microbiologia.pdf

Capítulo 1

O Mundo Microbiano e Você

Os Micróbios em Nossas Vidas

Objetivo do Aprendizado• Citar várias maneiras pelas quais os micróbios afetam

as nossas vidas.

Para muitas pessoas, as palavras germe e micróbio trazem à men-te um grupo de pequeninas criaturas que não se encaixam emnenhuma das categorias daquela velha questão: “É animal, ve-getal ou mineral?” Os micróbios, também chamados de micror-ganismos, são minúsculos seres vivos, individualmente muitopequenos para serem vistos a olho nu. O grupo inclui bactérias(Capítulo 11), fungos (leveduras e mofos), protozoários e algasmicroscópicas (Capítulo 12). Também inclui vírus, os quais sãoentidades acelulares, muitas vezes considerados como sendo olimite entre seres vivos e não-vivos (Capítulo 13). Você seráapresentado a cada um desses grupos de micróbios em breve.

Tendemos a associar esses pequenos microrganismos so-mente a doenças graves como a AIDS, a infecções desagradá-veis, ou a inconveniências mais comuns, como comida estraga-da. No entanto, a maioria dos microrganismos fornece contri-buições cruciais para o bem-estar dos habitantes do mundo, pe-la manutenção do equilíbrio entre os organismos vivos e oscompostos químicos do nosso ambiente. Os microrganismosmarinhos e de água doce constituem a base da cadeia alimen-tar nos oceanos, nos lagos e nos rios. Os micróbios do solo au-xiliam na degradação de detritos e na incorporação do nitrogê-nio da atmosfera em compostos orgânicos, reciclando, dessemodo, elementos químicos do solo, da água e do ar. Certos mi-crorganismos possuem um papel fundamental na fotossíntese,um processo gerador de alimento e energia que é crucial para avida na Terra. Os seres humanos e muitos outros animais de-pendem dos micróbios em seus intestinos para a digestão e asíntese das muitas vitaminas de que seus corpos necessitam, in-cluindo algumas vitaminas B, para o metabolismo, e vitaminaK, para a coagulação do sangue.

O tema geral deste livro-textoé a relação entre os micróbiose nossas vidas. Essa relaçãoenvolve não somente os efei-tos prejudiciais conhecidos decertos microrganismos, comodoenças e deterioração dosalimentos, mas também seusdiversos efeitos benéficos.Neste capítulo apresentare-mos alguns dos muitos cami-nhos nos quais os micróbiosafetam nossas vidas. Eles têmservido como objeto de estu-do por muitos anos, como vo-cê verá na curta história sobrea microbiologia que inicia es-se capítulo. Dessa forma, dis-cutiremos a inacreditável di-versidade de microrganismose sua importância ecológica

para ajudar a manter o equilí-brio no ambiente através dareciclagem de compostos quí-micos, como o carbono e onitrogênio, entre o solo e a at-mosfera. Examinaremos, tam-bém, como os micróbios sãoutilizados nas aplicações co-merciais e industriais para pro-duzir alimentos, produtos quí-micos e drogas (tal como apenicilina), para o tratamentode detritos, controle de pestese limpeza de poluentes. Final-mente, discutiremos o papeldos micróbios como agentescausadores de doenças, taiscomo a encefalite do Oestedo Nilo, a AIDS, a síndromeda “vaca louca”, a diarréia ea febre hemorrágica.

MICROBIOTA NORMAL DA BOCA.

A microbiota normal sobre e no interior do

corpo humano pode trazer proteção contra

microrganismos perigosos.

PARTE I

Os microrganismos também possuem muitas aplicaçõescomerciais. Eles são utilizados na síntese de produtos químicos,tais como a acetona, os ácidos orgânicos, as enzimas, os álcooise muitas drogas. O processo de produção de acetona e butanolpor micróbios foi descoberto em 1914 por Chaim Weizmann,um químico nascido na Rússia, trabalhando na Inglaterra.Quando a Primeira Guerra Mundial iniciou, em agosto daque-le ano, a produção de acetona foi muito importante para a fa-bricação da pólvora, utilizada na fabricação de munições. Adescoberta de Weizmann teve um papel significativo no resul-tado da guerra.

A indústria de alimentos também inclui os micróbios naprodução de vinagre, repolho azedo, picles, bebidas alcoólicas,azeitonas verdes, molho de soja, manteiga, queijos, iogurtes epães (veja o Quadro da página 3). Além disso, as enzimas dosmicróbios podem, agora, ser manipuladas para que os micróbiosproduzam substâncias que normalmente não sintetizariam. Elasincluem celulose, digestivos e substâncias usadas para desentu-pir canos, além de substâncias terapêuticas como a insulina.

Embora somente uma minoria dos microrganismos seja pa-togênica (causadora de doenças), o conhecimento prático so-bre os micróbios é necessário para a medicina e para as ciênciasrelacionadas à saúde. Por exemplo, os trabalhadores de hospi-tais devem ser capazes de proteger os pacientes de micróbioscomuns, que são normalmente inofensivos, mas podem ser no-civos às pessoas doentes e debilitadas.

Atualmente, sabemos que os microrganismos são encon-trados praticamente em todos os lugares. Há até pouco tempo,antes da invenção do microscópio, os micróbios eram desco-nhecidos dos cientistas. Milhares de pessoas morreram em epi-demias devastadoras, cujas causas não eram conhecidas. A de-terioração dos alimentos freqüentemente não podia ser contro-lada, e famílias inteiras morreram porque as vacinas e os anti-bióticos não estavam disponíveis para combater as infecções.

Podemos ter uma idéia de como o nosso conhecimentoatual sobre a microbiologia se desenvolveu considerando a his-tória dos primórdios da microbiologia, que modificou nossasvidas. Contudo, antes de fazermos isso, iremos primeiro “daruma olhada” nos principais grupos de microrganismos, e comosão chamados e classificados.

Nomeando e Classificando osMicrorganismosNomenclatura

Objetivo do Aprendizado• Reconhecer o sistema de nomenclatura científica que uti-

liza dois nomes: um gênero e um epíteto específico.

O sistema de nomenclatura (nomeação) em uso atualmente pa-ra os organismos foi estabelecido em 1735 por Carolus Linnaeus.Os nomes científicos são latinizados porque o latim era a línguatradicionalmente utilizada pelos estudantes. A nomenclatura

científica designa para cada organismo dois nomes – o gênero éo primeiro nome, sempre iniciado com letra maiúscula; o epíte-to específico (nome das espécies) segue o gênero e não se iniciapor letra maiúscula. O organismo é designado pelos dois nomes,o gênero e o epíteto específico, ambos sendo sublinhados ou es-critos com letras itálicas. Por tradição, após um nome científicoter sido mencionado uma vez, ele pode ser abreviado com a ini-cial do nome do gênero seguido pelo epíteto específico.

Os nomes científicos podem, entre outras coisas, descreverum organismo, homenagear um pesquisador ou identificar oshábitos de uma espécie. Por exemplo, considerando Staphylo-coccus aureus, uma bactéria comumente encontrada na pelehumana. Staphylo descreve o arranjo agrupado das células; coc-cus indica que as células possuem a forma de esferas. O epítetoespecífico, aureus, significa ouro em latim, a cor de muitas co-lônias dessa bactéria. As bactérias do gênero Escherichia coli fo-ram nomeadas por um cientista, Theodor Escherich, enquantoque o epíteto específico, coli, lembra-nos que E. coli vive no có-lon ou no intestino grosso.

Tipos de Microrganismos

Objetivo do Aprendizado• Diferenciar as características principais de cada grupo

de microrganismos.

BactériasAs bactérias (do latim, bacteria, singular: bacterium) são orga-nismos relativamente simples, de uma única célula (unicelula-res), cujo material genético não está envolto por uma membra-na nuclear especial. Por essa razão, as bactérias são denomina-das procariotos, que em grego significa pré-núcleo. Os proca-riotos incluem as bactérias e as arquibactérias.

As células bacterianas geralmente aparecem em um en-tre vários formatos. Os bacilos (em forma de bastão), ilustra-dos na Figura 1.1a, os cocos (forma esférica ou ovalada) e osespirilos (forma de um saca-rolhas ou curvada) estão entre asformas mais comuns, porém algumas bactérias, possuem a for-ma de estrela ou quadrada (veja as Figuras 4.1 a 4.5, nas pági-nas 76 a 78). As bactérias individuais podem formar pares,grupos, cadeias ou outros agrupamentos; tais formações sãogeralmente características de um gênero particular ou de umaespécie de bactéria.

As bactérias são envolvidas por uma parede celular queé praticamente composta por um complexo de carboidrato eproteína denominado peptideoglicana. (Em contraste, celuloseé a principal substância da parede celular de plantas e algas).As bactérias geralmente se reproduzem pela divisão de umacélula em duas células idênticas; esse processo é chamado defissão binária. Para a sua nutrição, muitas bactérias utilizamcompostos orgânicos encontrados na natureza a partir de or-ganismos vivos ou mortos. Algumas bactérias sintetizam seupróprio alimento por fotossíntese, e algumas obtêm seu ali-mento a partir de substâncias inorgânicas. Muitas bactérias

2 GERARD J. TORTORA, BERDELL R. FUNKE & CHRISTINE L. CASE

MICROBIOLOGIA 3

A P L I C A Ç Õ E S D A M I C R O B I O L O G I A

O que Faz o Pão Azedo Diferente?

Imagine-se sendo um mineiro durante acorrida do ouro na Califórnia. Você ter-minou de fazer uma massa para pão com

os seus últimos suprimentos de farinha e salquando alguém grita, “OURO!” Esquecen-do temporariamente a sua fome, você saicorrendo para os campos de ouro. Muitashoras mais tarde você retorna. A massa fi-cou crescendo mais tempo que o de costu-me, mas você está com muito frio, cansadoe faminto para iniciar uma nova fornada.Mais tarde, você irá notar que o seu pãotem um gosto diferente das fornadas ante-riores: ele está ligeiramente azedo. Durantea corrida do ouro, os mineiros assavam tan-tas fornadas de pães que foram apelidadosde “azedados”.

O pão convencional é feito com fari-nha, água, açúcar, gordura e um micróbiovivo, uma levedura. A levedura pertenceao Reino dos Fungos e é chamada de Sac-charomyces cerevisiae. Quando a farinha émisturada com a água, uma enzima na fari-nha quebra o amido em dois açúcares, mal-tose e glicose. Depois que os ingredientesdo pão são misturados, a levedura metabo-liza os açúcares e produz álcool (etanol) edióxido de carbono, como produtos secun-dários. Esse processo metabólico é chama-do de fermentação. A massa cresce devidoàs bolhas de dióxido de carbono, que ficampresas na matriz pegajosa. O álcool, queevapora durante o cozimento, e o dióxidode carbono formam espaços que permane-cem no pão.

Originalmente, os pães eram fermenta-dos pelas leveduras selvagens, que estavampresentes no ar. Mais tarde, os padeirosmantinham uma cultura iniciadora de le-vedura – a massa da última fornada de pães– para fermentar as próximas fornadas. Opão azedo é feito com uma cultura inicia-dora especial, que é adicionada à farinha,água e sal. Talvez os mais famosos pães aze-dos feitos hoje em dia venham de SãoFrancisco, onde uma grande quantidade depadarias mantém continuamente culturas

iniciadoras por mais de 100 anos e tem me-ticulosamente conservado essas culturasiniciadoras livres de microrganismos não-desejados, que poderiam produzir saboresdiferentes e desagradáveis. Depois que di-versas padarias em outras áreas tentaram,sem sucesso, reproduzir o sabor único daspadarias de São Francisco, boatos atribuí-ram o gosto azedo ao clima típico e localou a contaminações das paredes das pada-rias. Ted F. Sugihara e Leo Kline, do De-partamento de Agricultura dos EstadosUnidos (USDA), resolveram terminarcom esses boatos e descobrir a base micro-biológica para o gosto diferente do pão, afim de que ele pudesse ser feito em outrasáreas.

Os investigadores do USDA concluí-ram que o pão azedo é de oito a dez vezesmais ácido que o pão convencional, devidoà presença dos ácidos lático e acético. Essesácidos são os responsáveis pelo gosto azedodo pão. Os investigadores isolaram e iden-

tificaram a levedura nas culturas iniciado-ras como sendo Saccharomyces exiguus, umtipo especial de levedura que não fermentamaltose e cresce bem nos ambientes ácidosda massa. Entretanto, a questão do pão aze-do não havia sido respondida, porque a le-vedura não produzia os ácidos e não utiliza-va maltose. Sugihara e Kline procuraramna cultura iniciadora um segundo agentecapaz de fermentar a maltose e produzir osácidos (veja a figura). A bactéria que elesisolaram, tão cuidadosamente guardadadurante tantos anos, foi classificada no gê-nero Lactobacillus. Muitos membros destegênero são utilizados em fermentações lei-teiras e são naturalmente encontrados emseres humanos e em outros animais. Análi-ses da estrutura celular e da composição ge-nética revelaram que a bactéria que pro-move o azedume é geneticamente diferen-te das outras bactérias do mesmo gênero,previamente caracterizadas. Ela foi deno-minada Lactobacillus sanfrancisco.

L. sanfrancisco S. exiguus

Amido

Enzima

Ácido acético CO2

Ácido lático

Álcool etílico

Maltose Glicose


MEV

Bactérias

Partículasde alimento

Pseudópodes

Esporângios

(a)1,0 mm

(c)10 mm

(d)50 mm

(e)

(b)MEV

MEV MO

0,5 mm

50 mmMEV

FIGURA 1.1 Tipos de microrganismos: (a) A bactéria em formade bastão Haemophilus influenzae, uma das bactérias que causa pneu-monia. (b) Mucor, um mofo comum em pães, é um tipo de fungo.Quando os esporos são liberados pelo esporângio (estruturas circula-res), eles param em uma superfície favorável e germinam em uma redede hifas (filamentos) que absorvem os nutrientes. (c) Uma ameba, umprotozoário, procurando comida. (d) A alga lacustre, Volvox. (e) Vá-rios vírus da imunodeficiência (HIVs), o agente causador da AIDS (esfe-ras vermelhas), brotando de um linfócito CD4.

