UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE VETERINÁRIA E ZOOTECNIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA ANIMAL DISCIPLINA: SEMINÁRIOS APLICADOS APLICADOS
MECANISMOS DE MOTILIDADE BACTERIANA Gisely Lázara Prado Santos
Orientador: Prof. Dr. Albenones Albenones José de Mesquita - EVZ/UFG Comitê de Orientação: Profª. Drª. Cíntia Silva Minafra e Rezende - EVZ/UFG Prof. Dr. Francisco de Carvalho Dias Filho- EVZ/UFG
1 INTRODUÇÃO Pesquisas
sobre motilidade - Importância. (MIGNOT, 2007)
Vantagem
ambientes;
de sobrevivê ivência cia sob uma grande varied iedade de
Perm Permititee
as bact bactér éria iass resp respon onde dere rem m à cond condiç içõe õess favo favorá ráve veis is ou desfavoráveis;
Competição
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com outros microrganismos (HARSHEY & MATSUANMA, 1994; HARSHEY, 2003).
1 INTRODUÇÃO Pesquisas
sobre motilidade - Importância. (MIGNOT, 2007)
Vantagem
ambientes;
de sobrevivê ivência cia sob uma grande varied iedade de
Perm Permititee
as bact bactér éria iass resp respon onde dere rem m à cond condiç içõe õess favo favorá ráve veis is ou desfavoráveis;
Competição
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com outros microrganismos (HARSHEY & MATSUANMA, 1994; HARSHEY, 2003).
1 INTRODUÇÃO
Bactérias desenvolve lveram diferentes sist istemas para se locomoverem em vários tipos de superfícies.
Muitas, mas não todas, apresentam motilidade, circunstâncias adequadas.
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em
1 INTRODUÇÃO
O movimento pode ser alcançado por alguns mecanismos:
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mecanismo de enxame ou pulular ou swarming; mecanismo de natação ou swimming; mecanismo de extensão e retração ou twitching; mecanismos de deslizamento sliding e gliding; mecanismo darting.
1 INTRODUÇÃO
Diante
do exposto sobre os mecanismos de motilidade bacteriana objetivou-se no presente trabalho mostrar como estes se desenvolvem e as principais diferenças e particularidades entre as categorias já estudadas
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2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Morfologia e Ultraestrutura bacteriana ORGANELAS
Flagelos
Pili
Fonte: www.sobiologia.com.br Page 6
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos
Principais estruturas responsáveis pela locomoção das bactérias
Características da estrutura Longas; Delgadas; Relativamente rígidas; Apresentam cerca de 20 nm de espessura e 15 a 20 µm de comprimento
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Classificação das bactérias de acordo com número e distribuição dos flagelos: Atríquia; Monotríquias (A); Lofotríquias (B); Anfitríquias (C); Peritríquias (D);
Fonte: UFMG http://celulaseetc.webnode.pt/news/movimento-bacteriano/ Page 8
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Estrutura do flagelo pode ser subdividida em 3 regiões: Corpo Basal - ancora a estrutura do envelope celular e contém o motor; Filamento - estende o comprimento da célula da sua superfície e age como o hélice; Gancho - conecta o corpo basal e o filamento e atua como uma junta universal.
JARRELL & MCBRIDE (2008) Page 9
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Corpo Basal Porção mais complexa do flagelo Bactérias Gram negativas: 4 anéis ligados a um bastão central Anel de L no plano do lipopolissacarídeo da membrana externa; Anel de P no plano do peptidoglicano; Anel de MS localizado dentro e acima da membrana citoplasmática. Bactérias positivas : 2 anéis. Anéis L e P não são encontrados em bactérias Gram-positivas.
JARRELL & MCBRIDE (2008) Page 10
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Corpo Basal
Anel C (citoplasmática), estende-se para o citoplasma e é composto pelo interruptor de três proteínas FliG, FilM e FliN - necessários para a rotação do flagelo e também controlar o sentido de rotação flagelar. JARRELL & MCBRIDE (2008)
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Produção do movimento
Mecanismo de rotação do filamento: velocidades que podem atingir até 270 ou 1100 rps.
