UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIS ESCOLA DE VETERINRIA E ZOOTECNIA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM CINCIA ANIMAL DISCIPLINA: SEMINRIOS APLICADOS

MECANISMOS DE MOTILIDADE BACTERIANAGisely Lzara Prado Santos

Orientador: Prof. Dr. Albenones Jos de Mesquita - EVZ/UFG Comit de Orientao: Prof. Dr. Cntia Silva Minafra e Rezende - EVZ/UFG Prof. Dr. Francisco de Carvalho Dias Filho- EVZ/UFG

1 INTRODUO

Pesquisas sobre motilidade - Importncia. (MIGNOT, 2007)

Vantagem de sobrevivncia sob uma grande variedade de ambientes; Permite as bactrias responderem condies favorveis ou desfavorveis; Competio com outros microrganismos (HARSHEY & MATSUANMA, 1994; HARSHEY, 2003).

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1 INTRODUO Bactrias desenvolveram diferentes sistemas locomoverem em vrios tipos de superfcies.

para

se

Muitas, mas no todas, apresentam motilidade, circunstncias adequadas.

em

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1 INTRODUO O movimento pode ser alcanado por alguns mecanismos: mecanismo de enxame ou pulular ou swarming; mecanismo de natao ou swimming; mecanismo de extenso e retrao ou twitching; mecanismos de deslizamento sliding e gliding; mecanismo darting.

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1 INTRODUO

Diante do exposto sobre os mecanismos de motilidade bacteriana objetivou-se no presente trabalho mostrar como estes se desenvolvem e as principais diferenas e particularidades entre as categorias j estudadas

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2 REVISO DE LITERATURA

2.1 Morfologia e Ultraestrutura bacterianaORGANELAS Flagelos Pili

Fonte: www.sobiologia.com.brPage 6

2 REVISO DE LITERATURA

2.1.1 Flagelos Principais estruturas responsveis pela locomoo das bactrias

Caractersticas da estrutura Longas; Delgadas; Relativamente rgidas; Apresentam cerca de 20 nm de espessura e 15 a 20 m de comprimento

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2 REVISO DE LITERATURA

2.1.1 Flagelos Classificao das bactrias de acordo com nmero e distribuio dos flagelos: Atrquia; Monotrquias (A);

Lofotrquias (B); Anfitrquias (C); Peritrquias (D);

Fonte: UFMG http://celulaseetc.webnode.pt/news/movimento-bacteriano/Page 8

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2.1.1 Flagelos Estrutura do flagelo pode ser subdividida em 3 regies: Corpo Basal - ancora a estrutura do envelope celular e contm o motor;

Filamento - estende o comprimento da clula da sua superfcie e age como o hlice; Gancho - conecta o corpo basal e o filamento e atua como uma junta universal.

JARRELL & MCBRIDE (2008)Page 9

2 REVISO DE LITERATURA

2.1.1 Flagelos Corpo Basal Poro mais complexa do flagelo Bactrias Gram negativas: 4 anis ligados a um basto central Anel de L no plano do lipopolissacardeo da membrana externa; Anel de P no plano do peptidoglicano; Anel de MS localizado dentro e acima da membrana citoplasmtica. Bactrias positivas : 2 anis. Anis L e P no so encontrados em bactrias Gram-positivas. JARRELL & MCBRIDE (2008)Page 10

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2.1.1 Flagelos Corpo Basal Anel C (citoplasmtica), estende-se para o citoplasma e composto pelo interruptor de trs protenas FliG, FilM e FliN - necessrios para a rotao do flagelo e tambm controlar o sentido de rotao flagelar. JARRELL & MCBRIDE (2008)

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2.1.1 Flagelos Produo do movimento Mecanismo de rotao do filamento: velocidades que podem atingir at 270 ou 1100 rps.

Para movimentao dos flagelos no preciso ATP A dissipao do gradiente de prtons cria uma fora (protomotriz) que gira o flagelo.

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2 REVISO DE LITERATURA2.1.1 Flagelos Produo do movimento Tipos de movimentao de clulas monotrquiasQuando a rotao CWW (sentido antihorrio) , a rotao conduz a bactria para frente;Quando a rotao CW (sentido horrio) a bactria move-se no sentido oposto; Em outros casos quando a rotao CW a bactria move-se para frente mas em outra direo. Fonte: Adaptado de Madigan, 2003Page 13

2 REVISO DE LITERATURA

2.1.1 Flagelos Produo do movimento Tipos de movimentao de clulas peritrquiasRotao no sentido anti-horrio CCW movimento para frente Rotao no sentido horrio CW - os flagelos se separam e a bactria passa a vibrar somente Quando voltam a rotacionar em CCW impulsionam a bactria para frente

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Fonte: Adaptado de Tortora,1998

2 REVISO DE LITERATURA2.1.1 Flagelos

Produo do movimentoESTRUTURAS A haste localizada entre o gancho e o anel M tem a capacidade de rodar livremente na membrana citoplasmtica. Anel S fixo na parede celular, sem a possibilidade de rodar.