■ A classificação dos organismos com base na estrutura celular incluiBacteria, Archaea e Eucarya (Protista, Fungi, Plantae e Animalia).

podem “nadar” através de apêndices móveis chamados deflagelos. (Para uma discussão completa sobre bactérias, veja oCapítulo 11.)

ArchaeaComo as bactérias, as arquibactérias são células procarióticas,porém, quando possuem paredes celulares, estas não são com-postas por peptideoglicana. As arquibactérias, normalmente en-contradas em ambientes extremos, são divididas em três gruposprincipais. Os metanogênicos eliminam metano como resultadode sua respiração. Os halofílicos extremos vivem em ambientesextremamente salinos, como o “Great Salt Lake”, no estadonorte-americano de Utah, e o Mar Morto. Os termofílicos extre-mos habitam águas quentes e sulfurosas, como as fontes termaisdo Parque Nacional de Yellowstone, em Wyoming, EstadosUnidos. Doenças causadas por arquibactérias em seres huma-nos são desconhecidas.

FungosOs fungos (do latim, fungi, singular: fungus) são eucariotos, orga-nismos cujas células possuem um núcleo definido, que contêm omaterial genético da célula (DNA), circundado por um envelopeespecial chamado de membrana nuclear. Os organismos do Reinodos Fungos podem ser unicelulares ou multicelulares (veja o Ca-pítulo 12, página 334). Fungos multicelulares grandes, como oscogumelos, podem parecer algumas vezes com plantas, mas nãosão capazes de realizar a fotossíntese, como a maioria das plantas.Os fungos verdadeiros possuem a parede das células compostaprincipalmente por uma substância chamada de quitina. As for-mas unicelulares dos fungos, as leveduras, são microrganismosovais, maiores que as bactérias. Os fungos mais típicos são os bolo-res (Figura 1.1b). Os bolores formam uma massa visível chamadade micélio, composta de longos filamentos (hifas) que se ramificame se expandem. Os crescimentos semelhantes a algodão, algumasvezes encontrados sobre o pão e as frutas, são micélios de fungos.Os fungos podem reproduzir-se sexuada ou assexuadamente. Elesobtêm seus alimentos absorvendo soluções de matéria orgânica deseu ambiente, que pode ser o solo, a água do mar, a água doce, umanimal ou uma planta hospedeira. Organismos chamados de fun-gos gelatinosos possuem características tanto de fungos quanto deamebas. Eles serão discutidos detalhalhadamente no Capítulo 12.

ProtozoáriosOs protozoários (do latim, protozoa, singular: protozoan) sãomicróbios unicelulares eucarióticos (veja o Capítulo 12, pági-na 352). Eles se movimentam através de pseudópodes, flagelosou cílios. As amebas (Figura 1.1c) se movimentam pelo uso deextensões de seu citoplasma chamadas de pseudópodes (falsospés). Outros protozoários possuem longos flagelos ou numero-sos e curtos apêndices para locomoção chamados de cílios. Osprotozoários possuem uma variedade de formas e vivem tantocomo entidades livres quanto como parasitas (organismos queretiram nutrientes de hospedeiros vivos), que absorvem ou in-gerem compostos orgânicos de seu ambiente. Os protozoáriospodem reproduzir-se sexuada ou assexuadamente.

AlgasAs algas (do latim, algae, singular: alga) são eucariotos fotossin-téticos com uma enorme variedade de formas e com os dois tiposde reprodução, sexuada e assexuada (Figura 1.1d). As algas deinteresse para os microbiologistas são normalmente unicelulares(veja o Capítulo 12, página 347). A parede celular de muitas al-gas, assim como das plantas, é composta de celulose. As algas sãoabundantes em água doce ou em salgada, no solo e em associa-ção com plantas. Como fotossintetizadoras, as algas necessitamde luz e ar para a produção de alimentos e para seu crescimento,mas geralmente não necessitam de compostos orgânicos do am-biente. Como resultado da fotossíntese, as algas produzem oxigê-nio e carboidratos, que são utilizados por outros organismos, in-clusive os animais. Dessa forma, possuem um papel importanteno equilíbrio da natureza.

VírusOs vírus (Figura 1.1e) são muito diferentes dos outros gruposde micróbios aqui mencionados. São tão pequenos que muitossomente são visualizados por microscópio eletrônico e são ace-lulares (não são células). Estruturalmente muito simples, umapartícula viral contém um núcleo formado por um único tipode ácido nucléico, DNA ou RNA. Esse núcleo é circundadopor um envoltório protéico. Algumas vezes, esse envoltório érevestido por uma camada adicional, uma membrana lipídicadenominada envelope. Todas as células vivas possuem RNA eDNA para poderem realizar as reações químicas e para se re-produzirem como unidades auto-suficientes. Os vírus somentese reproduzem através da utilização da maquinaria de outrosorganismos. Dessa forma, os vírus são considerados vivos quan-do se multiplicam dentro das células que infetam. Nesse senti-do, os vírus são parasitas de outras formas de vida. Por outro la-do, os vírus não são considerados como vivos porque fora deseus hospedeiros ficam inertes (os vírus serão discutidos deta-lhadamente no Capítulo 13).

Parasitas Multicelulares de AnimaisEmbora os parasitas multicelulares de animais não sejam ex-clusivamente microrganismos, eles têm importância médica e,por isso, serão discutidos neste texto. Os dois maiores grupos devermes parasitas são os vermes chatos e os vermes redondos,coletivamente chamados de helmintos (veja o Capítulo 12,página 361). Durante alguns estágios de seus ciclos de vida, oshelmintos são microscópicos em tamanho. A identificação emlaboratório desses organismos inclui muitas das técnicas utili-zadas para a identificação dos micróbios.

Classificação dos MicrorganismosAntes da existência dos micróbios ser conhecida, todos os or-ganismos eram agrupados no reino animal ou no reino vegetal.Quando organismos microscópicos com características de ani-mais ou plantas foram descobertos, no final do século XVII,um novo sistema de classificação se fez necessário. Ainda as-sim, os biólogos não conseguiram chegar a um acordo sobre os

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critérios de classificação dos novos organismos que estavamsendo descobertos, até o final da década de 60.

Em 1978, Carl Woese desenvolveu um sistema de classifi-cação com base na organização celular dos organismos. Eleclassificou os organismos em três domínios como se segue:

1. Bacteria (as paredes celulares contêm peptideogli-canas).

2. Archaea (as paredes celulares, se presentes, não con-têm peptideoglicanas).

3. Eucarya, que inclui os seguintes:

• Protista (fungos gelatinosos, protozoários e algumasalgas).

• Fungi (leveduras unicelulares, bolores multicelula-res e cogumelos).

• Plantae (inclue musgos, samambaias, coníferas eplantas com flores).

• Animalia (inclui esponjas, vermes, insetos e verte-brados).

A classificação será discutida em maiores detalhes nos Capítu-los 10 a 13.

Uma Breve História daMicrobiologiaA ciência da microbiologia iniciou há apenas algumas cente-nas de anos e, ainda, a recente descoberta de DNA de Myco-bacterium tuberculosis em múmias egípcias de 3.000 anos de ida-de chama a atenção para a presença desses microrganismos pormuito mais tempo ao nosso redor. Na verdade, os ancestrais dasbactérias foram os primeiros seres vivos a aparecer na Terra.Enquanto sabemos relativamente muito pouco a respeito doque os povos mais primitivos pensavam sobre as causas, atransmissão e o tratamento das doenças, a história das poucascentenas de anos passados é melhor conhecida. Examinare-mos, agora, alguns conhecimentos da microbiologia que foramcruciais para o progresso desse campo até o estágio altamentetecnológico, alcançado atualmente.

As Primeiras Observações

Objetivo do Aprendizado• Explicar a importância das observações feitas por Hoo-

ke e van Leeuwenhoek.

Uma das descobertas mais importantes na história da biologiaocorreu em 1665 com o auxílio de um microscópio extrema-mente simples. O inglês Robert Hooke, após observar uma fi-na fatia de cortiça, relatou ao mundo que as menores unidadesvivas eram “pequenas caixas”, ou “células”, como ele as cha-mou. Utilizando sua versão improvisada de um microscópio(que utilizava dois conjuntos de lentes), Hooke foi capaz de vi-

sualizar as células individualmente. A descoberta de Hookemarcou o início da teoria celular – a teoria em que todas as coi-sas vivas são compostas por células. As investigações subseqüen-tes a respeito da estrutura e do funcionamento das células tive-ram essa teoria como base.

Embora o microscópio de Hooke fosse capaz de mostrar ascélulas, ele não possuía as técnicas para a coloração, que teriampermitido que ele visualizasse claramente os micróbios. O co-merciante alemão e cientista amador Antoni van Leeuwe-nhoek foi, provavelmente, o primeiro a realmente observar mi-crorganismos vivos através de lentes de aumento. Entre 1673 e1723, ele escreveu uma série de cartas à Royal Society of Londondescrevendo os “animálculos” que ele via pelo seu modesto mi-croscópio de uma única lente. Van Leeuwenhoek fez desenhosdetalhados sobre os “animálculos” de água da chuva, em líqui-do no qual grãos de pimenta foram submersos e no material re-movido de seus dentes. Esses desenhos foram identificados co-mo representações de bactérias e protozoários (Figura 1.2).

O Debate sobre a Geração Espontânea

Objetivos do Aprendizado• Comparar as teorias da geração espontânea e da bio-

gênese.

• Identificar as contribuições de Needham, Spallanzani,Virchow e Pauster para a microbiologia.

Após van Leeuwenhoek descobrir o mundo previamente exis-tente de microrganismos “invisíveis”, o interesse da comunida-de científica voltou-se para as origens dessas minúsculas coisasvivas. Até a segunda metade do século XIX, muitos cientistas efilósofos acreditavam que algumas formas de vida poderiam apa-recer espontaneamente da matéria morta; eles chamaram esseprocesso hipotético de geração espontânea. Há pouco mais de100 anos, as pessoas facilmente acreditavam que sapos, cobras ecamundongos poderiam nascer de solos úmidos; que moscas po-deriam emergir do estrume; e que larvas de insetos, como larvasde moscas, poderiam surgir a partir de corpos em decomposição.

Evidências Pró e ContraUm forte oponente à geração espontânea, o físico italianoFrancesco Redi, começou em 1668 (antes mesmo da descober-ta da vida microscópica de van Leeuwenhoek) a demonstrarque as larvas de insetos não surgiam espontaneamente de car-nes apodrecidas. Redi encheu três jarras com carne em decom-posição e lacrou-as fortemente. Fez o mesmo com outras trêsjarras semelhantes, deixando-as abertas. As larvas apareceramnas jarras abertas, após moscas entrarem nessas jarras e deposi-tarem seus ovos, mas o conteúdo dentro das jarras lacradas nãoapresentou sinal algum de larvas. Ainda assim, os antagonistasde Redi não estavam convencidos; eles argumentavam que o arfresco era necessário para a geração espontânea. Dessa forma,Redi iniciou um novo experimento, no qual três jarras foramcobertas com uma fina rede, ao invés de serem lacradas. Ne-nhuma larva apareceu nas jarras cobertas com a rede, embora


ar fresco estivesse presente. As larvas apareciam somente sefosse permitido que moscas deixassem seus ovos sobre a carne.

Os resultados de Redi foram um forte golpe no antigo con-ceito de que grandes formas de vida poderiam surgir de formasnão-vivas. No entanto, muitos cientistas ainda acreditavamque pequenos organismos, tais como os “animálculos” de vanLeeuwenhoek, eram suficientemente simples para serem gera-dos a partir de materiais não-vivos.

O caso a favor da geração espontânea dos microrganismosparece ter sido fortalecido em 1745, quando John Needham,um inglês, descobriu que, mesmo após ele aquecer caldos nu-trientes (caldo da galinha ou caldo de milho) antes de colocá-los em frascos cobertos, a solução resfriada era logo abundan-temente ocupada por microrganismos. Needham considerouque os micróbios desenvolviam-se espontaneamente a partirde caldos. Vinte anos mais tarde, Lazzaro Spallanzani, umcientista italiano, sugeriu que os microrganismos do ar teriamprovavelmente entrado nas soluções de Needham, após estasterem sido fervidas. Spallanzani demonstrou que os caldos nu-trientes aquecidos, após terem sido primeiramente lacradosem um frasco, não desenvolviam crescimento microbiano al-gum. Needham respondeu invocando que a “força vital”, ne-cessária para a geração espontânea, tinha sido destruída pelocalor e foi mantida fora dos frascos pelos lacres.

Essa “força vital” imaginária recebeu ainda mais créditopouco tempo após os experimentos de Spallanzani, quandoLaurent Lavoisier mostrou a importância do oxigênio para avida. As observações de Spallanzani foram criticadas com baseno fato de que não havia oxigênio suficiente nos frascos lacra-dos para sustentar a vida microbiana.

A Teoria da BiogêneseA questão estava ainda sem solução em 1858, quando o cien-tista alemão Rudolf Virchow desafiou a geração espontâneacom o conceito da biogênese, que preconizava que células vi-vas poderiam surgir somente a partir de células vivas preexis-tentes. Os argumentos sobre a geração espontânea continua-ram até 1861, quando a questão foi resolvida pelo cientistafrancês Louis Pasteur.

Com uma série de engenhosos e persuasivos experimentos,Pasteur demonstrou que os microrganismos estavam presentesno ar e podiam contaminar soluções estéreis, embora o próprioar por si só não criasse micróbios. Ele encheu vários frascos, quecontinham a extremidade da abertura no formato de um pesco-ço curto, com caldo de carne e ferveu seus conteúdos. Algunsdeles, ele deixou que esfriassem abertos. Em poucos dias, estesfrascos estavam contaminados com micróbios. Os outros frascos,lacrados após a fervura, estavam livres de microrganismos. A

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(c) Desenhos de bactérias

CEN

TIMETERS

12

34

56

78

9

(b) Réplica de um microscópio

Localização da amostra

Lentes

FIGURA 1.2 Observações microscópicas de Antoni van Leeuwenhoek(a) Ao segurar seu microscópio próximo a uma fonte de luz, van Leewenhoek conse-guiu observar organismos vivos que eram muito pequenos para serem vistos a olho nu.(b) A amostra foi colocada na extremidade de um ponto ajustável e visualizada do ou-tro lado através de uma lente minúscula, quase esférica. A maior ampliação possívelcom esse microscópio era cerca de 300X (vezes). (c) Alguns desenhos de bactérias fei-tos por van Leeuwenhoek em 1683. As letras representam vários formatos das bacté-rias. C-D representa a trajetória do movimento observado por van Leeuwenhoek.

