Exercícios: Cultura e controlo de microrganismos

O que é um meio de cultura e que condições (nutrientes, temperatura, pH, oxigênio) são controladas ao cultivar bactérias no laboratório? Indique a diferença entre um meio sólido e um meio líquido.

Distinga esterilização, desinfecção e antissepsia, e dê um exemplo de situação (centro cirúrgico, bancada de cozinha, ferimento superficial) em que se aplica cada uma delas.

O que é a transferência horizontal de genes e em que ela se distingue da hereditariedade «vertical» dos progenitores para a descendência? Nomeie os três mecanismos dela nas bactérias.

Explique o que é a técnica asséptica de trabalho no laboratório de microbiologia e justifique o sentido de duas práticas concretas: flambar a alça de semeadura até ficar em brasa e trabalhar na proximidade da chama do bico de Bunsen.

Distinga um antibiótico bactericida de um bacteriostático, apresente um exemplo de cada tipo (penicilina versus tetraciclinas) e explique o que acontece com a população bacteriana ao suspender cada um deles.

O que é um antibiograma e como ele é realizado (discos de antibiótico sobre a placa semeada)? Explique que informação ele transmite ao médico (sensível, intermediário, resistente) e por que razão não se deve prescrever um antibiótico sem essa informação, sempre que seja possível obtê-la.

Os vírus não se multiplicam em placas de ágar. Justifique o motivo (o que falta a eles para se multiplicarem autonomamente?) e indique quais sistemas os laboratórios utilizam para cultivá-los (culturas celulares, ovos embrionados).

Cite quatro métodos de controle microbiano na indústria alimentícia (pasteurização, esterilização UHT, refrigeração e congelamento, salga ou cura) e explique o princípio em que cada um se baseia (mata, inibe ou dificulta o crescimento?).

Explique, por meio da seleção natural, como surge uma população bacteriana resistente a um antibiótico quando o tratamento é interrompido antes do tempo, e por que o antibiótico não «cria» a resistência.

O gráfico representa a curva de crescimento de uma cultura bacteriana em sistema fechado, com suas quatro fases indicadas com números (1 a 4). Nomeie cada fase e explique o que acontece com os nutrientes e os resíduos em cada uma delas.

Descreva os três mecanismos de transferência horizontal de genes bacteriana — conjugação, transformação e transdução —, indicando qual veículo transporta o DNA em cada caso e qual deles atua na disseminação de resistências.

Explique em que consiste a pasteurização (temperatura e tempo, por exemplo $72\ \text{°C}$ durante $15$ segundos), por que motivo não esteriliza o alimento (o que sobrevive?) e que doenças históricas ajudou a controlar no leite (tuberculose, brucelose).

Uma bactéria se divide a cada $20$ minutos. Partindo de $1\,000$ células em fase exponencial, calcule quantas existirão após duas horas (quantas gerações ocorrem?). Em seguida, justifique por que o crescimento exponencial não pode se manter numa cultura fechada (que fatores o limitam?).

Muitos antibióticos são produtos naturais de bactérias do solo (estreptomicetos). Explique que vantagem evolutiva a síntese de um antibiótico confere ao organismo produtor (guerra química pelos nutrientes) e analise por que razão a descoberta de novos antibióticos desacelerou nas últimas décadas.

Compare a eficácia da água sanitária, do álcool a $70\ \%$ e do sabão contra bactérias e vírus envelopados. Explique por que o álcool a $70\ \%$ desinfeta melhor do que o álcool quase puro (papel da água na desnaturação de proteínas e na penetração) e que efeito o sabão tem exatamente sobre um envelope viral lipídico.

Um biorreator industrial produz iogurte, cerveja ou insulina em grande escala. Explique que parâmetros são controlados de forma contínua (temperatura, pH, oxigênio dissolvido, agitação, espuma) e justifique o que acontece com o produto se dois deles, à sua escolha, ficarem descontrolados.

Na UTI de um hospital detecta-se um surto de Klebsiella pneumoniae resistente a carbapenêmicos que afeta quatro pacientes internados com cateteres venosos e ventilação mecânica assistida.

