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.
[1]
Segundo a
Teoria da Endossimbiose, dois
organelos celulares, as
mitocôndrias e os
cloroplasto[2] 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.
[3] Excepções são as bactérias
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.
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 da mesma, por exemplo.
[4]
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
Bacillus anthracis, causador do antraz, ao microscópio electrónico.
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 Koch identificou em
1877 a bactéria causadora de uma doença do gado, o
antraz[5]. 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[4].
Classificação taxonômica e filogenia
Arvóre filogenética da vida: arqueas, bactérias e eucariotas
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. Actualmente as bactérias compõem um dos três domínios do sistema de classificação
cladístico.
A descoberta da estrutura celular
procariótica, distinta de todos os outros
organismos (os
eucariontes), levou os procariontes a serem classificados como um grupo separado ao longo do desenvolvimento dos esquemas de classificação de seres vivos. As bactérias foram inicialmente classificadas entre as
plantas por
Lineu [3] e agrupadas com os
fungos (na classe
Schizomycetes) com exceção das
cianobactérias que eram consideradas "
algas azuis"; em
1866,
Ernst Haeckel incluiu-as no
reino Protista;
[3] em
1969, foram incluídas entre os
procariotas no reino
Monera por
Whittaker.
[3] Em
1977, com o advento das técnicas moleculares,
Carl Woese dividiu os procariotas em dois grupos, com base nas sequências "16S" do
rRNA, que chamou de Eubacteria e
Archaebacteria,
[3] mais tarde, renomeados por ele próprio para Bacteria e
Archaea.
[6] 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. Alguns cientistas, no entanto, consideram que as diferenças
genéticas entre aqueles dois grupos procariotos não justificam a divisão e que tanto as arqueobactérias como os
eucariontes provavelmente se originaram a partir de bactérias primitivas.
Vulgarmente, utiliza-se o termo "bactéria" para designar também as
archaeas, que actualmente constituem um domínio separado. As
cianobactérias (as "algas azuis") são consideradas dentro do domínio
Bacteria.
Além da sequência do
RNA ribossomal, arqueas e bactérias diferem, entre outras características, na constituição química da parede celular. As arqueias não apresentam, em sua parede celular, o
peptidoglicano, constituinte típico das bactérias.
Morfologia
As bactérias classificam-se morfologicamente de acordo com a forma da
célula e com o grau de agregação:
- Quanto a forma
- Quanto ao grau de agregação
Apenas os Bacilos e os cocos formam
colônias.
- Diplococo : De forma esférica ou subesférica e agrupadas aos pares.
- Estreptococos : Formam cadeia semelhante a um "colar".
- Estafilococos : Uma forma desorganizada de agrupamento, formando cachos.
- Sarcina : De forma cúbica, formado por 4 ou 8 cocos simetricamente postos.
- Diplobacilos : Bacilos reunidos dois a dois.
- Estreptobacilos : Bacilos alinhados em cadeia.
Estrutura celular
Estruturas de uma célula bacteriana gram-positiva. Ver texto.
A célula bacteriana, por ser procariótica, não possui
organelos membranares nem
DNA organizado em verdadeiros
cromossomas, como os das células
eucariotas.
Estruturas da célula procariota:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- A membrana celular é uma dupla camada de fosfolípidos, com proteínas imersas.
- 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 enzimas transpeptidase e carboxipeptidase, responsáveis pela síntese dos peptidoglicanos. Contém em espécies infecciosas a endotoxina lipopolissacarídeo (LPS).
- Algumas espécies de bactérias têm uma camada de polissacarídeos que protege contra desidratação, fagocitose e ataque de bacteriófagos, chamada de cápsula.
- 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.
- 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.
Movimento
Os diferentes arranjos dos flagelos bacterianos.
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").
Taxia
As bactérias podem mover-se por reação a certos estímulos, um comportamento chamado "taxia" (também presentes nas
plantas), como por exemplo, quimiotaxia,
fototaxia, mecanotaxia e magnetotaxia - bactérias que fabricam cristais de
magnetita (Fe
3O
4) ou
greigita (Fe
3S
4), materiais com propriedades magnéticas, e orientam seus movimentos pelo
campo magnético terrestre, como a bactéria
Magnetospirillum magnetotacticum (ver também 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.
Metabolismo segundo fontes de energia e carbono
De acordo com a fonte de átomos de carbono para a produção de suas moléculas orgânica, elas são classificadas em dois grandes grupos:
- Fonte de energia
Bactérias podem utilizar como fonte de energia luz, substâncias inorgânicas ou orgânicas:
[1]
- Luz: Como as bactérias que fazem fotossíntese ou fototróficas.