■ Van Leeuwenhoek foi a primeira pessoa a visualizar microrganismos que hoje conhece-mos como bactérias e protozoários.

(a) Van Leeuwenhoek usando seu microscópio

partir desses resultados, Pasteur concluiu que os micróbios do areram os agentes responsáveis pela contaminação da matérianão-viva, assim como os caldos nos frascos de Needham.

Pasteur, a seguir, colocou meio de cultura em frascos coma extremidade da abertura no formato de um pescoço longo ecurvou esse pescoço na forma da letra S (Figura 1.3). O con-teúdo desses frascos foi, então, fervido e resfriado. O meio decultura nos frascos não apodreceu e nem mostrou sinais de vi-da, mesmo após meses de espera. O modelo criado por Pasteurpermitia que o ar entrasse no frasco, mas o pescoço curvadoprendia qualquer microrganismo presente no ar e que pudessecontaminar o meio. (Alguns desses frascos originais, os quaisforam lacrados mais tarde, estão em exposição no InstitutoPasteur, em Paris. Assim como o frasco mostrado na Figura 1.3,eles, ainda hoje, não demonstram sinal algum de contamina-ção, mais de 100 anos após o experimento.)

Pasteur demonstrou que os microrganismos podem estarpresentes na matéria não-viva – sobre sólidos, dentro de líqui-dos e no ar. Além disso, ele demonstrou conclusivamente quea vida microbiana pode ser destruída pelo calor e que podemser elaborados métodos para impedir o acesso dos microrganis-mos presentes no ar aos ambientes nutritivos. Essas descober-tas formam a base das técnicas de assepsia, técnicas que impe-dem a contaminação por microrganismos não-desejados e quesão atualmente práticas rotineiras nos laboratórios e em muitosprocedimentos médicos. As técnicas assépticas modernas estãoentre os primeiros e mais importantes conceitos da aprendiza-gem de um microbiologista iniciante.

O trabalho de Pasteur forneceu evidências de que os mi-crorganismos não podem originar-se de forças místicas, presen-tes nos materiais não-vivos. Ao contrário, qualquer apareci-mento de vida “espontânea” em soluções não-vivas pode seratribuído aos microrganismos que já estavam presentes no arou nos próprios fluidos. Os cientistas agora acreditam que umaforma de geração espontânea provavelmente ocorreu na Terraprimitiva, quando a primeira vida surgiu, mas eles concordamque isso não acontece sob as condições ambientais atuais.

A Idade de Ouro da Microbiologia

Objetivos do Aprendizado• Identificar a importância dos postulados de Koch.

• Explicar como os trabalhos de Pasteur influenciaram Lis-ter e Koch.

• Identificar a importância do trabalho de Jenner.

Durante cerca de 60 anos, começando com os trabalhos dePasteur, houve uma explosão de descobertas na microbiologia.O período de 1857 a 1914 foi apropriadamente nomeado aIdade de Ouro da Microbiologia. Durante esse período, rápi-dos avanços, liderados principalmente por Pasteur e RobertKoch, levaram ao estabelecimento da microbiologia comouma ciência. As descobertas durante esses anos incluem tantoos agentes de muitas doenças como o papel da imunidade pa-


FIGURA 1.3 Os experimentos de Pasteur que refutaram a teoria da geração espontânea.Pasteur colocou, em primeiro lugar, caldo de carne em um frasco de pescoço longo. Em seguida, ele

aqueceu o pescoço do frasco e curvou-o no formato da letra S; ferveu o meio por vários minutos. Os mi-crorganismos não surgiram na solução resfriada, mesmo após longos períodos, como você pode ver nesta re-cente fotografia de um dos frascos utilizados por Pasteur em um experimento semelhante.

■ As descobertas de Pasteur formam as bases para as técnicas assépticas, procedimentos que impedem contami-nações por microrganismos indesejáveis.

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ra a prevenção e para a cura das doenças. Durante esse perío-do produtivo, os microbiologistas estudaram as atividades quí-micas dos microrganismos, aperfeiçoaram as técnicas de mi-croscopia e de cultivo dos microrganismos e desenvolveramvacinas e técnicas cirúrgicas. Alguns dos maiores eventos queocorreram durante a Idade de Ouro da Microbiologia estão lis-tados na Figura 1.4.

Fermentação e PasteurizaçãoUma das etapas fundamentais, que estabeleceu a relação entremicrorganismos e doenças, ocorreu quando um grupo de mer-cadores franceses pediu que Pasteur descobrisse porque os vi-nhos e as cervejas azedavam. Eles esperavam desenvolver ummétodo que impedisse a deterioração dessas bebidas, quandoenviadas a longas distâncias. Naquela época, muitos cientistasacreditavam que o ar convertia os açúcares desses fluidos emálcool. Pasteur descobriu, ao contrário, que microrganismos,denominados leveduras, convertiam os açúcares para álcool naausência do ar. Esse processo, denominado fermentação (vejao Capítulo 5, página 132), é utilizado para a produção de vi-nho e cerveja. O azedamento e a danificação são causados pormicrorganismos diferentes chamados de bactérias. Na presen-ça do ar, as bactérias transformam o álcool das bebidas em vi-nagre (ácido acético).

A solução de Pasteur para o problema de danificação foiaquecer a cerveja e o vinho o suficiente para matar a maioriadas bactérias que causavam o estrago; o processo chamado depasteurização é agora rotineiramente utilizado para matarbactérias potencialmente nocivas no leite, bem como em al-gumas bebidas alcoólicas. A demonstração da relação entre adanificação de comidas e microrganismos foi o passo mais im-portante para o estabelecimento da relação entre doenças emicróbios.

A Teoria do Germe da DoençaComo temos observado, o fato de que muitos tipos de doen-ças estão relacionados aos microrganismos era desconhecidoaté relativamente pouco tempo. Antes da época de Pasteur,tratamentos efetivos para muitas doenças foram descobertospelo método da tentativa e do erro, mas as causas dessasdoenças eram desconhecidas.

A descoberta de que as leveduras possuem um papel fun-damental na fermentação foi o primeiro elo de ligação entre aatividade dos microrganismos e as modificações físicas e quími-cas nos materiais orgânicos. Essa descoberta alertou os cientis-tas para a possibilidade de que os microrganismos devem pos-suir uma relação semelhante com plantas e animais – especifi-camente, que os microrganismos podem causar doenças. Essaidéia foi conhecida como a teoria do germe da doença.

A teoria do germe foi um conceito difícil para muitas pes-soas aceitarem naquela época, porque durante séculos acredi-tava-se que a doença era uma punição para crimes ou pecadosindividuais. Quando os habitantes de uma vila inteira ficavamdoentes, as pessoas freqüentemente colocavam a culpa dadoença em demônios que apareciam como odores fétidos dos

detritos ou nos vapores venenosos dos pântanos. Muitas pes-soas nascidas na época de Pasteur achavam inconcebível quemicróbios “invisíveis” poderiam viajar pelo ar e infectar plan-tas e animais ou permanecerem nas roupas e camas para seremtransmitidos de uma pessoa para a outra. Gradualmente, po-rém, os cientistas acumularam as informações necessárias parasuportar a nova teoria do germe.

Em 1865, Pasteur foi chamado para ajudar na batalha con-tra uma doença do bicho-da-seda, que estava arruinando a in-dústria da seda por toda a Europa. Anos antes, em 1835, Agos-tino Bassi, um microscopista amador, havia provado que umaoutra doença do bicho-da-seda era causada por um fungo. Uti-lizando os dados fornecidos por Bassi, Pasteur concluiu que anova infecção era causada por um protozoário. Ele desenvol-veu um método para identificar as larvas do bicho-da-seda queestavam contaminadas.

Em 1860, Joseph Lister, um cirurgião inglês, aplicou a teo-ria do germe para procedimentos médicos. Lister sabia que, nadécada de 1840, o médico húngaro Ignaz Semmelweis haviamostrado que médicos, que naquela época não desinfetavam asmãos, costumeiramente transmitiam infecções (febre às crian-ças recém-nascidas) de uma paciente para outra. Lister tam-bém havia tomado conhecimento a respeito dos trabalhos dePasteur, conectando micróbios às doenças animais. Os desinfe-tantes não eram usados naquele tempo, mas Lister sabia que ofenol (ácido carbólico) matava bactérias. Dessa forma, ele co-meçou a tratar ferimentos cirúrgicos com uma solução de fe-nol. Essa prática reduziu de tal forma a incidência de infecçõese mortes que outros cirurgiões adotaram-na rapidamente. Atécnica de Lister foi um dos primeiros procedimentos médicospara o controle das infecções causadas por microrganismos. Defato, seus estudos provaram que os microrganismos são as cau-sas das infecções cirúrgicas.

A primeira prova de que as bactérias realmente causamdoenças veio de Robert Koch em 1876. Koch, um médico ale-mão, era o jovem rival de Pasteur na disputa para descobrir acausa do antraz, também conhecido popularmente como car-búnculo, uma doença que estava destruindo os rebanhos de ga-do e ovelhas da Europa. Koch descobriu uma bactéria em for-ma de bastão, hoje conhecida como Bacillus anthracis, no san-gue do gado que morrera de antraz. Ele cultivou a bactéria emmeio nutriente e, após, injetou amostras da cultura em animaissadios. Quando esses animais ficaram doentes e morreram,Koch isolou a bactéria de seus sangues e comparou essas novasbactérias com aquelas isoladas originalmente. Ele concluiu queas duas amostras continham a mesma bactéria.

Koch estabeleceu, então, uma série de procedimentos ex-perimentais para relacionar diretamente um micróbio específi-co a uma doença específica. Esses procedimentos são conheci-dos hoje em dia como os postulados de Koch (veja a Figura14.3 na página 414). Durante os últimos 100 anos, esses mes-mos procedimentos têm sido de grande ajuda, provando quemicrorganismos específicos causam muitas doenças. Os postu-lados de Koch, suas limitações e suas aplicações nas doençasserão discutidos mais detalhadamente no Capítulo 14.

MICROBIOLOGIA 9


FIGURA 1.4 Marco inicial na microbiologia, ressaltando os principais acontecimentos que ocorreram durante a Idade deOuro da Microbiologia. Um asterisco indica um vencedor do Prêmio Nobel.

■ A Idade de Ouro da Microbiologia é assim chamada porque, durante esse período, numerosas descobertas levaram ao estabelecimento da micro-biologia como ciência.

TK 01009

*Deisenhofer, Huber, Michel—Pigmentos fotossintéticos bacterianosCano—Relatou ter cultivado bactérias de 40 milhões de anos

*Prusiner—Prions

IDADE DE OURO DAMICROBIOLOGIA

185718611864

18671876

18791881

1882

18831884

18871889

1890

189218981910

198819941997

1928

19341935

19411943

19441946

19531957

19591962

19641971

19731975

1978

198119821983

*Fleming, Chain, Florey—PenicilinaGriffith—Transformação bacterianaLancefield—Antígenos de estreptocócicos

*Stanley, Northrup, Summer—Cristalização de vírusBeadle e Tatum—Relação entre genes e enzimas

*Delbrück e Luria—Infecção viral bacterianaAvery, MacLeod, McMarty—O DNA é o material genético

Lederberg e Tatum—Conjugação bacteriana*Watson e Crick—Estrutura do DNA

*Jacob e Monod—Regulação da síntese protéicaStewart—Causa viral do câncer

*Edelman e Porter—AnticorposEpstein, Achong, Barr—Vírus Epstein-Barr como causa de câncer humano

*Nathans, Smith, Arber—Enzimas de restrição (usadas na engenharia genética)Berg, Boyer, Cohen—Engenharia genética

Dulbecco, Temin, Baltimore—Transcriptase reversaWoese-Archaea; *Arber, Smith, Nathans—Endonucleases de restrição

*Mitchell—Mecanismo quimiostáticoMargulis—Origem das células eucarióticas

*Klug—Estrutura do vírus do mosaico do tabaco*McClintock—Transposons

16651673

17351798

183518401853

Louis Pasteur (1822-1895)

Robert Koch (1843-1910)

Rebecca C. Lancefield (1895-1981)

Pasteur—FermentaçãoPasteur—Refutou a geração espontânea

Pasteur—PasteurizaçãoLister—Cirurgia asséptica

*Koch—Teoria do germe da doençaNeisser—Neisseria gonorrhoeae

*Koch—Culturas purasFinley—Febre amarela

*Koch—Mycobacterium tuberculosisHess—Ágar: meio sólido

*Koch—Vibrio cholerae *Metchnikoff—Fagocitose

Gram—Método Gram de coloração bacterianaEscherich—Escherichia coli

Petri—Placas de PetriKitasato—Clostridium tetani*von Bering—Toxina contra a difteria*Ehrlich—Teoria da imunidadeWinogardsky—Ciclo do enxofreShiga—Shigella dysenteriaeChagas—Trypanosoma cruzi; *Ehrlich—Sífilis

Hooke—Primeira observação das célulasvan Leeuwenhoek—Primeira observação dos microrganismos vivos

Linnaeus—Nomenclatura para os microrganismosJenner—Primeira vacina

Bassi—Fungos do bicho-da-sedaSemmelweis—Febre das crianças recém-nascidas

DeBary—Doenças em plantas causadas por fungos

VacinaçãoFreqüentemente, um tratamento ou uma medida preventiva édesenvolvido antes que os cientistas saibam como funciona. Avacina contra a varíola é um exemplo disso. Em 4 de maio de1796, quase 70 anos antes de Koch estabelecer que um micror-ganismo específico era o causador do antraz, Edward Jenner,um jovem médico britânico, iniciou um experimento para en-contrar uma maneira de proteger as pessoas contra a varíola.

As epidemias de varíola eram muito temidas. A doençaaparecia periodicamente por toda a Europa, matando milharese liquidou 90% dos nativos na Costa Oeste norte-americanaquando os colonizadores europeus levaram a infecção para oNovo Mundo.

