia CMPA 201 2020: Material sobre bactérias

As bactérias são os seres vivos mais antigos da Terra e pode se dizer, também, que sejam as criaturas mais importantes para o surgimento da biodiversidade terrestre. Por serem os primeiros seres fotossintetizantes, tornaram a atmosfera rica em oxigênio; ao serem fagocitados por células eucariontes, deram origem às mitocôndrias; e, é claro, são o mais próximo do provável ancestral comum de todos os seres vivos encontrados na Terra.

O estudo das bactérias surgiu como uma busca pela compreensão das doenças microbianas. O entendimento das bactérias como a causa de uma série de doenças aparece primeiro no século XIX com os estudos de Robert Koch, considerado o "pai da biologia". Ainda no mesmo século, Louis Pasteur, além de demonstrar a teoria abiogenista como equivocada, apresentou técnicas para a preparação de vacinas para bactérias e vírus com base nas descobertas que Edward Jenner havia feito no século anterior. A descoberta da penicilina em 1928 por Alexander Fleming seria um grande divisor de águas pois daria origem ao desenvolvimento dos antibióticos, que passariam a ser amplamente disponibilizados a partir da segunda guerra mundial, tornariam (pelo menos nos países desenvolvidos) as doenças bacterianas, antes quase sentenças de morte na maioria dos casos, em enfermidades que poderiam ser tratadas com apenas alguns comprimidos.

Este otimismo, no entanto, se encontra em risco nos dias de hoje, pois, com o uso intensivo de antibióticos, principalmente na criação de gado, suínos e aves para o consumo, algumas bactérias já apresentam uma resistência maior e, em alguns casos, imunidade à estes remédios, o que torna a busca por antibióticos mais fortes ou outras maneiras de tratar as bacterioses cada vez mais importante. Além da busca para solucionar o problema das superbugs, ainda há o interesse da comunidade científica em trazer o controle das bacterioses em localidades do planeta aonde estas doenças ainda apresentam um grande risco às suas populações, na maior parte das vezes por causa da falta de serviços básicos como saneamento, tratamento de água, disponibilidade de medicamentos e vacinas, entre outros fatores.

Fontes:
https://www.researchgate.net/publication/306232697_History_of_Bacteriology
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780433303015500059
https://m.todabiologia.com/pesquisadores/robert_koch.htm
https://brasilescola.uol.com.br/biologia/louis-pasteur.htm
https://www.britannica.com/biography/Louis-Pasteur/Vaccine-development
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5354621/

Resumo sobre bactérias:

Definição: as bactérias são os seres que fazem parte do reino Monera. São organismos unicelulares e procariontes (não possuem carioteca) e estão entre os menores seres vivos de todo o planeta.

Estrutura:

Por serem procariontes, isto é, não terem um núcleo definido, as bactérias se caracterizam por não terem organelas membranosas, sendo os ribossomos o único tipo de organelas encontradas nas bactérias.

O DNA da bactéria é encontrado na forma de uma única molécula de DNA circular encontrada no hialoplasma do microrganismo, o nucleoide. Outras formas de moléculas circulares de DNA, os plasmídeos, podem ser vistos em algumas bactérias (não são estruturas obrigatórias).

As bactérias, além de membrana plasmática, possuem uma parede celular de peptidioglicano (proteínas + açúcares), um envoltório mais rígido que a membrana plasmática, protegendo a bactéria de estourar quando ocorre a entrada de água, por exemplo. Em algumas bactérias ocorre um terceiro envoltório, este mais externo do que a parede celular, chamado de cápsula. A cápsula confere proteção da bactéria contra diferentes agentes que podem atacá-la (bacteriófagos, células do sistema imunológico, etc.), evita a perda de água por osmose e ajuda na fixação da bactéria ao substrato.

Ainda nas partes mais externas da bactéria estão as fímbrias (também chamadas de pili durante o processo de conjugação) estruturas filamentosas que são responsáveis por aderir a um substrato (células, tecidos, etc.), e o flagelo, um filamento longo ancorado à membrana plasmática da bactéria e é responsável pela locomoção do organismo.

Bactérias se movendo com o uso de seus flagelos.

