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Microbiologia

A Microbiologia era definida, até recentemente, como a área da ciência que dedica-se ao estudo dos microrganismos, um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células isoladas ou agrupados em diferentes arranjos (cadeias ou massas), sendo que as células, mesmo estando associadas, exibiriam um caráter fisiológico independente.

Assim, com base neste conceito, a microbiologia envolve o estudo de organismos procariotos (bactérias, archaeas), eucariotos inferiores (algas, protozoários, fungos) e também os vírus.

Tipos de microrganismos estudados pelos microbiologistas:

Adaptado de Tortora et al., Microbiology, 8 ed

Bactérias
Bactérias

Archaea
Archaea

Fungos
Fungos

Vírus
Vírus

Algas
Algas

Protozoários
Protozoários

Esta área do conhecimento teve seu início com os relatos de Robert Hooke e Antony van Leeuwenhoek, que desenvolveram microscópios que possibilitaram as primeiras observações de bactérias e outros microrganismos, além de diversos espécimes biológicos. Embora van Leeuwenhoek seja considerado o "pai" da microbiologia, os relatos de Hooke, descrevendo a estrutura de um bolor, foram publicados anteriormente aos de Leeuwenhoek.

Assim, embora Leeuwnhoek tenha fornecido importantes informações sobre a morfologia bacteriana, estes dois pesquisadores devem ser considerados como pioneiros nesta ciência. Recentemente foi publicado um artigo discutindo a importância de Robert Hooke para o desenvolvimento da Microbiologia.



Esquema do microscópio construído por Robert Hooke e um esquema de um fungo observado por este pesquisador.
(Adaptado de Tortora et al., Microbiology - 8 ed)


Réplica do microscópio construído por Leeuwenhoek e de suas ilustrações, descrevendo os "animálculos" observados.
(Adaptado do livro Brock Biology of Microorganisms, 10 Ed., 2003)

Classificação dos seres vivos

Classificação dos seres vivos, de acordo com Whittaker (1969)
Classificação dos seres vivos, de acordo com Whittaker (1969)
(Adaptado de Pommerville, J.C.(2004) Alcamo's Fundamentals of Microbiology)

De acordo com a definição tradicional da microbiologia, esta é uma ciência que até recentemente, era responsável pelo estudo de organismos classificados em três reinos distintos: Monera, Protista e Fungi. No entanto, a partir dos estudos de Carl Woese, a microbiologia passou a estar relacionada a três domínios de seres vivos.

Sistemas de classificação dos seres vivos:

Linnaeus (séc. XVIII): reinos Animal e Vegetal

Haeckel (1866): introdução do reino Protista

Whittaker (1969): 5 reinos, dividos principalmente pelas características morfólogicas e fisiológicas:
Monera: Procariotos
Protista: Eucariotos unicelulares - Protozoários (sem parede celular) e Algas (com parede celular)
Fungi: Eucariotos aclorofilados
Plantae: Vegetais
Animalia: Animais

No entanto, a partir dos estudos de C. Woese (1977), passamos a dispor de um sistema de classificação baseado principalmente em aspectos evolutivos (filogenética), a partir da comparação das sequências de rRNA de diferentes organismos. Com esta nova proposta de classificação, os organismos são agora subdividos em 3 domínios (contendo os 5 reinos), empregando-se dados associados ao caráter evolutivo.

Archaea: Procariotos
Bacteria: Procariotos
Eukarya: Eucariotos


Classificação dos seres vivos, de acordo com Woese (1977)
(Adaptado de Pommerville, J.C.(2004) Alcamo's Fundamentals of Microbiology)
clique para ampliar

A princípio, acredita-se que estes 3 domínios divergiram a partir de um ancestral comum. Provavelmente os microrganismos eucarióticos atuaram como ancestrais dos organismos multicelulares, enquanto as bactérias e archaeas correspondem a ramos que não evoluíram além do estágio microbiano.

Archaea: são organismos procariotos que, freqüentemente são encontrados em ambientes cujas condições são bastante extremas (semelhantes às condições ambientais primordiais na Terra), sendo por isso, muitas vezes considerados como sendo “ancestrais” das bactérias. No entanto, hoje em dia considera-se as archaeas como um grupo “intermediário” entre procariotos e eucariotos.

Muitos destes organismos são anaeróbios, vivendo em locais "inabitáveis" para os padrões humanos - fontes termais (com temperaturas acima de 100°C), águas com elevadíssimos teores de sal (até 5M de NaCl - limite de dissolução do NaCl), em solos e águas extremamente ácidos ou alcalinos (espécies que vivem em pH 0, outras em pH 10) e muitas são metanogênicas.

Genericamente, podemos dizer que as Archaeas definem os limites da tolerância biológica às condições ambientais.

Bacteria

Corresponde a um enorme grupo de procariotos, anteriormente classificados como eubactérias, representadas pelos organismos patogênicos ao homem, e bactérias encontradas nas águas, solos, ambientes em geral.

Dentre estas, temos as bactérias fotossintetizantes (cianobactérias) e outras quimiossintetizantes (E. coli), enquanto outras utilizam apenas substratos inorgânicos para seu desenvolvimento.

Eukarya

No âmbito microbiológico, compreende as algas, protozoários e fungos (além das plantas e animais).

As algas caracterizam-se por apresentarem clorofila (além de outros pigmentos), sendo encontradas basicamente nos solos e águas.