Quando uma jovem que trabalhava na ordenha de vacasinformou a Jenner que ela não contrairia varíola porque já ha-via estado doente de vacínia – uma doença muito mais amenaque a varíola – ele decidiu testar a história da garota. Primeiro,Jenner coletou amostras das feridas de vacínia. Ele, então, ino-culou um voluntário saudável de 8 anos de idade com o mate-rial retirado das feridas de vacínia por meio de pequenos arra-nhões no braço do garoto com uma agulha contaminada. Osarranhões deram origem às bolhas, típicas da doença. Em pou-cos dias, o voluntário estava medianamente doente, mas se re-cuperou rapidamente e nunca mais contraiu vacínia nem va-ríola. O processo foi chamado de vacinação, da palavra latinavacca, significando gado. Pasteur deu esse nome em homena-gem ao trabalho de Jenner. A proteção contra uma doença for-necida pela vacinação (ou pela recuperação da própria doen-ça) é chamada de imunidade. Discutiremos os mecanismos deimunidade no Capítulo 17.

Anos após os experimentos de Jenner, em aproximada-mente 1880, Pasteur descobriu como funcionava a vacina-ção. Ele descobriu que a bactéria que causava a cólera nasaves domésticas perdia a capacidade de causar a doença (per-dia a virulência ou tornava-se avirulenta) depois que era man-tida por longos períodos no laboratório. Entretanto, este eoutros microrganismos com virulência diminuída eram capa-zes de induzir imunidade contra infecções subseqüentes deseus companheiros virulentos. A descoberta desse fenômenoforneceu a chave para o sucesso do experimento de Jennercom vacínia. Ambas, vacínia e varíola, são causadas por ví-rus. Mesmo que o vírus que causa vacínia não seja um deriva-do do vírus da varíola produzido em laboratório, sua seme-lhança com o vírus da varíola é tão grande que ele pode indu-zir imunidade para ambas as viroses. Pasteur utilizou o termovacina para as culturas de microrganismos avirulentos, utiliza-das para inoculação preventiva.

O experimento de Jenner foi o primeiro que ocorreu nacultura ocidental que utilizou um agente viral vivo – o vírusda vacínia – para produzir imunidade. Na China antiga, osmédicos imunizavam seus pacientes pela remoção de escamasde pústulas ressecadas de pessoas que estavam sofrendo de ca-sos moderados de varíola, transformavam essas escamas emum pó fino e inseriam esse pó nas narinas das pessoas para se-rem protegidas.

Algumas vacinas ainda são produzidas a partir de linha-gens avirulentas de micróbios, que produzem imunidade con-tra as linhagens virulentas. Outras vacinas são feitas a partir demicróbios mortos, de componentes isolados dos microrganis-mos virulentos ou pelas técnicas de engenharia genética.

O Nascimento da QuimioterapiaModerna: Sonhos de uma “Bala Mágica”

Objetivo do Aprendizado• Identificar as contribuições de Ehrlich e Fleming para a

microbiologia.

Após ter sido estabelecida a relação entre microrganismos edoenças, os médicos microbiologistas direcionaram suas pes-quisas para as substâncias que poderiam destruir os microrga-nismos patogênicos sem prejudicar os animais infectados ou osseres humanos. O tratamento das doenças utilizando substân-cias químicas é chamado de quimioterapia. (Esse termo tam-bém refere-se geralmente ao tratamento químico de doençasnão-infecciosas como o câncer.) Os agentes quimioterápicospreparados de produtos químicos em laboratório são chamadosde drogas sintéticas. Os químicos produzidos naturalmente porbactérias ou fungos, para atuar contra outros microrganismos,são chamados de antibióticos. O sucesso da quimioterapia temcomo base o fato de que alguns químicos são mais venenosospara os microrganismos que para os hospedeiros infectados poresses micróbios. A terapia antimicrobiana será discutida deta-lhadamente no Capítulo 20.

A Primeira Droga SintéticaPaul Ehrlich, um médico alemão, foi o pensador criativo quedisparou o primeiro tiro na revolução da quimioterapia. Co-mo estudante de medicina, Ehrlich especulou a respeito deuma “bala mágica”, que poderia combater e destruir um pató-geno, sem prejudicar o hospedeiro infectado. Ehrlich lançou-se à procura dessa bala. Em 1910, após testar centenas desubstâncias, ele encontrou um agente quimioterápico chama-do de salvarsan, um derivado de arsênico, efetivo no combateà sífilis. O agente foi chamado de “salvarsan” por ter sidoconsiderado como salvação para a sífilis e por conter arsêni-co. Antes da sua descoberta, o único composto químico co-nhecido no arsenal médico europeu era um extrato retiradoda casca de uma árvore sul-americana, quinino, que havia si-do utilizado pelos conquistadores espanhóis no tratamento damalária.

No final da década de 30, os pesquisadores haviam desen-volvido várias outras drogas sintéticas que podiam destruir mi-crorganismos. Muitas dessas drogas eram derivadas de coran-tes. Isso aconteceu porque microbiologistas procurando poruma “bala mágica” testavam rotineiramente os corantes sinte-tizados e produzidos para tecidos procurando propriedades an-timicrobianas. Além disso, as sulfonamidas (drogas derivadas dasulfa) foram sintetizadas no mesmo período.

MICROBIOLOGIA 11

Um Afortunado Acidente: os AntibióticosEm contraste às drogas derivadas da sulfa, que foram desen-volvidas deliberadamente a partir de uma série de compostosquímicos industriais, o primeiro antibiótico foi descobertopor acidente. Alexander Fleming, um médico e bacteriolo-gista escocês, quase estava descartando algumas culturas emplacas que haviam sido contaminadas por fungos. Felizmen-te, ele resolveu observar novamente o curioso padrão decrescimento nas placas contaminadas. Havia uma área claraao redor do fungo, onde a cultura de bactéria havia sido ini-bida (Figura 1.5). Fleming estava observando um tipo de fun-go que podia inibir o crescimento da bactéria. O fungo foi,mais tarde, identificado como Penicillium notatum e, em1928, Fleming nomeou o inibidor ativo do fungo de penicili-na. Assim, a penicilina é um antibiótico produzido por umfungo. A enorme utilidade da penicilina não foi aparente atéa década de 40, quando foi finalmente, testada clinicamentee produzida em grande escala.

Desde as descobertas iniciais dos antibióticos, muitos ou-tros foram desenvolvidos. Infelizmente, os antibióticos eoutras drogas quimioterápicas não estão livres de problemas.Muitos químicos antimicrobianos são muito tóxicos para osseres humanos para serem aplicados; matam os micróbios pa-togênicos, mas também prejudicam o hospedeiro infectado.Por razões que serão discutidas posteriormente, a toxicidadepara o homem é um problema específico no desenvolvimen-to de drogas para o tratamento de doenças virais. O cresci-

mento viral depende dos processos vitais de células normaisdo hospedeiro. Portanto, existem poucas drogas antiviraisusadas com sucesso, uma vez que uma droga que interfere nareprodução viral provavelmente afeta também as células sau-dáveis do organismo.

Um outro grande problema associado com as drogas anti-microbianas é o aparecimento e a dispersão de variedades no-vas de microrganismos que são resistentes aos antibióticos.Com o passar dos anos, mais e mais micróbios têm desenvolvi-do resistência aos antibióticos, que, durante um certo tempo,foram bastante efetivos. A resistência a drogas resulta de mu-danças genéticas nos micróbios que os torna tolerantes a umacerta quantidade de antibiótico, que normalmente inibiria oseu crescimento (veja o quadro no Capítulo 24, página 688).Essas mudanças podem incluir a produção de certos químicospelos micróbios (enzimas), que inativam os antibióticos, as tro-cas na superfície de um micróbio, que impedem que um anti-biótico se associe à sua membrana ou o impedimento do anti-biótico de alcançar o interior do micróbio.

O recente aparecimento de microrganismos resistentes àvancomicina, como Staphylococcus aureus e Enterococcus faeca-lis, está alarmando os profissionais de saúde, porque indica quealgumas infecções bacteriológicas que são hoje tratáveis, embreve poderão não responder ao uso de antibióticos.

Progressos Recentes na Microbiologia

Objetivo do Aprendizado• Definir bacteriologia, micologia, parasitologia, imunolo-

gia, virologia e genética microbiana.

• Explicar a importância da tecnologia do DNA recombi-nante.

A questão da solução da resistência a drogas, a identificação devírus e o desenvolvimento de vacinas requerem técnicas depesquisa sofisticadas e estudos correlacionados, que nunca fo-ram imaginados nos dias de Koch e Pasteur.

O trabalho de base, realizado durante a Idade de Ouro daMicrobiologia, forneceu a base para as descobertas do séculoXX (Tabela 1.1). Novos ramos da microbiologia foram desen-volvidos, incluindo a imunologia e a virologia. Mais recente-mente, o desenvolvimento de um conjunto de métodos novosdenominados tecnologia do DNA recombinante tem revolu-cionado a pesquisa e as aplicações práticas em todas as áreas damicrobiologia.

Bacteriologia, Micologia e ParasitologiaA bacteriologia, o estudo das bactérias, começou com a pri-meira observação dos raspados de dentes de van Leeuwenhoek.Novas bactérias patogênicas ainda estão sendo descobertas re-gularmente. Muitos bacteriologistas, como o seu predecessorPasteur, ainda examinam o papel das bactérias nos alimentos eno ambiente. Uma intrigante descoberta surgiu em 1997,


FIGURA 1.5 Descobrindo antibióticos. O antibiótico secretadopelo fungo Penicillium durante o seu crescimento inibiu o crescimentoda bactéria Staphylococcus aureus.

■ Novos organismos produtores de antibióticos são descobertos ao seexaminar áreas de inibição ao redor das colônias.

Bactérias

Bactérias inibidas

Colônia de Penicillium

quando Heide Schulz descobriu uma bactéria grande o sufi-ciente para ser vista a olho nu (0,2 mm de comprimento). Es-sa bactéria, que ela chamou de Thiomargarita namibiensis, habi-ta os lodos da costa africana. A Thiomargarita é incomum devi-do ao seu tamanho e seu nicho ecológico, pois ela consomeácido sulfídrico, que seria tóxico para os animais que habitamo lodo (Figura 11.26 na página 331).

A micologia, o estudo dos fungos, inclui os ramos da me-dicina, da agricultura e da ecologia. Lembre-se de que os traba-lhos de Bassi, que levaram à teoria do germe da doença, foramfeitos com um fungo patogênico. As taxas de infecções porfungos aumentaram na última década, representando 10% dasinfecções hospitalares adquiridas. Acredita-se que mudançasclimáticas e ambientais (estiagens severas) sejam as responsá-

MICROBIOLOGIA 13

Emil A. von Behring 1901 Alemanha Desenvolveu a toxina contra difteria

Ronald Ross 1902 Inglaterra Descobriu como a malária é transmitida

Robert Koch 1905 Alemanha Cultivou a bactéria da tuberculose

Paul Ehrlich 1908 Alemanha Desenvolveu teorias sobre a imunidade

Elie Metchnikoff 1908 Rússia Descreveu a fagocitose, a ingestão de materiais sólidos pelascélulas

Alexander Fleming, 1945 Escócia Descobriram a penicilinaErnst Chain e InglaterraHoward Florey

Selman A. Waksman 1952 Ucrânia Descobriu a estreptomicina

Hans A. Krebs 1953 Alemanha Descobriu os passos químicos do ciclo de Krebs no metabolismode carboidratos

John F. Enders, 1954 Estados Unidos Cultivaram poliovírus em cultura de célulasThomas H. Weller eFrederick C. Robins

Joshua Lederberg, 1958 Estados Unidos Descreveram o controle genético das reações bioquímicasGeorge Beadle eEdward Tatum

James D. Watson, 1962 Estados Unidos Identificaram a estrutura física do DNAFrances H. C. Crick e InglaterraMaurice A. F. Wilkins Nova Zelândia

François Jacob, 1965 França Descreveram como a síntese protéica é regulada na bactériaJacques Monod e André Lwoff

Robert Holley, 1968 Estados Unidos Descobriram o código genético para os aminoácidosHar Gobin Khorana e ÍndiaMarshall W. Nirenberg Estados Unidos

Max Delbrück, 1969 Alemanha Descreveram o mecanismo da infecção viral nas bactériasAlfred D. Hershey e Estados UnidosSalvador E. Luria Itália

Gerald M. Edelman e 1972 Estados Unidos Descreveram a natureza e a estrutura dos anticorposRodney R. Porter Inglaterra

Renato Dulbecco, 1975 Estados Unidos Descobriram a transcriptase reversa e descreveram como osHoward Temin e vírus de RNA podem causar o câncerDavid Baltimore

Daniel Nathans, 1978 Estados Unidos Descreveram a ação das enzimas de restrição (atualmenteHamilton Smith e Estados Unidos utilizadas na engenharia genética)Werner Arber Suíça

TABELA 1.1 Prêmios Nobel pela pesquisa em Microbiologia

Ano de País de Nobel Laureados Apresentação Nascimento Contribuição

(continua)

veis por um aumento de 10 vezes nos casos de infecções porCoccidioides immitis na Califórnia. Atualmente, estão sendo in-vestigadas novas técnicas para o diagnóstico e o tratamento deinfecções fúngicas.

Parasitologia é o estudo dos protozoários e dos vermes pa-rasitas. Devido ao fato de muitos vermes parasitas serem gran-des o bastante para serem visualizados sem o uso do microscó-pio, eles são conhecidos há milhares de anos. Uma hipótese é

que o símbolo da medicina, o caduceus, represente a remoçãodos vermes parasitas da Guiné (Figura 1.6).

Novas doenças parasitárias de humanos vêm sendo desco-bertas à medida que trabalhadores se expõem enquanto lim-pam florestas. Doenças parasitárias, previamente desconheci-das, também estão sendo encontradas em pacientes cujos siste-mas imunes foram debilitados por transplantes de órgãos, qui-mioterapia contra o câncer e AIDS.