Nutrição: as bactérias podem obter seus nutrientes por meios autotróficos (produzem seu próprio alimento) ou heterotróficos (obtém energia através da degradação de matéria orgânica já existente).

Fotossíntese: bactérias foram os primeiros seres fotossintetizantes na face da Terra. Embora nem todas as bactérias tenham o oxigênio como resíduo, um grupo de bactérias, as cianobactérias (também conhecidas como algas azuis) foram responsáveis, há bilhões de anos atrás, por transformar a atmosfera da Terra, que era pobre em oxigênio, em uma atmosfera em que o oxigênio corresponde a 21% de sua composição, tornando viável o surgimento de novas formas de vida mais complexas.

Quimiossíntese: a quimiossíntese consiste na oxidação de diversos compostos inorgânicos, por meio do qual as bactérias obtém a energia necessária para produzirem suas substâncias. A importância deste processo vem, principalmente, do processo de fixação de nitrogênio no solo, em que, por meio de uma série de transformações químicas, as bactérias tornam o gás nitrogênio da atmosfera, que não pode ser aproveitado nesta forma pelos seres vivos, em uma série de compostos (como amônia, nitrito e nitrato) que podem ser aproveitados. Este processo é fundamental para as plantas e também para outros seres vivos pois torna a obtenção do nitrogênio, necessário para a síntese de ácidos nucleicos, muito mais fácil.

Decomposição: junto com os fungos, as bactérias são importantíssimos para a decomposição de matéria orgânica, sendo responsáveis para a reciclagem destes compostos finitos, disponibilizando-os para os outros seres vivos.

Mutualismo: as bactérias podem conviver junto a outros seres vivos em uma relação em que a bactéria provê determinados nutrientes ou auxílio (fixação de nitrogênio para as plantas e a decomposição de certos nutrientes no trato digestório dos animais, por exemplo) para o ser, enquanto ela também recebe alguma parte destes nutrientes. Nesta relação, ambos os partidos recebem benefícios e, em condições normais, não trazem malefícios para o hospedeiro.

Parasitismo: a bactéria infecta um hospedeiro e retire parte de seus nutrientes, o prejudicando. É por meio desta forma de nutrição que as bactérias podem provocar as doenças nos seres humanos.

Respiração: existem três tipos de bactérias no quesito de respiração: as aeróbias, que usam oxigênio para produzir energia; anaeróbias obrigatórias, que realizam fermentação (principalmente fermentação lática, feita pelos lactobacilos, e a acética, feita pelos acetobacter) e morrem quando expostas a certas quantidades de oxigênio, e as anaeróbias facultativas, que fazem respiração aeróbia normalmente e podem fazer respiração anaeróbia quando não há oxigênio.

Reprodução: as bactérias se reproduzem assexuadamente por meio de um processo chamado divisão binária, em que a bactéria duplica seu material genético e se divide em dois. Em condições favoráveis, este processo pode levar cerca de 20 minutos, o que explica as enormes populações de bactérias que existem e, também, como uma infecção bacteriana pode crescer tão rápida em um organismo. No caso de condições desfavoráveis à reprodução, alguns tipos de bactéria (como as dos gêneros Clostridium e Bacillus) são capazes de assumir a forma de esporo, em que se desidratam e se tornam muito resistentes, podendo sobreviver sob esta forma por longos períodos de tempo. Quando encontram condições melhores, retornam às suas formas normais e passam a se reproduzir por divisão binária novamente.

Bactérias multiplicando por fissão binária.

Como as bactérias se reproduzem de modo assexuado, a variabilidade genética é introduzida por um conjunto de processos conhecidos como recombinação genética:

Conjugação bacteriana: ocorre a passagem de uma parte de DNA de uma bactéria doadora para uma receptora. Esse processo ocorre por meio do pili sexual.

Transformação: a bactéria absorve pedaços de DNA que se encontram no meio. Este processo é amplamente usado para os estudos de engenharia genética.

Transdução: ocorre a transmissão do DNA bacteriano de uma bactéria a outra quando este DNA está incorporado ao material genético de um vírus (mais especificamente, o bacteriófago).