Para movimentação dos flagelos não é preciso ATP
A dissipação do gradiente de prótons cria uma força (protomotriz) que gira o flagelo.
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Produção do movimento
Tipos de movimentação de células monotríquias Quando
a rotação é “CWW” (sentido antihorário) , a rotação conduz a bactéria para frente; Quando
a rotação é “CW” (sentido horário) a bactéria move-se no sentido oposto; Em outros casos quando a rotação é “CW” a bactéria move-se para frente mas em outra direção.
Fonte: Adaptado de Madigan, 2003 Page 13
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Produção do movimento
Tipos de movimentação de células peritríquias Rotação
no sentido anti-horário “CCW” movimento para frente Rotação
no sentido horário “CW” - os flagelos se separam e a bactéria passa a vibrar somente Quando
voltam a rotacionar em “CCW” impulsionam a bactéria para frente
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Fonte: Adaptado de Tortora,1998
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Produção do movimento ESTRUTURAS A haste localizada entre o gancho e o anel M tem a capacidade de rodar livremente na membrana citoplasmática.
Anel S fixo na parede celular, sem a possibilidade de rodar.
Os anéis P e L responsáveis pela sustentação o bastão.
Atuação do corpo basal como uma estrutura passiva, possibilidade de girar no interior de um complexo protéico inserido na membrana (semelhante ao estator).
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Produção do movimento MOTOR FLAGELAR
Rotor inclui dispositivo de mudança de rotação do filamento (CCW↔CW).
O rotor composto pelo bastão central, pelo anel M e por um anel C, ligado ao M através da membrana citoplasmática. Estes anéis são formados por várias proteínas (FliG importante); As proteínas MotA e MotB , sendo que MotB também ancora o complexo ao peptideoglicano .
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.1 Flagelos Produção do movimento DESCRIÇÃO As proteínas MotA e MotB emparelhamse em aproximadamente 11 complexos que formam um anel em volta da base do flagelo; No anel MS existem ≈ 35 cópias de FliM; 110 FliN e 30 subunidade de Fli G; Os pares MotA-MotB e a FliG formam um canal protónico transmembranar;
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1.2 Pili
Filamentos longos e delgados;
Principal função: Adesão;
Quase em todas Gram negativos;
Possuem base ligada na membrana plasmática em Gram-positivas e na membrana externa em Gram-negativas; Conhecido como apêndice, denominado pilus F ou fímbria sexual; Pili do tipo IV: mobilidade independente de flagelo (ligado ao movimento “twitching”).
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2 Tipos de mecanismos de motilidade J. Henrichsen pesquisou os mecanismos de motilidade em superfície e identificou seis categorias: swimming, swarming, gliding, twitching, sliding , e darting.
2 primeiros – correlação com a presença de flagelos
Pesquisas sobre as outras 4 formas de motilidade
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2 REVISÃO DE LITERATURA Organelas
Tipos de motilidade
Swarming
Flagelo
Diferenciação celular
Sim
Taxa de expansão da colônia (µm/s)
2-10
Função
Superfície de colonização
Twitching/ social gliding/ motilidade retrátil
Pili Tipo IV
Não
0,06 -0,3
Superfície de colonização, formação de biofilme, desenvolvimento do corpo de frutificação, binfecção do fago, transformação e conjugação
Gliding/ Adventurous gliding
Desconhecido
Não
0,025-10
Superfície de colonização
Sliding/ Espalhamento Page 20
Nenhuma
Não
0,03-6
Superfície de colonização
Gênero da bactériaa Aeromonas, Azospirillum, Bacillus, Clostridium, Escherichia, Proteus, Pseudomonas, Rhodospirillum, Salmonella, Serratia, Vibrio, Yersinia Aeromonas, Acinetobacter, Azoarcus, Bacteroides, Branhamella, Comomonas, Dichelobacter, Eikenella, Kingella, Legionella, Moraxella, Myxococcus, Neisseria, Pasteurella, Pseudomonas, Ralstonia, Shewanella, Streptococcus, Suttonella, Synechocystis, Vibrio, Wolinella Anabaena, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Mycoplasma, Myxococcus, Phormidium, Saprospira, Stigmatella Acinetobacter, Alcaligenes, Bacillus, Escherichia, Flavobacterium, Mycobacterium, Serratia, Streptococcus, Vibrio
TABELA 1. Principais características dos vários tipos de movimentação de superfície
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo swarming
Movimento multicelular de bactérias através da superfície e é realizado por meio de flagelos rotativos helicoidais (KEARNS, 2010);
Tipo de translocação da superfície produzido com a ação do flagelo, mas diferente do swimming (HENRICHSEN,1972).