- Compostos químicos: Como as bactérias quimiotróficas.
- Composto inorgânico: litotróficas
- Composto orgânico: organotróficas
Classificação segundo o metabolismo
Se forem combinadas as classificações de fonte de energia e de fonte de átomos de carbono expostas acima, pode-se classificar as bactérias em quatro grandes grupos, quanto a suas necessidades nutricionais:
Fotoautotróficas
Bactérias fotoautotróficas são capazes de produzir elas mesmas as substâncias orgânicas que lhes servem de alimento, tendo como fonte de carbono o gás carbônico e como fonte de energia a
luz.
- Cianobactérias: são fotolitoautotróficas e aparentemente foram as pioneiras no uso da água como fonte de elétrons. Incluiriam as proclorófitas (gêneros Prochloron, Prochlorothrix e Prochlorococcus), apesar de se distinguirem destas por apresentar apenas clorofila a, além de ficobilinas azul e vermelha. Esses pigmentos são responsáveis pelas diversas colorações, muitas vezes brilhantes, que essas bactérias apresentam.
- Sulfobactérias: realizam um tipo de fotossíntese em que a substância doadora de hidrogênio não é a água, mas compostos de enxofre, principalmente o gás sulfídrico (H2S). Por isso essas bactérias produzem enxofre elementar (S) como subproduto da fotossíntese, e não gás oxigênio, como na fotossíntese que utiliza H2O.
Fotoeterotróficas
As bactérias fotoeterotróficas utilizam luz como fonte de energia, mas não convertem exclusivamente o gás carbônico em moléculas orgânicas. Assim, elas utilizam compostos orgânicos que absorvem do meio externo, como alcoóis, ácidos graxos, glicídios etc, como fonte de
carbono para a produção dos componentes orgânicos de sua célula. Essas células são bactérias anaeróbias e, como exemplo, pode-se citar as bactérias não-sulfurosas verdes como
Chloroflexus spp., e as não-sulfurosas púrpuras, como
Rhodopseudomonas spp.
Quimioautotróficas
As bactérias quimioautotróficas utilizam
oxidações de compostos inorgânicos como fonte de energia para a síntese de substâncias orgânicas a partir de
gás carbônico (
CO2) e de átomo de
hidrogênio (
H) proveniente de substâncias diversas. As substâncias orgânicas produzidas são utilizadas como matéria-prima para a formação dos componentes celulares ou degradadas para liberar energia para o metabolismo.
Quimioeterotróficas
A maioria das espécies bacterianas apresenta nutrição quimioeterotrófica
[4], ou seja, tanto a fonte de energia quanto a de átomos são moléculas orgânicas que a bactéria ingere como alimento. De acordo com a fonte das substâncias que lhe servem de alimento, as bactérias heterotróficas são classificadas em
saprofágicas e
parasitas. Exemplo:
Clostridium.
- Saprofágicas: alimentam-se a partir de matéria orgânica sem vida, como cadáveres ou porções descartadas por outros seres vivos.
- Parasitas: alimentam-se a partir de tecidos corporais de seres vivos e podem ser patogênicas.
Indentificação laboratorial
Placa de ágar com colônias de bactérias
- 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.
- 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.
- 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%).
Classificação Gram
Muito usada para identificar bactérias, é feita com base em uma técnica de coloração desenvolvida pelo microbiologista dinamarquês
Hans Christian Gram, a técnica de Gram; dividindo as bactérias em dois grupos
[4]:
- Gram-positivas: bactérias que possuem parede celular com uma única e espessa camada de peptidoglicanos. Pelo emprego da coloração de Gram, tingem-se na cor púrpura ou azul quando fixadas com cristal violeta, porque retêm esse corante mesmo sendo expostas a álcool.[4]
- Gram-negativas: bactérias que possuem uma parede celular mais delgada e uma segunda membrana lipídica - distinta quimicamente da membrana plasmática - no exterior desta parede celular. No processo de coloração o lipídio dessa membrana mais externa é dissolvido pelo álcool e libera o primeiro corante: cristal violeta. Ao término da coloração, essa células são visualizadas com a tonalidade rosa-avermelhada do segundo corante, safranina que lhes confere apenas a coloração vermelha.[4]
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
Plasmídeos e DNA bacteriano.
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
bacteriófagos podem eventualmente incorporar pedaços do DNA bacteriano. Depois de serem liberados, ao infectar outra bactéria, os bacteriófagos podem transmitir a ela os genes bacterianos que transportavam. A bactéria infectada eventualmente incorpora em seu
cromossomo 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
proteína denominado
pêlo 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.
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
biodegradação de lixos
tóxicos, incluindo derrames de
hidrocarbonetos.
] 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.
Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