Tipos de bactérias: as bactérias são seres que podem se apresentar em diferentes formas e tamanhos. Os formatos básicos das bactérias são: os cocos (esféricos), bacilos (bastões) e os espiralados (em espiral). Cada um destes tipos possui sua própria série de variações:

Cocos:

Diplococos: duas esferas. Ex.: Neisseria gonnorhoeae
Estreptococos: cadeia de esferas. Ex.: Streptococcus pneumoniae

Tétrades: quatro esferas. Ex.: bactérias do gênero Micrococcus
Estafilococos: "cacho" de bactérias. Ex.: Staphylococcus haemolyticus
Sarcinas: bactérias em formato de cubo. Ex.: Sarcina ventriculi
Bacilos:

Cocobacilo: bacilo de formato arredondado. Ex.: Yersinia pestis

Diplobacilos: dois bacilos. Ex.: Moraxella bovis
Estreptobacilos: cadeia de bacilos. Ex.: Streptobacillus moniliformis
Vibriões: em formato de vírgula. Ex.: Vibrio cholerae

Espiralados:

Espirilo: bactéria rígida em espiral. Ex.: Campylobacter jejuni

Espiroqueta: bactéria flexível em espiral. Ex.: Treponema pallidum

Uma outra forma de categorizar as bactérias é por meio da coloração de Gram, que resulta em cores distintas para bactérias com características diferentes. Nas bactérias com uma camada de peptidioglicano na parede celular mais espessa, o resultado é violeta pois estas bactérias são capazes de reter o cristal violeta, já nas bactérias com uma camada mais fina têm resultado vermelho, pois não conseguem reter o cristal violeta. Por isso, as bactérias violetas e vermelhas são, respectivamente, classificadas como Gram-positivas e Gram-negativas.

Importância/Efeitos das bactérias:

Foram os primeiros seres fotossintetizantes na face da Terra, contribuindo para o aumento na quantidade de oxigênio no atmosfera, viabilizando o surgimento de formas de vidas mais complexas (animais e plantas).

Ajudam as plantas a obter nitrogênio, necessário para a confecção de ácidos nucleicos. Esta substância é passada adiante na cadeia alimentar.

Por meio da decomposição, mantém o ambiente limpo e disponibilizam recursos escassos e necessários para os seres vivos como enxofre e fósforo.

Estabelecem relações de mutualidade com diversos organismos, ajudando-os a decompor matéria orgânica (como as bactérias no sistema digestivo de animais ruminantes que ajudam a digerir celulose) ou obter certas substâncias e nutrientes (bactérias que vivem nas raízes de plantas). O ser humano apresenta vastas populações de bactérias em seu trato digestivo que ajudam no processo de digestão, por isso, são comuns produtos como iogurtes e bebidas lácteas que contenham bactérias benéficas ao organismo (o exemplo mais popular seria o dos lactobacilos).

As bactérias benéficas que tornam a nossa comida deliciosa (TED-Ed, Erez Garty).

Como um organismo unicelular quase dizimou toda a vida na Terra (TED-Ed, Anusuya Willis).

Como sua alimentação afeta o intestino (TED-Ed, Shilpa Ravella).

(Esquema da teoria endossimbiótica elaborada pela bióloga Lynn Margulis. Diz que a mitocôndria e os cloroplastos eram, na verdade, bactérias que foram fagocitadas por células eucariontes mas que não foram digeridas. Os dois seres formaram uma relação simbiótica, isto é, uma associação entre organismos em que todos os lados se beneficiam, em que a bactéria garantiria sua proteção enquanto forneceria energia para o organismo eucarionte.).

Apesar de seus benefícios, as bactérias também podem provocar vários efeitos negativos, evidenciado pelo rol de doenças que provocam:

Doenças bacterianas (bacterioses):

Cólera:

Causada pela bactéria Vibrio cholerae obtida por meio da ingestão de alimentos e líquidos contaminados.

Seu principal sintoma é uma diarreia forte que pode provocar morte por desidratação se não houver tratamento. Os sintomas se desenvolvem na menor parte dos casos, no entanto.
Segundo a OMS, todos os anos são registrados em todo o mundo entre 1,3 e 4 milhões de casos de cólera, com as mortes entre 21 e 143 mil.
A maioria dos casos pode ser solucionada por meio de terapia de reidratação oral.
Casos mais severos requerem tratamento rápido com injeção intravenosa de fluidos e antibióticos.
O fornecimento de sistemas de saneamento básico e tratamento de água, além da vacinação oral, são as principais formas de prevenir a contração da bactéria.