A maioria das bactérias que realizam este movimento tem um arranjo de flagelos peritríquios (KEARNS & LOSICK, 2003; MERINO et al., 2006).
A síntese de múltiplos flagelos peritríquios é uma adaptação(KEARNS, 2010).
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo swarming
TURNER (2010) realizou um estudo do mecanismo de motilidade swarming em modelos de Escherichia coli;
Quando cultivada em uma superfície rica em nutrientes, úmido, as células se diferenciam do estado vegetativo para o estado swarm: elas alongam, produzem mais flagelos, secretam agentes umectantes, e movem-se através da superfície em pacotes coordenados.
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo swarming
FONTE : Adaptado de Kearns, 2010
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo swiming
É o tipo de translocação superficial produzida através da ação de um flagelo (HENRICHSEN, 1972).
As células se movem individualmente e de forma aleatória da mesma maneira como as bactérias flageladas em montagens molhadas (HENRICHSEN, 1972).
Enquanto swarming é um movimento de um grupo de bactérias o de swimming é individual HARSHEY (2003).
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo swiming
A bactéria é uma “swimme r” se esta se move deformando seu corpo de uma forma periódica.
Não é considerado“nadar”: Polimerização da actina da célula hospedeira por patógenos do gênero Listeria , Flutuação mediada de microrganismos aquáticos tais como as Cyanobacteria . LAUGA & POWERS (2009 )
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo swiming
FONTE : Adaptado de Kearns, 2010
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo twitching
Espécie de translocação de superfície realizada por um mecanismo desconhecido, ocorrendo em ambas bactérias flageladas e não flageladas, mas nunca devido à ação de flagelos (HENRICHSEN, 1972).
É o movimento superficial de bactérias que é realizado pela extensão da pili, que em seguida, se anexa à superfície e posteriormente retrai, puxando a célula mais perto do local de fixação (KEARNS, 2010);
ATP Hidrolise
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo Twitching
Muitas espécies de bactérias, incluindo Pseudomonas aeruginosa , Neisseria gonorrhoeae e Myxococcus xanthus usam o pili tipo IV (TFP) para mover em superfícies (BARKEN et al., 2008; GIBIANSKY et al, 2010).
JIN et al.(2011) relatam em seu trabalho que os TFP estão associados ao modo “tremor” de motilidade coletiva, no qual as células exibem movimentos irregulares aparentemente aleatórios.
Estes pili são cerca de 6 nm de diâmetro e de até 4 µm de comprimento, que são tipicamente encontrados em um ou ambos os pólos da célula.
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo twitching
Percorrer distâncias que são mais longas que a extensão de um pili único as bactérias implantam pilis múltiplos utilizando um mecanismo “cabo-deguerra” (HOLZ, 2010).
Esta forma de movimento trás o fenômeno de deslizamento sociais e formação de corpos de frutificação e também está envolvido na formação de biofilme (Tabela 1).