Peter Mitchell 1978 Inglaterra Descreveu o mecanismo quimiostático para a síntese de ATP

Paul Berg 1980 Estados Unidos Realizou experimentos de processamento de genes(engenharia genética)

Walter Gilbert 1980 Estados Unidos Descobriu um método para o seqüenciamento de DNA

Aaron Klug 1982 África do Sul Descreveu a estrutura do vírus do mosaico do tabaco (TMV)

Barbara McClintock 1983 Estados Unidos Descobriu os transposons (pequenos segmentos de DNA quepodem se mover de uma região de DNA de uma moléculapara outra)

César Milstein, 1984 Argentina Desenvolveram uma técnica para a produção de anticorposGeorges J. F. Köhler e Alemanha monoclonais (anticorpos únicos e puros)Niels Kai Jerne Dinamarca

Susumu Tonegawa 1987 Japão Descreveu a genética da produção dos anticorpos

Johann Deisenhofer, 1988 Alemanha Descreveram a estrutura dos pigmentos fotossintéticosRobert Huber e bacterianos Harmut Michel

J. Michael Bishop e 1989 Estados Unidos Descobriram os genes causadores do câncer, chamados deHarold E. Varmus oncogenes

Joseph E. Murray e 1990 Estados Unidos Realizaram o primeiro transplante de órgãos com sucesso, E. Donnall Thomas com a utilização de agentes imunossupressivos

Edmond H. Fisher e 1992 Estados Unidos Descobriram as proteínas quinases, enzimas que regulam o Edwin G. Krebs crescimento celular

Richard J. Roberts e 1993 Grã-Bretanha Descobriram que os genes podem estar separados em dife-Phillip A. Sharp Estados Unidos rentes segmentos de DNA

Kary B. Mullis 1993 Estados Unidos Descobriu a reação em cadeia da polimerase para amplificar(copiar) DNA

Michael Smith 1993 Canadá Descobriu uma técnica para modificar o DNA para produzirnovas proteínas.

Alfred Gilman e 1994 Estados Unidos Identificaram as proteínas G, as quais traduzem e integramMartin Rodbell sinais externos que afetam uma grande variedade de ativida-

des biológicas

Peter C. Doherty e 1996 Austrália Descobriram como as células T citotóxicas reconhecem asRolf M. Zinkernagel Suíça células infectadas com vírus antes de destruí-las

Stanley B. Prusiner 1997 Estados Unidos Descobriu e nomeou as partículas proteináceas infecciosas(prions) e demonstrou a relação entre os prions e as doenças neurológicas fatais em humanos e animais.

Leland H. Hartwell, 2001 Estados Unidos Descobriram os genes que codificam as proteínas que regulamPaul M. Nurse e e a divisão celularR. Timothy Hunt Grã-Bretanha

TABELA 1.1 Prêmios Nobel pela pesquisa em Microbiologia (Continuação)

Ano de País de Nobel Laureados Apresentação Nascimento Contribuição

A Bacteriologia, a micologia e a parasitologia estão atra-vessando atualmente a “era de ouro da classificação”. Avançosrecentes na genômica, o estudo de todos os genes de um orga-nismo, têm permitido aos cientistas classificar bactérias e fun-gos de acordo com suas relações genéticas com outras bacté-rias, fungos e protozoários. Anteriormente, esses microrganis-mos eram classificados segundo um número limitado de carac-terísticas visíveis.

ImunologiaA imunologia, o estudo da imunidade, na verdade, pode serdatada na cultura ocidental, à primeira vacina de Jenner, em1796. Desde então, o conhecimento sobre o sistema imunetem sido acumulado sem parar e expandiu-se rapidamente du-rante o século XX. Atualmente, estão disponíveis vacinas paravárias doenças, incluindo sarampo, rubéola (sarampo alemão),caxumba, catapora, pneumonia, tétano, tuberculose, gripe, co-queluche, poliomielite, hepatite B e doença de Lyme. A vaci-na contra a varíola foi tão eficiente que a doença foi elimina-da. Os órgãos oficiais de saúde pública acreditam que a polio-mielite será erradicada em poucos anos, devido à vacina con-tra a doença. Em 1960, os interferons, substâncias geradas pe-lo próprio sistema imune do organismo, foram descobertos. Ointerferon inibe a replicação dos vírus e tem desencadeadoconsiderável progresso na pesquisa relacionada ao tratamentode doenças virais e do câncer. Atualmente, um dos maiores de-safios dos imunologistas é descobrir como o sistema imune po-de ser estimulado para repelir o vírus responsável pela AIDS,uma doença que destrói o sistema imune.

Um grande avanço na imunologia ocorreu em 1933, quan-do Rebecca Lancefield propôs que os estreptococos fossemclassificados de acordo com os sorotipos (variações dentro deuma mesma espécie), com base em certos componentes da pa-rede celular das bactérias. Os estreptococos são bactérias res-ponsáveis por uma variedade de doenças, como dor de gargan-ta, síndrome do choque tóxico estreptocócico e septicemia. Apesquisa de Lancefield permite a rápida identificação de es-treptococos patogênicos específicos com base em técnicas imu-nológicas.

VirologiaO estudo das viroses, virologia, teve origem na Idade de Ou-ro da Microbiologia. Em 1892, Dmitri Iwanowski relatou queo organismo que causava a doença do mosaico do tabaco eratão pequeno que era capaz de passar através de filtros finos obastante para deter qualquer bactéria até então conhecida.Naquele tempo, Iwanowski não sabia que o organismo emquestão era um vírus no sentido que atualmente entendemosesse termo. Em 1935, Wendell Stanley demonstrou que o or-ganismo, chamado de vírus do mosaico do tabaco (TMV =Tobacco mosaic virus), era fundamentalmente diferente dosdemais micróbios e tão simples e homogêneo que podia sercristalizado como um composto químico. O trabalho de Stan-ley facilitou o estudo da química da estrutura viral. Desde odesenvolvimento do microscópio eletrônico, em 1940, os mi-crobiologistas podem observar a estrutura dos vírus em deta-lhes e, atualmente, muito se sabe sobre a sua estrutura e ati-vidade.

MICROBIOLOGIA 15

FIGURA 1.6 Parasitologia: o estudo dos protozoários e dos vermes parasitas (a)O caduceus, o símbolo da profissão médica, pode ter sido concebido após o procedimento deremoção do parasita verme da Guiné.(b) Um médico retira um verme da Guiné (Dracunculus medininsis) do tecido subcutâneo de umpaciente.

■ Qual a diferença entre bacteriologia, micologia e parasitologia?

(a) (b)

Tecnologia do DNA RecombinanteOs microrganismos podem agora ser geneticamente manipula-dos para produzir grandes quantidades de hormônios humanose outras substâncias médicas urgentemente necessárias. No fi-nal da década de 60, Paul Berg mostrou que fragmentos doDNA de seres humanos ou de animais que codificam proteínasimportantes (genes) podem ser ligados ao DNA de uma bacté-ria. A molécula híbrida resultante foi o primeiro exemplo deDNA recombinante. Quando o DNA recombinante é inseri-do dentro da bactéria (e de outros micróbios), pode ser utiliza-do para produzir grandes quantidades da proteína desejada. Atecnologia que se desenvolveu a partir dessa técnica é chama-da de tecnologia do DNA recombinante ou engenharia gené-tica e teve sua origem em duas áreas relacionadas. A primeira,a genética microbiana, estuda os mecanismos pelos quais osmicrorganismos herdam suas características. A segunda, a bio-logia molecular, estuda especificamente como a informaçãogenética é transmitida nas moléculas de DNA e como o DNAdireciona a síntese das proteínas.

Embora a biologia molecular envolva todos os organismos,muito do nosso conhecimento de como os genes determinamcaracterísticas específicas tem sido revelado por experimentoscom bactérias. Até a década de 30, toda a pesquisa genética ti-nha como base o estudo das células vegetais e animais. Entre-tanto, na década de 40, os cientistas voltaram-se para os orga-nismos unicelulares, principalmente para as bactérias, queapresentavam diversas vantagens para a pesquisa genética epara a bioquímica. Por um lado, as bactérias são menos com-plexas que as plantas e os animais. Por outro lado, o ciclo de vi-da de muitas bactérias se completa em menos de uma hora.Dessa forma, os cientistas podem cultivar um grande númerode indivíduos para estudo em um período de tempo relativa-mente curto.

Desde que a ciência voltou-se para o estudo da vida unice-lular, o progresso na genética começou a ocorrer rapidamente.Em 1941, George W. Beadle e Edward L. Tatum demonstrarama relação entre genes e enzimas. O DNA foi estabelecido comoo material hereditário em 1944 por Oswald Avery, Colin Ma-cLeod e Maclyn McCarty. Em 1946, Joshua Lederberg e Ed-ward L. Tatum descobriram que o material genético podia sertransferido de uma bactéria para outra através de um processochamado de conjugação. Em 1953, James Watson e FrancisCrick propuseram um modelo para a estrutura e replicação doDNA. O início da década de 60 testemunhou uma verdadeiraexplosão de descobertas relacionadas à maneira como o DNAcontrola a síntese protéica. Em 1961, Francis Jacob e JacquesMonod descobriram o RNA mensageiro (ácido ribonucléico),envolvido na síntese de proteínas, e, mais tarde, eles fizeram asmaiores descobertas a respeito da regulação da função dos ge-nes nas bactérias. Durante este mesmo período, os cientistasdesvendaram o código genético e, dessa forma, entenderam co-mo a informação para síntese de proteínas no RNA mensagei-ro se traduzia ou era traduzida na seqüência de aminoácido pa-ra produzir proteínas.

Os Micróbios e o Bem-EstarHumano

Objetivo do Aprendizado• Listar pelo menos quatro atividades benéficas dos mi-

crorganismos.

Como mencionado anteriormente, apenas uma minoria dosmicrorganismos é patogênica. Os micróbios que causam dete-rioração de alimentos, como as partes amolecidas nas frutas enos vegetais, decomposição de carnes, e ranço de gorduras eóleos, também são uma minoria. A grande maioria dos micró-bios é benéfica para os seres humanos, outros animais e plan-tas. As próximas sessões evidenciarão algumas dessas ativida-des benéficas. Nos capítulos finais, discutiremos mais detalha-damente essas características.

Reciclagem de Elementos VitaisAs descobertas feitas por dois microbiologistas na década de1880 formaram a base para o nosso entendimento dos ciclosbioquímicos que garantem a vida na Terra. Martinus Beije-rinck e Sergei Winogradsky foram os primeiros a demonstrarcomo as bactérias ajudam a reciclar os elementos vitais do soloe da atmosfera. A ecologia microbiana, o estudo da relação en-tre microrganismos e seus ambientes, se originou a partir dostrabalhos de Beijerinck e Winogradsky. Atualmente, a ecolo-gia microbiana tem-se ramificado e inclui o estudo de como aspopulações de micróbios interagem com plantas e animais emvários ambientes. Entre as preocupações dos ecologistas micro-biológicos estão a poluição das águas e os químicos tóxicos nomeio ambiente.

Os elementos químicos carbono, nitrogênio, oxigênio, en-xofre e fósforo são essenciais para a vida e são abundantes, masnão necessariamente em formas que podem ser usadas pelos or-ganismos. Os microrganismos são os principais responsáveispela conversão desses elementos em formas que podem ser uti-lizadas pelas plantas e pelos animais. Os microrganismos, prin-cipalmente as bactérias e os fungos, desempenham um papelessencial no retorno do dióxido de carbono para a atmosferaquando decompõem detritos orgânicos, plantas e animais mor-tos. Algas, cianobactérias e plantas superiores usam o dióxidode carbono durante a fotossíntese para produzir carboidratospara animais, fungos e bactérias. O nitrogênio é abundante naatmosfera, mas precisa ser transformado por bactérias para quepossa ser utilizado por plantas e animais. Somente as bactériasconseguem fazer essa conversão naturalmente.

Tratamento de Esgoto: Utilizando Micróbios para Reciclar a ÁguaCom a crescente conscientização da sociedade sobre a necessi-dade de preservar o ambiente, as pessoas estão mais conscien-tes da nossa responsabilidade em reciclar a tão preciosa água e


impedir a poluição dos rios e dos oceanos. Um dos maiores po-luentes são os esgotos, que consistem em excrementos huma-nos, água suja, lixos industriais e produtos da erosão. Os esgo-tos são constituídos de 99,9% de água, com uma pequena fra-ção de 0,01% de sólidos em suspensão. O restante é uma varie-dade de materiais dissolvidos.

As estações de tratamento de esgoto removem os mate-riais não-desejados e os microrganismos nocivos. Os trata-mentos combinam vários processos físicos e químicos com aação de micróbios benéficos. Os sólidos grandes, como papel,madeira, vidro, cascalho e plástico são removidos; o restante écomposto de líquidos e materiais orgânicos que as bactériasconvertem em produtos secundários, como o dióxido de car-bono, os nitratos, os fosfatos, os sulfatos, a amônia, o ácidosulfídrico e o metano. (O tratamento de esgotos será detalha-damente discutido no Capítulo 27.)

Biorremediação: Utilizando Micróbios para LimparPoluentesEm 1988, os cientistas começaram a utilizar micróbios paralimpar poluentes e lixos tóxicos produzidos por vários proces-sos industriais. Por exemplo, algumas bactérias podem, na ver-dade, usar os poluentes que consomem com fontes de energia;outras podem produzir enzimas que convertem toxinas emsubstâncias menos nocivas. Ao utilizar as bactérias dessa ma-neira – um processo denominado biorremediação –, as toxi-nas podem ser removidas de poços subterrâneos, derrames quí-micos, locais de lixo tóxicos, derrames de óleos, tal como o de-sastre da empresa Exxon Valdez em 1989 (veja o quadro noCapítulo 2, página 34). Além disso, as enzimas bacterianassão utilizadas no desentupimento de bueiros, sem a necessida-de de se adicionar químicos nocivos ao ambiente. Em algunscasos, são utilizados microrganismos nativos ao ambiente; emoutros, são aplicados micróbios geneticamente modificados.Entre os micróbios mais utilizados atualmente como biorre-mediadores, estão certas espécies de bactérias do gênero Pseu-domonas e Bacillus. As enzimas de Bacillus também são utiliza-das em detergentes domésticos para a remoção de manchas degordura das roupas.