A cólera foi uma das várias doenças que marcaram o século 19, surgindo primeiro na Índia, se espalhou para praticamente todos os continentes, provocando um elevado número de mortes.

Difteria:

É causada pela bactéria Corynebacterium diphtheriae.
A bactéria infecta os tecidos respiratórios, liberando uma toxina que provoca a morte destes tecidos, causando alguns sintomas como fraqueza, dores e inchaço na garganta e febre. Do tecido morto se formam placas cinzentas no trato respiratório, que podem causar dificuldades ao engolir e respirar. Estes efeitos podem provocar complicações ainda maiores, como problemas cardíacos, dano aos nervos e até paralisia. Segundo a CDC, mesmo com tratamento, 1 em cada 10 casos pode resultar em morte, sem tratamento esta proporção é de 5 em cada 10 casos.

A transmissão da difteria ocorre por meio de partículas respiratórias liberados por tosse ou espirro.
A prevenção é feita por meio da vacinação. A OMS recomenda que a vacinação seja feita por meio de múltiplas doses a partir das primeiras semanas depois do nascimento.
O tratamento é feito por meio de antitoxinas para parar as toxinas da bactéria, além de antibióticos.

Gonorreia:

É causada pela bactéria Neisseria gonorrhoeae.
Se trata de uma doença sexualmente transmissível.
É transmitida por meio de fluidos sexuais do pênis e da vagina, portanto, pode ser passada por meio de sexo desprotegido. Pode ser passada também de uma mãe contaminada para o seu bebê, que pode desenvolver cegueira caso seja infectado.
A doença é caracterizada por corrimentos amarelados ou esverdeados pelo pênis ou pela vagina, dor ao urinar ou durante o sexo. Os sintomas ocorrem na menor parte dos casos.
O tratamento é feito por antibióticos

Leptospirose:

É causada pelas bactérias do gênero Leptospira.
A infecção se dá por meio do contato com a urina (entre outros fluidos corporais, como a saliva) de animais infectados como roedores, porcos, bovinos, cachorros e animais selvagens. A bactéria pode infectar a água ou o solo e consegue sobreviver nestes ambientes por longos períodos de tempo até contaminar um organismo. O microrganismo pode entrar no corpo por meio de membranas mucosas (olhos, boca ou nariz), lesões e cortes na pele e ingestão de água contaminada.
A leptospirose pode ser assintomática ou com sintomas, que geralmente se manifestam em duas fases: uma primeira fase com febre, dor de cabeça, calafrios, diarreia e vômito, e uma segunda fase (que ocorre em alguns casos) mais severa, com complicações nos rins e no fígado e meningite.

Tratamento feito por meio de antibióticos.
É recomendado evitar entrar em contato com água e solo contaminado e animais que podem estar infectados.

Salmonelose:

Causada pelas bactérias do gênero Salmonella.

É transmitida por alimentos contaminados e também pode passar de humano para humano por via fecal-oral
A salmonela causa sintomas como febre, dores abdominais, diarreia, náusea e, algumas vezes, vômito, que se manifestam até 3 dias depois da infecção e chegam a durar por até uma semana. A doença é mais grave em idosos e crianças pequenas, aonde a desidratação pode ser mais intensa.
O tratamento consiste em reposição de eletrólitos perdidos por meio do vômito e da diarreia e reidratação. No caso de idosos e crianças, aonde a doença pode ser mais severa, é recomendado tratamento antimicrobiano enquanto para as demais faixas etárias o tratamento não é sugerido pois pode selecionar populações mais resistentes ao medicamento, tornando-o inefetivo.
Para evitar a propagação, é preciso manusear alimentos de maneira mais higiênica, isto é, lavar e cozinhar bem alimentos. É necessário, também, tomar cuidado com crianças entrando em contato com animais potencialmente infectados.
A CDC registra anualmente, somente nos Estados Unidos, cerca de 1,35 milhões de infectados, porém um número muito menor de mortes (aproximadamente 420).