Os anis P e L responsveis pela sustentao o basto. Atuao do corpo basal como uma estrutura passiva, possibilidade de girar no interior de um complexo protico inserido na membrana (semelhante ao estator).

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2.1.1 Flagelos Produo do movimentoMOTOR FLAGELAR Rotor inclui dispositivo de mudana de rotao do filamento (CCWCW). O rotor composto pelo basto central, pelo anel M e por um anel C, ligado ao M atravs da membrana citoplasmtica. Estes anis so formados por vrias protenas (FliG importante); As protenas MotA e MotB , sendo que MotB tambm ancora o complexo ao peptideoglicano .

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2.1.1 Flagelos Produo do movimentoDESCRIO As protenas MotA e MotB emparelhamse em aproximadamente 11 complexos que formam um anel em volta da base do flagelo; No anel MS existem 35 cpias de FliM; 110 FliN e 30 subunidade de Fli G; Os pares MotA-MotB e a FliG formam um canal protnico transmembranar;

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2.1.2 Pili Filamentos longos e delgados; Principal funo: Adeso; Quase em todas Gram negativos; Possuem base ligada na membrana plasmtica em Gram-positivas e na membrana externa em Gram-negativas; Conhecido como apndice, denominado pilus F ou fmbria sexual; Pili do tipo IV: mobilidade independente de flagelo (ligado ao movimento twitching).

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2.2 Tipos de mecanismos de motilidade J. Henrichsen pesquisou os mecanismos de motilidade em superfcie e identificou seis categorias: swimming, swarming, gliding, twitching, sliding, e darting. 2 primeiros correlao com a presena de flagelos

Pesquisas sobre as outras 4 formas de motilidade

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2 REVISO DE LITERATURATipos de motilidade Swarming Organelas Diferenciao celular Taxa de expanso da colnia (m/s) 2-10 Funo Gnero da bactriaa 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

Flagelo

Sim

Superfcie de colonizao Superfcie de colonizao, formao de biofilme, desenvolvimento do corpo de frutificao, binfeco do fago, transformao e conjugao Superfcie de colonizao

Twitching/ social gliding/ motilidade retrtil

Pili Tipo IV

No

0,06 -0,3

Gliding/ Adventurous gliding Sliding/ EspalhamentoPage 20

Desconhecido

No

0,025-10

Nenhuma

No

0,03-6

Superfcie de colonizao

TABELA 1. Principais caractersticas dos vrios tipos de movimentao de superfcie

2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo swarming Movimento multicelular de bactrias atravs da superfcie e realizado por meio de flagelos rotativos helicoidais (KEARNS, 2010); Tipo de translocao da superfcie produzido com a ao do flagelo, mas diferente do swimming (HENRICHSEN,1972). A maioria das bactrias que realizam este movimento tem um arranjo de flagelos peritrquios (KEARNS & LOSICK, 2003; MERINO et al., 2006).

A sntese de mltiplos flagelos peritrquios uma adaptao(KEARNS, 2010).

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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 superfcie rica em nutrientes, mido, as clulas se diferenciam do estado vegetativo para o estado swarm: elas alongam, produzem mais flagelos, secretam agentes umectantes, e movem-se atravs da superfcie em pacotes coordenados.

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2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo swarming

FONTE : Adaptado de Kearns, 2010

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2.2.1 Motilidade do tipo swiming o tipo de translocao superficial produzida atravs da ao de um flagelo (HENRICHSEN, 1972). As clulas se movem individualmente e de forma aleatria da mesma maneira como as bactrias flageladas em montagens molhadas (HENRICHSEN, 1972). Enquanto swarming um movimento de um grupo de bactrias o de swimming individual HARSHEY (2003).

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2.2.1 Motilidade do tipo swiming A bactria uma swimmer se esta se move deformando seu corpo de uma forma peridica.

No consideradonadar:

Polimerizao da actina da clula hospedeira por patgenos do gnero Listeria, Flutuao mediada de microrganismos aquticos tais como as Cyanobacteria. LAUGA & POWERS (2009)

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2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo swiming

FONTE : Adaptado de Kearns, 2010

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2.2.1 Motilidade do tipo twitching Espcie de translocao de superfcie realizada por um mecanismo desconhecido, ocorrendo em ambas bactrias flageladas e no flageladas, mas nunca devido ao de flagelos (HENRICHSEN, 1972).

o movimento superficial de bactrias que realizado pela extenso da pili, que em seguida, se anexa superfcie e posteriormente retrai, puxando a clula mais perto do local de fixao (KEARNS, 2010);ATP Hidrolise

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2.2.1 Motilidade do tipo Twitching Muitas espcies de bactrias, incluindo Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae e Myxococcus xanthus usam o pili tipo IV (TFP) para mover em superfcies (BARKEN et al., 2008; GIBIANSKY et al, 2010). JIN et al.(2011) relatam em seu trabalho que os TFP esto associados ao modo tremor de motilidade coletiva, no qual as clulas exibem movimentos irregulares aparentemente aleatrios. Estes pili so cerca de 6 nm de dimetro e de at 4 m de comprimento, que so tipicamente encontrados em um ou ambos os plos da clula.