Os protozoários correspondem a células eucarióticas, apigmentados, geralmente móveis e sem parede celular, nutrindo-se por ingestão e podendo ser saprófitas ou parasitas.

Os fungos são também células sem clorofila, apresentando parede celular, realizando metabolismo heterotrófico, nutrindo-se por absorção.

Como mencionado anteriormente, os vírus são também assunto abordado em microbiologia, embora, formalmente, não exibam as características celulares, no sentido de não apresentarem metabolismo próprio, de conterem apenas um tipo de ácido nucléico, etc.

A Microbiologia na atualidade

A definição clássica de "microbiologia" mostra-se bastante imprecisa, e até mesmo inadequada, frente aos dados da literatura publicados nesta última década. Como exemplo pode-se citar duas premissas que já não podem mais ser consideradas como verdade absoluta na conceituação desta área de conhecimento: as dimensões dos microrganismos e a natureza independente destes seres.

Em 1985 foi descoberto um organismo, denominado Epulopiscium fischelsoni que, a partir de 1991, foi definido como sendo o maior procarioto já descrito, exibindo cerca de 500 µm de comprimento. Esta bactéria foi isolada do intestino de um peixe marinho (Surgeonfish, peixe barbeiro ou cirurgião), encontrado nas águas da Austrália e do Mar Vermelho. Além de apresentar dimensões nunca vistas, tal bactéria mostra-se totalmente diferente das demais quanto ao processo de divisão celular, que ao invés de ser por fissão binária, envolve um provável tipo de reprodução vivíparo, levando à formação de pequenos “glóbulos”, que correspondem às células filhas.

Comparação entre o tamanho de uma célula de Epulopiscium e 4 paramécios
Comparação entre o tamanho de uma célula de Epulopiscium e 4 paramécios
(Adaptado do livro Brock Biology of Microorganisms, 10 Ed., 2003)

Mais recentemente, em 1999, outro relato descreve o isolamento de uma bactéria ainda maior, isolada na costa da Namíbia. Esta, denominada Thiomargarita namibiensis, pode ser visualizada a olho nú, atingindo até cerca de 0,8 mm de comprimento e 0,1 a 0,3 mm de largura.

Microscopia de luz polarizada, revelando os grânulos de enxôfre no interior da bactéria Thiomargarita namibiensis.
Microscopia de luz polarizada, revelando os grânulos de enxôfre no interior da bactéria Thiomargarita namibiensis.

Comparação entre a bactéria Thiomargarita namibiensis e uma Drosophila.
Comparação entre a bactéria Thiomargarita namibiensis e uma Drosophila.

Como analisar a questão do tamanho dos microrganismos?

Durante muito tempo se acreditava que o tamanho das bactérias era imposto pelo seu próprio metabolismo, ou seja, se a bactéria aumentasse muito em tamanho, ela seria incapaz de se manter viável e morreria. Tal fato decorre da seguinte dedução: A área superficial da membrana citoplasmática seria o fator limitante para a eficiência das trocas com o meio externo.

Sabendo-se que a área de uma esfera é calculada pela fórmula e que o volume de uma esfera é obtido pela fórmula , a medida que a área aumenta, seu volume aumenta muito mais rapidamente. Assim, se uma bactéria começasse a crescer, aumentando sua área, a proporção área/volume diminuiria. Isto faria com que a célula passasse a apresentar um volume muito grande, sendo que sua área superficial seria insuficiente, em termos de trocas através da membrana, para manter sua viabilidade.

A partir dos isolados de bactérias “gigantes”, o conceito da limitação de tamanho bacteriano vem sendo abandonado, pois não há mais como questionar a existência e viabilidade destas bactérias e, possivelmente, novos relatos serão incorporados, deixando de ser meras curiosidades.

Uma das explicações mais prováveis para tal fato reside na existência de grandes mesossomos nestes tipos bacterianos, refutando assim a hipótese de que tais estruturas seriam meros artefatos de microscopia. Novos estudos vêm sendo realizados, os quais estão trazendo informações sobre outras estratégias desenvolvidas pelos microrganismos para que sobrevivam, quando apresentam dimensões extremamente maiores que os microrganismos "convencionais".

Microrganismos atuando como seres multicelulares

Outro aspecto que vem sendo demonstrado refere-se ao caráter “multicelular” das bactérias. Embora estas exibam a capacidade de sobreviver como uma célula única, realizando os processos metabólicos necessários à sua perpetuação, quando as bactérias encontram-se associadas, formando colônias, ou biofilmes (estruturas rígidas, adesivas, de natureza geralmente polissacarídica, que encontram-se fortemente ancoradas às superfícies, criando um ambiente protegido que possibilita o crescimento microbiano), estas passam a se comportar de forma social, exibindo divisão de tarefas e alterando seu perfil fisiológico de forma a apresentar uma cooperação que reflete-se em diferentes níveis metabólicos.

Sabe-se que muitos genes de virulência são expressos somente quando a densidade populacional atinge um determinado ponto. Da mesma forma, a capacidade de captar DNA do meio externo, a bioluminescência, etc, envolvem a percepção da densidade populacional por parte das bactérias. Este tipo de mecanismo de comunicação é denominado “sensor de quorum” (quorum sensing) e vem sendo amplamente estudado nas mais diferentes áreas da Microbiologia, uma vez que foi descrito tanto para bactérias como para fungos.

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