Escarlatina:

Causada pela bactéria Streptococcus pyogenes.
A bactéria reside no nariz e na garganta de pessoas infectadas podendo, portanto ser transmitida por meio de partículas respiratórias liberadas por meio da tosse ou do espirro, que podem entrar no organismo pela respiração ou pelo toque de superfícies contaminadas. Logo, para evitar a sua propagação deve-se manter uma higiene adequada, praticar a etiqueta correta ao espirrar e/ou tossir, descartar lenços e papeis usados ao espirrar e/ou tossir e lavar bem os objetos usados por indivíduos infectados.
A doença provoca febre, dor de cabeça, surgimento de uma camada branca na língua, "língua de morango" (vermelha e inchada), manchas vermelhas na pele e inchaço nas glândulas do pescoço.

A escarlatina é mais comum em crianças, porém, pode ser transmitida para adultos que passam mais tempo próximos a elas. Ela também se propaga com maior facilidade em lugares com aglomerações de pessoas como escolas e creches.
A escarlatina era mais perigosa no passado, mas, com o advento dos antibióticos, é menos severa atualmente.

Tétano:

Causada pela bactéria Clostridium tetani.
A bactéria infecta o organismo principalmente quando entra no organismo por meio de cortes ou feridas abertas que entraram em contato com saliva, fezes e objetos cortantes contaminados. Logo, não podem ser transmitidos diretamente de humano para humano.
O tétano pode ser prevenido por meio da vacina antitetânica e pela lavagem de ferimentos com sabão e água.
Os sintomas podem começar a se manifestar em, no máximo, 21 dias após a infecção, podendo se manifestar mais rápido em indivíduos que já apresentem alguma outra doença ou cujo ferimento tenha sido mais infectado. Os sintomas do tétano são muito sérios, pois afetam os músculos, o que pode acarretar em problemas respiratórios. Dentre os sintomas do tétano estão: rigidez muscular, espasmos, asfixia, constrição mandibular, falta de ar e dificuldade ao engolir.
As principais formas de tratamento são: uso de soro antitetânico ou imunoglobulina que neutralizam a toxina do tétano, antibióticos e remédios para controlar os espasmos musculares.

Tuberculose:

A doença é causada pela Mycobacterium tuberculosis.
A bactéria costuma infectar tecidos respiratórios na garganta ou nos pulmões, portanto, pode ser transmitida por partículas respiratórias liberadas pela tosse ou pelo espirro que podem ser inspiradas por indivíduos não contaminados.
A tuberculose pode se espalhar por outras partes do corpo como as vértebras, o cérebro ou os rins. Nestes casos, não pode ser transmitida para outras pessoas.

Os sintomas se desenvolvem quando o sistema imunológico não consegue impedir a multiplicação das bactérias. Os sintomas consistem de: tosse, dor no peito, tosse com sangue, fadiga ou fraqueza, calafrios, perda de peso, febre e suor noturno. O risco de desenvolver estes sintomas é maior no caso de indivíduos imunodeprimidos (principalmente pessoas com AIDS) ou que apresentam outras condições, como abuso de substâncias (álcool e tabaco, por exemplo) ou diabetes.
A vacinação (BCG) é recomendada para indivíduos que vivem em um ambiente onde a tuberculose é recorrente e/ou muito disseminada e são mais vulneráveis (como crianças, por exemplo). É importante buscar a prevenção de indivíduos que apresentam sinais de infecção latente da tuberculose, pois ela pode se desenvolver na forma ativa da tuberculose posteriormente.
O tratamento é feito por uma série de antibióticos.

Antraz:

Causado pela bactéria Bacillus anthracis.