Controle de Pragas de Insetos por MicrorganismosAlém de espalhar doenças, os insetos podem causar um prejuí-zo devastador nas plantações. Portanto, o controle de pragas deinsetos é importante tanto para a agricultura como para a pre-venção de doenças humanas.

A bactéria Bacillus thuringiensis tem sido extensivamenteutilizada nos Estados Unidos para controlar pragas como a la-garta da alfafa, as pestes do milho, os vermes do repolho, aspragas do tabaco e os gafanhotos que destroem árvores frutífe-ras. Essa bactéria é aplicada nas plantações que esses insetoscomem, ou é comercialmente disponível em uma forma que é

geneticamente modificada no interior das plantas. A bactériaproduz cristais protéicos que são tóxicos ao sistema digestivodos insetos.

Por meio do uso de micróbios, ao invés de produtos quími-cos no controle de insetos, os fazendeiros podem evitar o pre-juízo ao meio ambiente. Muitos inseticidas químicos, como oDTT, permanecem no solo como poluentes tóxicos e acabamsendo incorporados na cadeia alimentar.

Biotecnologia Moderna e EngenhariaGenética

Objetivo do Aprendizado• Listar dois exemplos da biotecnologia que utilizam a en-

genharia genética e dois exemplos que não a utilizam.

Comentamos previamente sobre a utilização comercial dos mi-crorganismos para a produção de alguns alimentos e produtosquímicos comuns. Tal aplicação prática da microbiologia é de-nominada biotecnologia. Embora a biotecnologia venha sendoutilizada, de alguma forma, há séculos, as técnicas se tornarammais sofisticadas nas últimas décadas. Há alguns anos, a biotec-nologia sofreu uma revolução por meio do advento da enge-nharia genética, da utilização da tecnologia do DNA recombi-nante para expandir o potencial de bactérias, vírus, levedurase fungos como miniaturas de fábricas bioquímicas. Culturas decélulas de plantas e animais, bem como plantas e animais in-tactos, também são utilizados como células e organismos re-combinantes.

As aplicações da engenharia genética estão aumentando acada ano. A tecnologia do DNA recombinante tem sido ex-tensivamente utilizada para produzir um grande número deproteínas naturais, vacinas e enzimas. Tais substâncias possuemum grande potencial para uso médico e algumas dessas são des-critas na Tabela 9.1 na página 264.

Um resultado muito importante e excitante das técnicas deDNA recombinante é a terapia gênica – a inserção de um geneperdido ou a substituição de um gene deficiente nas células hu-manas. Essas técnicas utilizam um vírus inofensivo para trans-portar o gene perdido ou a nova cópia do gene nas células dohospedeiro, local onde esse gene será inserido no cromossomoapropriado. Desde 1990, a terapia gênica tem sido utilizada pa-ra tratar pacientes com deficiência da enzima adenosina desa-minase (ADA), uma das causas da doença conhecida comoimunodeficiência associada grave (SCID = severe combined im-munodeficiency disease), em que as células do sistema imune sãoinativadas ou perdidas; a distrofia muscular de Duchenne, umadoença que destrói os músculos; a fibrose cística, uma doençadas porções secretoras das vias respiratórias, do pâncreas, dasglândulas salivares e das glândulas sudoríparas; e a deficiênciade receptores para LDL, uma condição em que os receptores delipoproteína de baixa-densidade (LDL) não podem penetrar nacélula. O LDL permanece em altas concentrações na correntesangüínea, aumentando o risco de aterosclerose e de doença daartéria coronária, uma vez que leva ao aparecimento de placas

MICROBIOLOGIA 17

de gordura nos vasos sangüíneos. Os resultados ainda estão sen-do avaliados. Certas doenças genéticas também poderão ser tra-tadas, no futuro, pela terapia gênica, incluindo a hemofilia, in-capacidade do sangue de coagular normalmente; a diabete, ele-vado nível de açúcar no sangue; anemia falciforme, tipo anor-mal de hemoglobina, que deforma as hemáceas; e um tipo dehipercolesterolemia, altos níveis de colesterol no sangue.

Além das aplicações médicas, a tecnologia do DNA recom-binante também tem sido aplicada na agricultura. Por exemplo,linhagens de bactérias geneticamente alteradas foram desenvol-vidas para proteger as frutas contra os estragos do frio. As bacté-rias também estão sendo modificadas para controlar insetos queestragam plantações e para melhorar a aparência, o sabor e au-mentar a durabilidade de frutas e vegetais nas prateleiras. Poten-ciais utilizações da engenharia genética na agricultura incluemresistência à seca, resistência a insetos e doenças microbianas eaumento na tolerância das culturas a altas temperaturas.

Os Micróbios e as DoençasHumanas

Objetivos do Aprendizado• Definir a microbiota normal e resistência.

• Definir e descrever diversas doenças infecciosas.

• Definir doenças infecciosas emergentes.

Microbiota NormalTodos nós vivemos em um mundo cheio de micróbios, desde onosso nascimento até a morte, e todos possuímos uma grandevariedade de microrganismos sobre e no interior do nosso cor-po. Esses microrganismos fazem parte da nossa microbiota nor-mal ou flora* (Figura 1.7). A microbiota normal tanto podenos causar prejuízo, quanto nos beneficiar. Por exemplo, deter-minadas microbiotas normais nos protegem contra doençasimpedindo o crscimento de micróbios nocivos, enquantooutras produzem substâncias úteis como as vitaminas K e B. In-felizmente, sob determinadas circunstâncias, a microbiota nor-mal pode nos fazer adoecer ou infectar pessoas que temos con-tato. Por exemplo, quando certa microbiota normal sai de seunicho, ela pode causar doença.

Quando um micróbio é bem-vindo para a saúde humana equando ele é um vetor de doenças? A distinção entre saúde edoença é, em grande parte, um balanço entre as defesas natu-rais do corpo e as propriedades de produzir doenças por micror-ganismos. Se o nosso corpo irá ou não reagir às táticas ofensi-vas de um micróbio em particular, dependerá da nossa resis-tência – a habilidade de evitar doenças. Importantes resistên-cias naturais são fornecidas pela barreira da pele, das membra-nas mucosas, dos cílios, do ácido estomacal e dos químicos an-

timicrobianos, como o interferon. Os micróbios podem ser des-truídos pelas células brancas do sangue, pela resposta inflama-tória, pela febre e por respostas específicas do nosso sistemaimune. Algumas vezes, quando as nossas defesas naturais nãoestão suficientemente fortes para combater um invasor, elastêm de ser suplementadas por antibióticos e outras drogas.

Doenças InfecciosasUma doença infecciosa é aquela em que o patógeno invade umhospedeiro suscetível, uma pessoa ou um animal. Nesse processo,ao menos uma parte do ciclo vital do patógeno acontece dentrodo hospedeiro e, como resultado, doenças freqüentemente sur-gem. No final da Segunda Guerra Mundial, muitas pessoas acre-ditavam que as doenças infecciosas estavam sob controle. Elaspensavam que a malária havia sido erradicada pelo uso do inseti-cida DTT para matar os mosquitos transmissores, que uma vacinapreveniria a difteria e que as melhorias nas medidas sanitárias aju-dariam a impedir a transmissão da cólera. A malária está longe deser eliminada. Desde 1986, casos de malária foram identificadosem Nova Jérsei, Califórnia, Flórida, Nova Iorque e Texas, e adoença infecta 300 milhões de pessoas em todo o mundo. Em1994, a difteria reapareceu nos Estados Unidos, trazida por viajan-tes vindos dos estados recentemente independentes da antigaUnião Soviética, que estavam vivenciando uma epidemia massi-va de difteria. A epidemia foi controlada em 1998.

Doenças Infecciosas EmergentesEssas recentes epidemias chamam a atenção para o fato de que asdoenças infecciosas não estão desaparecendo, mas parecem estarressurgindo e aumentando. Além disso, um número de novas


* Houve uma época em que as bactérias e os fungos eram considerados plantase, portanto, o termo flora era utilizado.

FIGURA 1.7 Vários tipos de bactérias encontradas comoparte da microbiota normal, dentro da boca humana.

■ A microbiota normal geralmente não é nociva e, em alguns casos, é,na realidade, benéfica.

2 mmMEV

doenças – doenças infecciosas emergentes (DIEs) – surgiu re-centemente. Essas são doenças novas ou modificações de doen-ças já existentes e estão aumentando ou possuem um potencialpara aumentar sua incidência em um futuro próximo. Algunsdos fatores que têm contribuído para o aparecimento das DIEssão as mudanças evolutivas dos organismos existentes, a dissemi-nação de doenças conhecidas em novas regiões geográficas oupopulações, devido aos modernos meios de transporte; e o au-mento da exposição humana a novos e não-usuais agentes infec-ciosos em áreas que estão sofrendo modificações ecológicas, taiscomo desmatamento e construções. O aumento no número deocorrências nos últimos anos ressalta a extensão do problema.

A encefalite do Oeste do Nilo (WNE = West Nile ence-phalitis) é uma doença causada pelo vírus do Oeste do Nilo,que pode causar encefalite (inflamação no cérebro). A WNEfoi diagnosticada pela primeira vez em Uganda, a oeste do Ni-lo, em 1937. Em 1999, o vírus fez sua primeira aparição naAmérica do Norte em seres humanos em Nova Iorque. Até2002, 3.559 pessoas haviam sido infectadas em 37 estados. Ovírus do Oeste do Nilo está agora estabilizado em aves não-mi-gratórias em 42 estados norte-americanos, e a doença foi en-contrada em cavalos em 15 estados. O vírus, que é transporta-do por aves, é transmitido por mosquitos entre as mesmas e pa-ra cavalos e humanos. O vírus do Oeste do Nilo pode ter che-gado aos Estados Unidos em um viajante infectado, em ummosquito ou ave que estava a bordo de um navio.

Em 1996, países de todo o mundo recusaram-se a importarcarne do Reino Unido, e os países do Reino Unido abateramcentenas de milhares de bovinos nascidos após 1988, devido auma epidemia de encefalopatia espongiforme bovina (EEB)ou doença da vaca louca. A EEB chamou a atenção dos micro-biologistas em 1986 como sendo uma perigosa doença causadapor uma proteína infecciosa, chamada de prion. Estudos sugeri-ram que a fonte dessa doença teria sido uma ração de gado pre-parada a partir de ovelhas infectadas com a doença. Os bovi-nos são herbívoros (alimentam-se de plantas), mas o seu cres-cimento e saúde são melhorados pela adição de proteínas à suadieta. A doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD) é uma doençahumana também causada por um prion. A incidência de CJDno Reino Unido é similar à de outros países. Entretanto, até2002, o Reino Unido relatou 138 casos de CJD em seres huma-nos, causados por uma nova variante relacionada com a doen-ça bovina (veja o Capítulo 22, página 633).

Escherichia coli é um habitante normal do intestino grossode vertebrados, incluindo humanos, e a sua presença é benéfi-ca porque ajuda na produção de certas vitaminas e participa nadigestão de alimentos que não seriam digeridos sem a sua pre-sença (veja o Capítulo 25). Entretanto, uma linhagem de E.coli, O157:H7, causa diarréia sangüínea quando presente nointestino. Esta linhagem foi primeiramente identificada em1982 e desde então tem sido tratada como um problema desaúde pública. Atualmente, ela é uma das principais causas dediarréia em todo o mundo. Em 1996, 9.000 pessoas no Japão fi-caram doentes e sete morreram como resultado de uma infec-ção por E. coli O157:H7. O recente aparecimento de E. coli

O157:H7 nos Estados Unidos, associado à contaminação decarnes malcozidas e bebidas não-pasteurizadas, tem chamado aatenção dos oficiais de saúde pública para a necessidade do de-senvolvimento de novos métodos para testar a presença debactérias na alimentação.

Em 1995, infecções causadas por bactérias denominadasbactérias comedoras de carne foram matéria de capa dos prin-cipais jornais. O nome mais correto dessas bactérias, que per-tencem ao grupo invasivo A, é Streptococcus ou IGAS (invasi-ve group A Streptococcus). Há uma tendência de aumento nastaxas de IGAS nos Estados Unidos, na Escandinávia, na Ingla-terra e no País de Gales.

Em 1995, um técnico de laboratório no Congo (Zaire),que apresentava febre e diarréia sangüínea, foi submetido à ci-rurgia por suspeita de perfuração no intestino. Subseqüente àcirurgia, ele teve uma hemorragia e seu sangue começou a coa-gular em seus vasos sangüíneos. Poucos dias após, enfermeirosdo hospital em que o paciente estava sendo tratado desenvol-veram sintomas similares aos seus. Um desses enfermeiros foitransferido para um outro hospital em uma outra cidade. Osfuncionários desse segundo hospital, que cuidaram desse pa-ciente, também desenvolveram os sintomas da doença. Duran-te o período da epidemia, 315 pessoas contraíram a febre he-morrágica do Ebola (FHE), e 75% dessas pessoas morreram. Aepidemia foi controlada quando os microbiologistas instituí-ram o treinamento e a utilização de equipamentos de proteçãoe medidas educativas para a sociedade. Transmissões de pessoapara pessoa ocorrem quando existe contato pessoal íntimo como sangue infectado ou com os fluidos do corpo ou dos tecidos(veja o Capítulo 23 na página 659).

O primeiro vírus Ebola de humanos foi isolado pelos mi-crobiologistas durante os primeiros surtos da doença, no Con-go, em 1976. (O nome Ebola foi dado por causa do Rio Ebola,no Congo.) Em 1994, um único caso de infecção por uma ver-são nova do vírus Ebola ocorreu em Côte d’Ivoire. Em 1989 e1996, surtos, causados por um outro vírus Ebola, ocorreramentre macacos que foram importados para os Estados Unidosdas Filipinas. Esses surtos não foram associados com doençahumana. Os microbiologistas têm estudado muitos animais,mas não descobriram, ainda, o reservatório (fonte) natural dovírus Ebola.