1. a) Analise a cadeia epidemiológica do surto: identifique a fonte provável, o mecanismo de transmissão mais plausível (veículo e vetor passivo) e justifique quais fatores fisiológicos tornam esses pacientes especialmente vulneráveis.
2. b) Elabore um plano de contingência com medidas de controle classificadas por ordem de prioridade (isolamento e barreiras físicas, rastreamento ativo e desinfecção de fômites), justificando biologicamente por que a higiene das mãos entre pacientes é mais crítica para frear a transmissão do que a fumigação ambiental.
3. c) Avalie criticamente a seguinte proposta: «Para erradicar o surto pela raiz, administraremos colistina profilática a todos os pacientes internados na UTI, tenham ou não sintomas». Preveja as consequências seletivas e evolutivas dessa medida a médio prazo.

Planeje uma atividade experimental para comparar a eficácia de dois desinfetantes contra uma bactéria da pele: placas, controles, medição de halos de inibição e critérios para concluir qual é o mais eficaz, indicando as variáveis que você manteria constantes.

Um paciente diagnosticado com gripe insiste em que lhe receitem amoxicilina «para o caso de a infecção descer para o peito», enquanto um criador de gado administra tetraciclina em doses baixas contínuas na água de beber de porcos saudáveis para «acelerar a sua engorda e prevenir diarreias».

1. a) Rebata, a partir da base bioquímica e citológica, a exigência do paciente: justifique por que razão os antibióticos beta-lactâmicos são totalmente inócuos para os vírus e preveja que impacto seletivo imediato essa amoxicilina causará sobre a microbiota comensal do próprio paciente.
2. b) Interprete a prática pecuária descrita sob a perspectiva da seleção natural: explique por que razão as concentrações subterapêuticas e contínuas representam o cenário ideal para selecionar bactérias resistentes, em comparação com as doses letais completas.
3. c) Explique os mecanismos de transferência horizontal (conjugação, transformação e transdução) pelos quais um gene de resistência gerado em uma bactéria comensal do gado pode acabar em uma linhagem patogênica humana em um ambiente hospitalar.

Após um banquete escolar, 48 comensais desenvolvem gastroenterite aguda por Salmonella enterica. Na inspeção, são recolhidas amostras dos alimentos consumidos (maionese caseira, frango assado e bolo) e dos funcionários da cozinha. O laboratório realiza o isolamento em placa e analisa o perfil genético por meio de eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE).

1. a) A cultura resulta positiva para S. enterica tanto na maionese quanto em restos de frango cru na bancada. Contudo, o padrão de bandas de DNA dos doentes coincide a 100 % com o isolado na maionese e difere do isolado no frango cru. Interprete este resultado e deduza a origem da intoxicação, justificando por que a identificação molecular é indispensável em comparação com a simples cultura taxonômica da espécie.
2. b) A maionese foi preparada com ovos às 7:30 h e permaneceu à temperatura ambiente (24,0 °C) até o seu consumo às 14:30 h (7 horas no total). Se a contaminação inicial no lote foi de 10 bactérias/g e o tempo de duplicação a essa temperatura é de 30 minutos, calcule a concentração teórica final por grama e justifique como teria mudado o risco manter o prato refrigerado a 4,0 °C desde a sua preparação.
3. c) Elabore um sistema de análise de perigos e pontos críticos de controle (APPCC) para a cozinha do estabelecimento que previna simultaneamente a contaminação biológica inicial, a contaminação cruzada e a proliferação microbiana.

Em um workshop de conservas caseiras, dois grupos elaboram repolho fermentado (chucrute), cuja conservação depende da microbiota lática epífita (Leuconostoc e Lactobacillus):

• Grupo 1: Corta o repolho, adiciona 2,5 % de sal comum em peso, prensa a mistura até que o líquido cubra completamente o vegetal e veda o frasco impedindo a entrada de ar, mantendo-o a 20,0 °C. Ao fim de três semanas, o preparado apresenta um pH de 3,6 e um odor ácido fresco.

• Grupo 2: Corta o repolho, não adiciona sal para «torná-lo mais saudável para o coração», deixa o frasco aberto ao ar e adiciona água quente a 45,0 °C. Aos 4 dias, o pH se mantém em 6,2, há mofo na superfície e libera um odor fétido.