A bactéria pode ser encontrada naturalmente no solo e geralmente infecta animais selvagens ou domésticos. A transmissão ocorre principalmente de animais para humanos por meio do consumo de produtos animais contaminados ou contato com animais infectados. A doença é extremamente perigosa, portanto, deve-se tomar precaução.
Os animais se infectam com a bactéria quando respiram ou ingerem os seus esporos (bactérias na forma inativa). Quando entram no organismo, as bactérias se tornam ativas e passam a se multiplicar e produzir toxinas, provocando doenças no animal.
A principal forma de prevenção é a vacinação de animais, principalmente os de criação pecuária.
Os sintomas dependem da forma como o antraz entra ou infecta o corpo. Quando afeta a pele ou é injetado, o antraz causa bolhas e inchaços na pele. Quando é inalado, provoca tosse, febre, suor, dor de cabeça, falta de ar, dores corporais, etc. O antraz gastrointestinal apresenta sintomas parecidos além de náusea, vômito, diarreia, dor ao engolir, entre outros. O tratamento é feito por meio de antibióticos.
O antraz já foi utilizado como agente para atentados bioterroristas.

Pneumonia bacteriana:

Pode ser causada por várias bactérias diferentes, uma delas sendo o Streptococcus pneumoniae.
Estas bactérias comumente infectam os pulmões, provocando uma das variações mais letais da pneumonia.
Assim como em outras doenças, as populações em maior risco são crianças, idosos, indivíduos com doenças crônicas ou imunodeprimidas.

A transmissão ocorre por contato direto com secreções respiratórias expelidas através da tosse, espirro, além da saliva e do muco.
Os sintomas são de teor respiratório como febre, calafrios, tosse, dores no peito e dificuldades ao respirar. As complicações são extremamente perigosas e podem provocar morte (bloqueio das vias aéreas e inflamação dos tecidos externos do coração - pericardite).
É importante determinar a origem da pneumonia (se é viral, fúngica ou bacteriana) para definir o tratamento. No caso da pneumonia bacteriana, o tratamento é por meio de antibióticos. A vacina também é recomendada tanto como forma de prevenção como para evitar o desenvolvimento da resistência das bactérias aos antibióticos.
A OMS declara que cerca de meio milhão de crianças morrem anualmente por causa da pneumonia bacteriana.

Botulismo:

Causada pelo Clostridium botulinum.
A doença se desenvolve por causa das toxinas produzidas pela bactéria, que afetam o sistema nervoso.
Os sintomas consistem no enfraquecimento dos músculos do rosto e da garganta que pode se espalhar para os braços, tronco e pernas. A letalidade da doença provém do enfraquecimento dos músculos respiratórios.
São bactérias anaeróbias, portanto, podem infectar e se reproduzir em produtos enlatados, que podem se tornar tóxicos para o consumo.

A doença é tratada por meio de antitoxinas, estas impedem as toxinas da bactéria de causarem mais danos ao organismo, porém, não recuperam o que já foi danificado. No caso de dificuldades respiratórias, o tratamento pode ser feito por ventilação mecânica.
A forma mais comum de contrair o botulismo é pela ingestão de alimentos contaminados pela bactéria, principalmente comida enlatada. É possível perceber que a comida está contaminada porque as latas têm um aspecto "estufado" por causa do gases liberados pelas bactérias.
A toxina botulínica, também conhecida como botox, é muito utilizada na estética para a amenização de rugas e linhas de expressão. É claro que, nestes casos, a quantidade empregada não é suficiente para ser de fato tóxica.

Peste:

Causada pela bactéria Yersinia pestis, provocou uma das pestes mais devastadoras e impactantes da história da humanidade, a peste negra.
A peste afeta principalmente roedores, que podem passar a doença para humanos por meio de sua pulga infectada pela bactéria. A transmissão de humano para humano ocorre através de partículas respiratórias.
A peste consiste, na verdade, de três diferentes conjuntos de sintomas, cada um dependendo do sistema afetado pela bactérias: a peste bubônica é caracterizada pelos gânglios linfáticos inchados e doloridos; a peste septicêmica afeta o sistema circulatório, podendo causar a necrose de tecidos e órgãos; já a peste pneumônica afeta os órgãos respiratórios, provocando pneumonia, que pode levar à insuficiência respiratória.
Antes do desenvolvimento de antibióticos, a mortalidade da peste era elevada, por exemplo, nos Estados Unidos, entre os anos de 1900 e 1941, a taxa era de 66%. Com o advento dos antibióticos o índice caiu drasticamente, ainda nos EUA entre os anos de 1990 e 2001 a mortalidade era de 11%.