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2.2.1 Motilidade do tipo twitching Percorrer distncias que so mais longas que a extenso de um pili nico as bactrias implantam pilis mltiplos utilizando um mecanismo cabo-deguerra (HOLZ, 2010). Esta forma de movimento trs o fenmeno de deslizamento sociais e formao de corpos de frutificao e tambm est envolvido na formao de biofilme (Tabela 1).

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2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo twitching

FONTE : Adaptado de Kearns, 2010

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2.2.1 Motilidade do tipo sliding uma espcie de translocao superficial produzida pelas foras expansivas em uma cultura de crescimento em combinao com propriedades especiais de superfcie das clulas. Resulta na reduo do atrito entre as clulas e o substrato. Movimentao lenta e passiva, como uma unidade.

(HENRICHSEN, 1972).Page 31

2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo sliding O mecanismo realizado pelas foras expansivas de uma colnia de crescimento em combinao com a tenso superficial reduzida (HARSHEY,2003). a translocao passiva na superfcie que realizada por crescimento e facilitada por surfactantes tais como lipopeptdeos, lipossacardeos (LPS), glicolipdeos (KEARNS, 2010). Embora passivo esse modo de translocao desempenha um papel importante na colonizao bacteriana da superfcie (RECHT &KOLTER, 2001).

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2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo sliding

FONTE : Adaptado de Kearns, 2010

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2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo gliding um tipo de translocao na superfcie realizada por um mecanismo desconhecido ocorrendo apenas em bactrias no flageladas.

O movimento contnuo e regular seguindo o eixo longitudinal das clulas que so predominantemente agregadas em feixes durante o movimento

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(HENRICHSEN, 1972)

2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo gliding Os componentes necessrios do mecanismo incluem: 3 protenas que supostamente constituem um transpotrador transmembrana ATP binding-cassete (GldA, GldF e GldG); 5 lipoprotenas de funo desconhecida (GldB, GLDD,GLDH, GldJ e GlgK) 1 protena da membrana citoplasmtica (GldL) 2 protenas periplsmicas (GldM e GldN).

Algumas destas protenas formam provavelmente o motor delta, a interrupo de qualquer um dos genes que codificam protenas pode resultar na perda completa de mobilidade.

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2.2.1 Motilidade do tipo gliding

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2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo gliding No caso deste mecanismo as bactrias so capazes de translocar suavemente em superfcies slidas ao longo de seu eixo longitudinal na ausncia de organelas visveis. definida por uma longa translocao dos corpos slidos durante a qual a contoro, contrao ou alteraes peristltica no so visveis, a mudana de forma restrita flexo. Movimentos de deslizamento nem sempre so regulares, intermitentes e hesitantes, com freqentes mudanas de direo mas

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(MIGNOT, 2007)

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2.2.1 Motilidade do tipo gliding

FONTE : Adaptado de Kearns, 2010

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2.2.1 Motilidade do tipo darting Espcie de translocao de superfcie produzida pelas foras expansivas desenvolvido em um agregado de clulas dentro de uma cpsula comum e resulta na ejeo de clulas do agregado.

O padro micromorfolgicos de que as clulas e agregados de clulas distribudas ao acaso com reas vazias no meio gar. Nem pares celulares e nem agregados se movem, exceto durante a ejeo que observado como uma cintilao no microscpio.

(HENRICHSEN, 1972).Page 39

2 REVISO DE LITERATURA

2.2.1 Motilidade do tipo darting No existem muitos estudos sobre o mecanismo darting (KEARNS, 2010).

Darting. Cultura da cepa de Staphylococcus albus e parte da zona de espalhamento.

FONTE: Adaptado de Henrichsen,1972Page 40

3 CONSIDERAES FINAIS Flagelo primeira estrutura associada motilidade.

Bactrias possuem outras formas de movimentao com uso de diferentes estruturas. Movimentao bacteriana tambm est ligada formao de biofilmes. Biofilme as bactrias secretam polissacardios que promovem a adeso bacteriana, sobrevivncia e o prprio movimento.

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3 CONSIDERAES FINAIS Por meio do swarming bactrias de diversas espcies tornam-se resistentes a uma ampla gama de antibiticos. O conhecimento detalhado de todos os mecanismos de motilidade proporciona uma maior compreenso da colonizao bacteriana das superfcies e mltiplos pontos de interveno na infeco bacteriana. A motilidade desempenha um papel crucial na fisiologia bacteriana.

Bactrias que vivem em diferentes habitats tem necessidade de possuir sistemas de locomoo adaptados ao seu ambiente particular.

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OBRIGADA!

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