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo twitching
FONTE : Adaptado de Kearns, 2010
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo sliding
É uma espécie de translocação superficial produzida pelas forças expansivas em uma cultura de crescimento em combinação com propriedades especiais de superfície das células.
Resulta na redução do atrito entre as células e o substrato.
Movimentação lenta e passiva, como uma unidade.
(HENRICHSEN, 1972). Page 31
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo sliding
O mecanismo é realizado pelas forças expansivas de uma colônia de crescimento em combinação com a tensão superficial reduzida (HARSHEY,2003).
É a translocação passiva na superfície que é realizada por crescimento e facilitada por surfactantes tais como lipopeptídeos, lipossacarídeos (LPS), glicolipídeos (KEARNS, 2010).
Embora passivo esse modo de translocação desempenha um papel importante na colonização bacteriana da superfície (RECHT &KOLTER, 2001).
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo sliding
FONTE : Adaptado de Kearns, 2010
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo gliding
É um tipo de translocação na superfície realizada por um mecanismo desconhecido ocorrendo apenas em bactérias não flageladas.
O movimento é contínuo e regular seguindo o eixo longitudinal das células que são predominantemente agregadas em feixes durante o movimento
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(HENRICHSEN, 1972)
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo gliding
Os componentes necessários do mecanismo incluem: 3 proteínas que supostamente constituem um transpotrador transmembrana ATP binding-cassete (GldA, GldF e GldG); 5 lipoproteínas de função desconhecida (GldB, GLDD,GLDH, GldJ e GlgK) 1 proteína da membrana citoplasmática (GldL) 2 proteínas periplásmicas (GldM e GldN).
Algumas destas proteínas formam provavelmente o motor delta, a interrupção de qualquer um dos genes que codificam proteínas pode resultar na perda completa de mobilidade.
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo gliding
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo gliding
No caso deste mecanismo as bactérias são capazes de translocar suavemente em superfícies sólidas ao longo de seu eixo longitudinal na ausência de organelas visíveis.
É definida por uma longa translocação dos corpos sólidos durante a qual a contorção, contração ou alterações peristáltica não são visíveis, a mudança de forma restrita à flexão.
Movimentos de deslizamento nem sempre são regulares, mas intermitentes e hesitantes, com freqüentes mudanças de direção
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(MIGNOT, 2007)
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo gliding
FONTE : Adaptado de Kearns, 2010
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2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo darting
Espécie de translocação de superfície produzida pelas forças expansivas desenvolvido em um agregado de células dentro de uma cápsula comum e resulta na ejeção de células do agregado.
O padrão micromorfológicos é de que as células e agregados de células distribuídas ao acaso com áreas vazias no meio ágar.
Nem pares celulares e nem agregados se movem, exceto durante a ejeção que é observado como uma cintilação no microscópio.
(HENRICHSEN, 1972). Page 39
2 REVISÃO DE LITERATURA 2.2.1 Motilidade do tipo darting
Não existem muitos estudos sobre o mecanismo d arting (KEARNS, 2010).
Darting. Cultura da cepa de Staphylococcus albus e parte da zona de espalhamento. FONTE: Adaptado de Henrichsen,1972 Page 40
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Flagelo primeira estrutura associada à motilidade.
Bactérias possuem outras formas de movimentação com uso de diferentes estruturas.
Movimentação bacteriana também está ligada à formação de biofilmes.
Biofilme as bactérias secretam polissacarídios que promovem a adesão bacteriana, sobrevivência e o próprio movimento.
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3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Por meio do swarming bactérias de diversas espécies tornam-se resistentes a uma ampla gama de antibióticos.
O conhecimento detalhado de todos os mecanismos de motilidade proporciona uma maior compreensão da colonização bacteriana das superfícies e múltiplos pontos de intervenção na infecção bacteriana.
A motilidade desempenha um papel crucial na fisiologia bacteriana.
Bactérias que vivem em diferentes habitats tem necessidade de possuir sistemas de locomoção adaptados ao seu ambiente particular.
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