A síndrome pulmonar causada por Hantavirus chamou aatenção pública em 1993 quando duas pessoas, residentes namesma casa, adoeceram e morreram em um intervalo de 5 diasentre as mortes. Os sintomas iniciais eram febre e tosse, que ra-pidamente progrediam para uma deficiência respiratória. Emum mês, 23 novos casos, incluindo dez mortes, foram relatadosna região de Four Corners, sudoeste norte-americano. Os turis-tas, preocupados, começaram a cancelar suas férias para aquelaregião, e os moradores imaginavam quem seriam os próximos acontraírem a doença. Utilizando técnicas, que se tornaram dis-poníveis somente na década de 90, os microbiologistas deter-minaram que a causa da doença foi uma nova forma de vírus,identificada como Hantavirus, denominado vírus Sem Nome(Sin Nombre virus), transmitido por camundongos. (O vírus re-

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cebeu esse nome por causa do Rio Hantaan, na Coréia, onde ovírus foi descoberto). Os pesquisadores desenvolveram um tes-te para identificar rapidamente o vírus e fizeram uma série derecomendações para ajudar a população a reduzir os riscos deexposição a potenciais roedores infectados. Este vírus prova-velmente não é novo. Comparações entre genes de Hantavirussugerem que ele tenha, provavelmente, vindo para a Américado Norte com os primeiros ratos que vieram do Velho Mundo(veja o Capítulo 23).

Também em 1993, um surto de criptosporidiose, transmi-tida por meio do suprimento de água, em Milwaukee, no esta-do norte-americano de Wisconsin, resultou em diarréias emum número estimado de 403.000 pessoas. O microrganismoresponsável por esse surto foi o protozoário Cryptosporidium. Oprimeiro relato do microrganismo como causador de doençasem humanos foi em 1976, e ele é o responsável por mais de30% dos casos de diarréia nos países em desenvolvimento. NosEstados Unidos, a transmissão ocorre através da água potável,de piscinas e de materiais hospitalares contaminados.

A AIDS (ou SIDA = síndrome da imunodeficiência ad-quirida) chamou a atenção do público pela primeira vez em1981 com relatos de Los Angeles, onde alguns jovens homos-sexuais haviam morrido de um tipo previamente raro de pneu-monia, conhecida como pneumonia Pneumocystis. Esses ho-mens teriam sofrido um grave enfraquecimento do sistemaimune, que normalmente combate as doenças infecciosas. Es-ses casos foram rapidamente correlacionados com um númeronão-usual de ocorrências de um raro tipo de câncer, o sarcomade Kaposi, entre homossexuais jovens. Aumentos similares noaparecimento de doenças raras foram encontrados entre os he-mofílicos e consumidores de drogas injetáveis.

Até o final de 2002, cerca de 800.000 pessoas nos EstadosUnidos foram diagnosticadas com AIDS e 50% dessas morre-ram como resultado da doença. Um número muito maior depessoas foi identificado como positivo para a presença do vírusda AIDS em seu sangue. Para 2003, dados oficiais de saúde es-timam que entre 800.000 e 900.000 norte-americanos terãoinfecção por HIV. Em 2002, a Organização Mundial de Saúde(OMS) estimou que mais de 40 milhões de pessoas em todo omundo estão vivendo com HIV/AIDS e que 14.000 novascontaminações ocorrem a cada dia.

Os pesquisadores rapidamente descobriram que a causa daAIDS era um vírus previamente desconhecido (Figura 1.1e).O vírus, agora conhecido como vírus da imunodeficiência hu-mana (HIV), destrói um tipo de células brancas do sangue, oschamados linfócitos CD4, uma das células do sistema de defe-sa do organismo. A doença e a morte resultam da infecção pormicrorganismos ou pelo aparecimento de células cancerosasque, em outras circunstâncias, seriam combatidas pelas defesasnaturais do organismo. Até hoje, a doença tem sido inevitavel-mente fatal, uma vez que os sintomas se manifestem.

Por meio do estudo das características da doença, os mé-dicos pesquisadores descobriram que o HIV poderia ser disse-minado através de relações sexuais, pelo uso de agulhas conta-minadas, pelas mães infectadas para os seus fetos, antes donascimento e pelas transfusões sangüíneas – em resumo, pelo

contato entre os fluidos do corpo de uma pessoa contaminadapara outra. Desde 1985, o sangue utilizado para transfusõestem sido cuidadosamente analisado quanto à presença do HIVe, ainda assim, a transmissão desse vírus por esse método ain-da é possível.

Desde 1994, novos tratamentos vêm aumentando a expec-tativa de vida de pessoas com AIDS. No entanto, cerca de40.000 novos casos ocorrem anualmente nos Estados Unidos.A maioria dos indivíduos com a doença faz parte do grupo depessoas em idade sexualmente ativa, e, pelo fato de parceirosheterossexuais de portadores de AIDS apresentarem alto riscode contrair a doença, os órgãos oficiais de saúde pública estãopreocupados que um número cada vez maior de mulheres egrupos de minorias venham a contrair a AIDS. Em 1997, odiagnóstico começou a aumentar entre as mulheres e os gruposde minorias. Entre os casos de AIDS relatados entre indivíduosentre 13 e 24 anos de idade, 44% eram mulheres e 63% eramnegros.

Nos meses e anos que ainda virão, as técnicas microbioló-gicas continuarão sendo aplicadas para auxiliar os cientistas aentender mais sobre a estrutura do mortal HIV, como é trans-mitido, como se desenvolve nas células e causa a doença, comoas drogas poderão ser direcionadas contra ele e se uma vacinaeficiente poderá ser desenvolvida. Os órgãos oficiais de saúdepública também enfocam a prevenção por meio da educaçãoda população.

A AIDS aparece como uma das maiores ameaças à saúdedeste século, mas não é a primeira grande epidemia de umadoença sexualmente transmissível. A sífilis também foi umadoença epidêmica fatal. Até 1941, a sífilis causava a morte deaproximadamente 14.000 pessoas por ano nos Estados Unidos.Com poucas drogas disponíveis para o tratamento e nenhumavacina para preveni-la, os métodos utilizados para controlar adoença focalizavam principalmente o controle do comporta-mento sexual e o uso de preservativos durante as relações se-xuais. O conseqüente desenvolvimento de drogas para tratar asífilis contribuiu significativamente para impedir a dissemina-ção da doença. De acordo com o Centro de Prevenção e Con-trole de Doenças (CDC), casos oficialmente relatados de sífilisdiminuíram de um alto índice de 575.000 em 1943 para 6.378casos em 2002.

Assim como as técnicas microbiológicas auxiliaram os pes-quisadores a combaterem a sífilis e a varíola, elas ajudarão oscientistas a descobrirem as causas de novas doenças infecciosasemergentes no século XXI. Sem dúvida alguma, novas doençassurgirão. O vírus Ebola e o Hantavirus são exemplos de vírusque podem ter modificado suas habilidades para infectaremnovos hospedeiros. Doenças infecciosas emergentes serão de-talhadamente discutidas no Capítulo 14 na página 425.

As doenças infecciosas podem ressurgir devido ao desen-volvimento de resistência aos antibióticos e pelo uso de mi-crorganismos como armas biológicas (veja o quadro no Capítu-lo 23 na página 648). O fracasso das medidas de saúde públicano controle prévio de infecções resultou em inesperados casosde tuberculose, coqueluche e difteria (veja o Capítulo 24).


Em 4 de outubro de 2001, uma senhora de 63 anos foi hos-pitalizada na Flórida e depois morreu como resultado de umadoença denominada antraz por inalação. Esse foi o primeirocaso da doença desde 1978. Veterinários e pessoas que traba-lham com agricultura correm o risco de contrair o antraz cutâ-neo. Em 2000, um estancieiro foi infectado com antraz quandose desfazia de cinco vacas que haviam morrido da doença. An-traz não é transmitido de pessoa para pessoa. Em 2001, en-quanto mais e mais pessoas contraíam a doença, ficou claroque essas infecções eram causadas por bactérias enviadas porcarta. Ao total, 22 pessoas foram infectadas, sendo que a meta-de foi por antraz por inalação. Esse foi o primeiro caso de trans-missão da doença devido ao uso da bactéria como arma bioló-gica. Você verá no Capítulo 23, página 646, que o antraz é umadoença causada pela bactéria Bacillus anthracis. Esse micróbioteve outro papel importante na história da microbiologia, pois,conforme mencionado antes, em 1877, o médico alemão Ro-

bert Koch estabeleceu a seqüência de passos experimentais queligou o B. anthracis ao antraz, a primeira ocasião em que ummicrorganismo específico foi relacionado a uma doença espe-cífica (veja a Figura 14.3).

* * *As doenças aqui mencionadas são causadas por vírus, bacté-rias, protozoários e prions – tipos de microrganismos. Este livrovai apresentá-lo à enorme variedade de organismos microscó-picos e mostrar como os microbiologistas utilizam técnicas eprocedimentos específicos para estudar os micróbios que cau-sam doenças como a AIDS e a diarréia – e doenças que aindanão foram descobertas. Você também aprenderá sobre as res-postas do corpo às infecções microbianas e os mecanismos pe-los quais certas drogas combatem as doenças infecciosas. Final-mente, você aprenderá a respeito das diversas funções benéfi-cas que os micróbios apresentam no mundo que nos cerca.

MICROBIOLOGIA 21

Os Micróbios em Nossas Vidas (p. 1-2)

1. Os seres vivos, tão pequenos para serem vistos a olho nu, sãodenominados microrganismos.

2. Os microrganismos são importantes para a manutenção do equi-líbrio ecológico na Terra.

3. Alguns microrganismos vivem em seres humanos e em outros ani-mais e são necessários para a manutenção da saúde desses animais.

4. Alguns microrganismos são necessários para a produção de ali-mentos e produtos químicos.

5. Alguns microrganismos causam doenças.

Nomeando e Classificandoos Microrganismos (p. 2-6)

1. No sistema de nomenclatura descrito por Carolus Linnaeus(1735), cada organismo vivo é identificado por dois nomes.

2. Os dois nomes consistem do gênero e do epíteto específico, sen-do ambos sublinhados ou escritos em letras itálicas.

Tipos de Microrganismos (p. 2-5)

Bactérias (p. 2-5)

1. As bactérias são organismos unicelulares. Como não possuemnúcleo, as células são descritas como procarióticas.

2. As três formas básicas de bactérias são os bacilos, os cocos e osespirilos.

3. Muitas bactérias possuem uma parede celular composta por pep-tideoglicanas; dividem-se por fissão binária e muitas delas pos-suem flagelos.

4. As bactérias podem utilizar uma grande variedade de substân-cias químicas para a sua nutrição.

Archaea (p. 5)

1. As arquibactérias são células procarióticas; as paredes celularesnão são compostas por peptideoglicanas.

2. As arquibactérias incluem as metanogênicas, as halofélicas ex-tremas e as termofílicas extremas.

Fungos (p. 5)

1. Os fungos (cogumelos, bolores e leveduras) possuem células eu-carióticas (com um núcleo verdadeiro). Muitos fungos são mul-ticelulares.

2. Os fungos obtêm os nutrientes por meio da absorção de materialorgânico do ambiente em que vivem.

Protozoários (p. 5)

1. Os protozoários são seres eucarióticos unicelulares.

2. Os protozoários obtêm seus alimentos pela absorção ou ingestãoatravés de estruturas especializadas.

Algas (p. 5)

1. As algas são organismos eucarióticos uni ou multicelulares queobtêm sua nutrição por meio da fotossíntese.

2. As algas produzem oxigênio e carboidratos, que são utilizadospor outros organismos.

Vírus (p. 5)

1. Os vírus são entidades acelulares que parasitam as células.

2. Os vírus consistem de um núcleo formado por ácido nucléico(DNA ou RNA) circundado por um envoltório protéico (capsí-deo). Um envelope pode envolver o capsídeo.

Parasitas Animais Multicelulares (p. 5)

1. Os principais grupos de parasitas animais multicelulares são os ver-mes chatos e os redondos, coletivamente chamados de helmintos.

2. Os estágios microscópicos dos ciclos vitais dos helmintos sãoidentificados pelos procedimentos microbiológicos tradicionais.

Classificação dos Microrganismos (p. 5-6)

1. Todos os organismos são classificados em Bacteria, Archaea ouEucarya. Eucarya inclui protistas, fungos, plantas e animais.

RESUMO PARA ESTUDO

Uma Breve História da Microbiologia (p. 6-16)

As Primeiras Observações (p. 6)

1. Robert Hooke observou que amostras de cortiça eram compos-tas de “pequenas caixas”; ele introduziu o conceito de célula(1665).

2. As observações de Hooke forneceram a base para o desenvolvi-mento da teoria celular, o conceito de que todas as coisas vivassão compostas por células.

3. Antoni van Leeuwenhoek, utilizando um microscópio muitosimples, foi o primeiro a observar os microrganismos (1673).

O Debate sobre a Geração Espontânea (p. 6-8)

1. Até a metade de 1880, muitas pessoas acreditavam na geraçãoespontânea, a idéia de que os organismos vivos poderiam surgira partir da matéria não-viva.

2. Francesco Redi demonstrou que larvas de insetos surgiam nacarne em decomposição somente quando moscas depositavamseus ovos sobre a carne (1668).

3. Jonh Needham declarou que os microrganismos poderiam apa-recer espontaneamente em caldos nutrientes fervidos (1745).

4. Lazzaro Spallanzani repetiu os experimentos de Needham e su-geriu que os resultados de Needham eram devido aos microrga-nismos presentes no ar, que entravam em contato com o meionutriente (1765).

5. Rudolf Virchow introduziu o conceito da biogênese: células vi-vas somente podem surgir a partir de células preexistentes(1858).

6. Louis Pasteur demonstrou que os microrganismos estão presen-tes no ar e em todos os lugares e ofereceu provas para a teoria dabiogênese (1861).

7. As descobertas de Pasteur levaram ao desenvolvimento de téc-nicas de assepsia, utilizadas em laboratórios e nos procedimen-tos médicos para prevenir a contaminação pelos microrganis-mos presentes no ar.

A Idade de Ouro da Microbiologia (p. 8-11)

1. Os rápidos avanços na ciência da microbiologia foram obtidosentre 1857 e 1914.

Fermentação e Pasteurização (p. 9)

1. Pasteur descobriu que as leveduras fermentam o açúcar a álcoole que as bactérias podem oxidar o álcool a ácido acético.

2. Um processo de aquecimento, denominado pasteurização, é uti-lizado para matar bactérias em algumas bebidas alcoólicas e noleite.

A Teoria do Germe da Doença (p. 9-11)

1. Agostino Bassi (1835) e Pasteur (1865) mostraram uma forterelação entre os microrganismos e as doenças.

2. Joseph Lister introduziu o uso de um desinfetante para a limpezadas roupas cirúrgicas, a fim de controlar as infecções nas pessoas(década de 1860).

3. Robert Koch provou que os microrganismos causam doenças.Ele utilizou uma série de procedimentos, chamados de postula-dos de Koch (1876), que são utilizados até hoje para provar queum determinado microrganismo causa uma determinada doença.

Vacinação (p. 11)

1. Na vacinação, a imunidade (resistência a uma determinadadoença) é conferida pela inoculação com uma vacina.

2. Em 1798, Edward Jenner demonstrou que a inoculação commaterial de vacínia proporciona imunidade aos seres humanoscontra varíola.

3. Por volta de 1880, Pasteur descobriu que uma bactéria não-vi-rulenta poderia ser utilizada como uma vacina para a cólera emaves domésticas; ele criou a palavra vacina.

4. As vacinas modernas são preparadas a partir de microrganismosnão-virulentos, de patógenos mortos, ou de componentes de pa-tógenos e pela tecnologia do DNA recombinante.

O Nascimento da Quimioterapia Moderna:Sonhos de uma “Bala Mágica” (p. 11-12)

1. Quimioterapia é o tratamento químico de uma doença.

2. Dois tipos de agentes quimioterápicos são drogas sintéticas (quí-micos preparados em laboratório) e antibióticos (substânciasproduzidas naturalmente por bactérias e fungos para inibir ocrescimento de outros microrganismos).

3. Paul Ehrlich utilizou um produto químico contendo arsênico,denominado salvarsan, para o tratamento da sífilis (1910).

4. Alexander Fleming observou que o bolor (fungo) Penicilliuminibia o crescimento de uma cultura de bactérias. Ele chamou oingrediente ativo de penicilina (1928).

5. A penicilina tem sido utilizada clinicamente como antibióticodesde a década de 40.

6. Os pesquisadores estão atacando o problema de resistência dosmicróbios às drogas.

Progressos Recentes na Microbiologia (p. 12-16)

1. Bacteriologia é o estudo das bactérias, micologia é o estudo dosfungos e parasitologia é o estudo dos parasitas e vermes proto-zoários.

2. Os microbiologistas estão usando a genômica, o estudo de todosos genes de um organismo, para classificar as bactérias, fungos eprotozoários.

3. O estudo da AIDS, a análise da ação dos interferons e o desen-volvimento de novas vacinas estão entre os atuais interesses depesquisa na imunologia.

4. As novas técnicas da biologia molecular e da microscopia ele-trônica forneceram ferramentas para o avanço do nosso conhe-cimento na virologia.

5. O desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante tempromovido avanços em todas as áreas da microbiologia.

Os Micróbios e o Bem-Estar Humano (p. 16-18)

1. Os microrganismos degradam plantas e animais mortos e reci-clam os elementos químicos para serem utilizados pelas plantase pelos animais vivos.

2. As bactérias são utilizadas na decomposição da matéria orgânicaem esgotos.

3. A biorremediação é o processo que utiliza as bactérias para lim-par lixos tóxicos.


4. As bactérias que causam doenças em insetos estão sendo utiliza-das no controle biológico das pragas de insetos. Os controlesbiológicos são procedimentos específicos para as pragas e nãoprejudicam o meio ambiente.

5. A utilização dos micróbios na síntese de produtos como alimen-tos e químicos é chamada da biotecnologia.

6. Ao utilizar um DNA recombinante, a bactéria pode produzirsubstâncias importantes como proteínas, vacinas e enzimas.

7. Na terapia gênica, os vírus são utilizados para transportar substi-tutos para os genes defectivos ou perdidos para o interior das cé-lulas humanas.

8. Bactérias geneticamente modificadas são utilizadas na agricul-tura para proteger as plantas contra o frio e contra os insetos epara aumentar o rendimento da produção.

Os Micróbios e as Doenças Humanas (p. 18-21)

1. Todos os indivíduos possuem microrganismos dentro e sobre ocorpo. Eles constituem a microbiota normal ou flora.

2. A capacidade de uma determinada espécie de micróbio causaruma doença e a resistência do organismo hospedeiro são fatoresimportantes para determinar se uma pessoa irá ou não contrairuma doença.

3. Uma doença infecciosa é aquela em que os organismos patogê-nicos invadem um hospedeiro suscetível.

4. Uma doença infecciosa emergente (DIE) é uma nova ou modi-ficada doença que mostra um aumento na sua incidência em umpassado recente ou um potencial para aumento em um futuropróximo.

MICROBIOLOGIA 23

Revisão

1. Como surgiu a idéia da geração espontânea?

2. Alguns defensores da geração espontânea acreditavam que o arera necessário para a vida. Eles pensavam que Spallanzani nãohavia refutado definitivamente a geração espontânea porque elelacrou hermeticamente os seus frascos para manter o ar fora de-les. Como os experimentos de Pasteur abordaram a questão do arsem que os micróbios do ar interferissem em seus experimentos?

3. Discuta brevemente o papel dos microrganismos em cada umadas seguintes situações:

a. Controle biológico de pragas.b. Reciclagem de elementos.c. Microbiota normal.d. Tratamento de esgotos.e. Produção de insulina humana.f. Produção de vacinas.

4. Dentro de quais campos da microbiologia os seguintes cientistasmelhor se enquadram?

5. Faça a correspondência entre os pesquisadores e suas contribui-ções para o avanço da microbiologia.

___ Avery, MacLeod e McCarty (a) Desenvolvimento da___ Beadle e Tatum vacina contra varíola___ Berg (b) Descobriu como o DNA___ Ehrlich controla a síntese de___ Fleming proteínas dentro de uma___ Hooke célula___ Iwanowski (c) Descobriu a penicilina___ Jacob e Monod (d) Descobriu que o DNA___ Jenner pode ser transferido de___ Koch uma bactéria para outra___ Lancefield (e) Refutou a geração___ Lederberg e Tatum espontânea___ Lister (f) O primeiro a caracterizar___ Pasteur um vírus___ Stanley (g) O primeiro a utilizar___ van Leeuwenhoek desinfetantes nos___ Virchow procedimentos cirúrgicos___ Weizmann (h) O primeiro a observar as

bactérias(i) O primeiro a observar

células em material vegetale a nomeá-las

(j) Observou que os vírus erampassíveis de serem filtrados

(k) Provou que o DNA éo material hereditário

(l) Provou que osmicrorganismos podemcausar doenças

(m) Preconizou que as célulasvivas surgem a partir decélulas vivas preexistentes

(n) Mostrou que os genescodificam as enzimas

(o) Misturou DNA animalcom DNA de bactérias

(p) Utilizou bactérias paraproduzir acetona

(q) Utilizou o primeiro agentequimioterápico sintético

(r) Propôs um sistema declassificação para osestreptococos com basenos antígenos das suasparedes celulares

Quem Pesquisou Campo

___ Estudos sobre a biodegradação (a) Biotecnologiade dejetos tóxicos

___ Estudos sobre o agente causador (b) Imunologiada síndrome pulmonar causada (c) Ecologiapor Hantavirus microbiana

___ Estudos sobre a produção (d) Genéticade proteínas humanas microbianapor bactérias (e) Fisiologia

___ Estudos dos sintomas da AIDS microbiana___ Estudos sobre a produção (f) Biologia molecular

de toxinas por E. coli (g) Micologia___ Estudos sobre o ciclo de vida (h) Virologia

de Cryptosporidium___ Desenvolvimento da terapia

gênica para uma doença___ Estudos sobre o fungo

Candida albicans

QUESTÕES PARA ESTUDO

6. O nome de um gênero de uma bactéria é “erwinia” e o epítetoespecífico é “carotovora”. Escreva o nome científico desse orga-nismo corretamente. Utilizando esse nome como um exemplo,explique como os nomes científicos são escolhidos.

7. Faça a correspondência dos seguintes microrganismos às suasdescrições:

8. É possível comprarmos os seguintes microrganismos em uma lo-ja. Forneça uma razão para a compra de cada um deles.

a. Bacillus thuringiensis.b. Saccharomyces.

Múltipla Escolha

1. Qual dos seguintes nomes é um nome científico?

a. Mycobacterium tuberculosis.b. Tubercle bacillus.

2. Qual das seguintes não é uma característica das bactérias?

a. Procariotos.b. Possuem paredes celulares com peptideoglicanas.c. Possuem a mesma forma.d. Dividem-se por fissão binária.e. Possuem a capacidade de se locomover.

3. Qual dos seguintes elementos é o mais importante na teoria dogerme da doença de Koch? O animal demonstra sintomas dadoença quando:

a. O animal entrou em contato com um animal doente.b. O animal apresenta uma diminuição da sua resistência.c. Um microrganismo é encontrado no animal.d. Um microrganismo é inoculado no animal.e. Microrganismos podem ser cultivados a partir do animal.

4. O DNA recombinante é:

a. O DNA na bactéria.b. O estudo de como os genes funcionam.c. O DNA resultante da mistura de genes de dois organismos

diferentes.d. A utilização de bactérias na produção de alimento.e. A produção de proteínas pelos genes.

5. Qual das seguintes definições é a melhor definição para biogê-nese?

a. A matéria não-viva dá origem a organismos vivos.b. Células vivas podem surgir somente a partir de células pree-

xistentes.c. Uma força vital é necessária para a vida.d. O ar é necessário para os organismos vivos.e. Os microrganismos podem ser gerados a partir da matéria

não-viva.

6. Qual das seguintes atividades é uma atividade benéfica dos mi-crorganismos?

a. Alguns microrganismos podem ser utilizados como alimentopelos homens.

b. Alguns microrganismos usam dióxido de carbono.c. Alguns microrganismos fornecem nitrogênio para o cresci-

mento das plantas.d. Alguns microrganismos são utilizados nos processos de trata-

mento de esgoto.e. Todas as alternativas acima.

7. Tem sido dito que as bactérias são essenciais para a existênciada vida na Terra. Qual das seguintes funções seria uma funçãoessencial realizada pelas bactérias?

a. Controle de insetos.b. Fornecimento direto de alimento para o homem.c. Decomposição de material orgânico e reciclagem de elemen-

tos.d. Causadoras de doenças.e. Produção de hormônios de crescimento humano, como a in-

sulina.

8. Qual dos seguintes exemplos é um exemplo de biorremediação?

a. Aplicação de bactérias que degradam óleos em áreas comderrame de óleo.

b. Aplicação de bactérias em uma lavoura para evitar perdascom o frio.

c. Fixação de gases nitrogenados em compostos nitrogenadosassimiláveis pelas plantas.

d. Produção por bactérias de uma proteína humana, como o in-terferon.

e. Todas as alternativas acima.

9. As conclusões de Spallanzani a respeito da geração espontâneaforam criticadas porque Lavoisier havia demonstrado que o oxi-gênio era um componente vital do ar. Qual das seguintes defini-ções é verdadeira?

a. Toda a vida necessita de ar.b. Somente os organismos causadores de doenças necessitam de

ar.c. Alguns micróbios não precisam de ar.d. Pasteur manteve o ar fora em seus experimentos de biogêne-

se.e. Lavoisier estava errado.

10. Qual das seguintes definições sobre E. coli não está correta?

a. A E. coli foi a primeira bactéria causadora de doença identifi-cada por Koch.

b. A E. coli faz parte da microbiota normal dos homens.c. A E. coli é benéfica no intestino humano.d. Uma linhagem patogênica de E. coli causa a diarréia sangüí-

nea.e. Nenhuma das alternativas acima.

Pensamento Crítico

1. Como a teoria da biogênese abriu o caminho para a teoria dogerme da doença?

2. Mesmo que a teoria do germe da doença não tivesse sido de-monstrada até 1876, porque Semmelweis (1840) e Lister (1867)sustentaram a utilização de técnicas de assepsia?

___ Arquibactérias (a) Não são compostos por células___ Algas (b) Parede celular composta por quitina___ Bactérias (c) Parede celular composta por___ Fungos peptideoglicanas___ Helmintos (d) Parede celular composta por celulose;___ Protozoários fotossintética___ Vírus (e) Estrutura celular complexa, sem a

parede celular(f) Animais multicelulares(g) Procariotos sem parede celular de

peptideoglicanos


3. Cite pelo menos três produtos de supermercado feitos por mi-crorganismos. (Dica: o rótulo citará o nome científico do orga-nismo ou incluirá as palavras cultivado, fermentado ou fabricadopor meio de fermentação.)

4. As pessoas acreditavam que todas as doenças microbiológicasseriam controladas no decorrer do século XX. Liste três razõesque justifiquem por que estamos identificando novas doençashoje em dia.

Aplicações Clínicas

1. A ocorrência de artrite nos Estados Unidos é de 1 entre 100.000crianças. Entretanto, 1 entre 10 crianças em Lyme, Connecticut,desenvolveu artrite entre os meses de junho e setembro de 1973.Allen Steere, um reumatologista da Universidade de Yale, inves-tigando os casos de Lyme concluiu que 15% dos pacientes lem-bram de terem sofrido de erupções cutâneas durante seus episó-

dios de artrite e que a doença fora tratada com penicilina. Steereconclui que essa doença era uma nova doença infecciosa e quenão possuía nenhuma causa ambiental, genética ou imunológica.

a. Quais foram os fatores que permitiram Steere chegar às suasconclusões?

b. Qual era a doença?c. Por que a ocorrência da doença foi maior entre os meses de

junho e setembro?

2. Em 1864, Lister observou que os pacientes recuperavam-secompletamente de fraturas simples, mas que fraturas compostastinham “conseqüências desastrosas”. Ele sabia que a aplicaçãode fenol (ácido carbólico) nos campos da cidade de Carlisle evi-tava as doenças no gado. Em 1864, Lister tratou fraturas com-postas com fenol e seus pacientes se recuperaram sem complica-ções. Como o trabalho de Pasteur influenciou Lister? Por que otrabalho de Koch ainda se faz necessário?

MICROBIOLOGIA 25

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