1. a) Justifique o duplo papel seletivo dos 2,5 % de sal e da imersão anóxica no procedimento do Grupo 1 em relação a bactérias concorrentes de origem telúrica e enterobactérias.
2. b) Explique a alteração metabólica que produz a descida do pH até 3,6 e fundamente por que motivo essa diminuição inibe o desenvolvimento dos endósporos de Clostridium botulinum, um bacilo anaeróbio estrito que tolera a anoxigenia, mas é sensível à acidez.
3. c) Preveja que falhas bioquímicas e ecológicas o protocolo do Grupo 2 provocou e por que razão a combinação de temperatura a 45,0 °C e presença de oxigênio impediu a fermentação lática espontânea.

A colistina é um antibiótico polipeptídico que desestabiliza a membrana externa de bactérias gram-negativas e que durante anos foi considerado um «último recurso» médico. Em 2015, detectou-se em granjas suinícolas o gene mcr-1, capaz de conferir resistência à colistina, localizado em um plasmídeo conjugativo.

1. a) Justifique por que razão a descoberta do gene mcr-1 em um plasmídeo gerou um alarme sanitário mundial incomparavelmente maior do que se a resistência se devesse a uma mutação pontual no cromossomo bacteriano.
2. b) Durante décadas, a colistina foi administrada em doses baixas contínuas no gado suíno como promotor de crescimento. Explique, a partir da teoria da seleção natural, como essa prática zootécnica criou as condições ideais para a seleção e fixação do gene mcr-1.
3. c) Apoiando-se na estratégia «Uma Só Saúde» (One Health), argumente por que razão a legislação proibiu o uso preventivo da colistina na pecuária e conteste a posição de um produtor que alegue que «as bactérias do intestino do gado não têm como chegar aos doentes de uma UTI humana».

Na unidade de esterilização de um hospital devem ser processados:

1) Caixas de instrumental cirúrgico de aço inoxidável (fórceps, afastadores).

2) Laparoscópios e óticas endoscópicas com fibra de vidro e plásticos termossensíveis (temperatura máxima tolerada: 55,0 °C).

3) Seringas e cateteres plásticos descartáveis embalados massivamente em caixas de papelão fechadas.

1. a) Atribua e justifique o método ótimo para cada material entre: autoclave de vapor sob pressão, câmara de gás de óxido de etileno e radiação ionizante gama, detalhando por que razão os métodos descartados em cada caso seriam menos adequados (arruinariam o material, não penetrariam adequadamente ou seriam menos práticos ou seguros).
2. b) Durante um ciclo de autoclave (134,0 °C durante 5 minutos), o termômetro e o manômetro registraram os valores prescritos e a fita adesiva indicadora externa mudou de cor corretamente. Contudo, ao incubar o indicador biológico (ampola com 10^6 endósporos de Geobacillus stearothermophilus colocada no centro da carga) a 56,0 °C durante 24 horas, o caldo muda de púrpura para amarelo e apresenta turvação.

Interprete o ocorrido, decida de forma fundamentada se o uso do instrumental pode ser autorizado e justifique por que razão o controle biológico prevalece sobre os controles físicos e químicos.

Um paciente com fibrose cística sofre de uma infecção pulmonar crônica por uma linhagem de Pseudomonas aeruginosa pan-resistente (resistente a todos os antibióticos disponíveis). A equipe médica pondera o uso compassivo de fagoterapia.

1. a) No laboratório há dois tipos de bacteriófagos: o fago ΦA (estritamente lítico) e o fago ΦB (fago lisogênico ou temperado). Justifique qual dos dois deve ser selecionado obrigatoriamente para o tratamento e que risco clínico grave implicaria administrar o fago lisogênico.
2. b) Após administrar uma dose inalada de fagos líticos, a carga bacteriana no escarro desce em 72 horas de 8,0 · 10^7 para 3,0 · 10^2 UFC/mL, enquanto o título de fagos aumenta de 1,0 · 10^5 para 4,5 · 10^9 UFP/mL. Compare essa cinética com a farmacocinética de um antibiótico químico tradicional e deduza que vantagem o bacteriófago apresenta em relação à dosagem no foco infeccioso.
3. c) No dia 14, a carga bacteriana do paciente volta a subir para 6,0 · 10^6 UFC/mL. A análise demonstra que as bactérias sobreviventes perderam o receptor de membrana OprM que o fago utilizava para se fixar. Explique por que razão o desenho terapêutico baseado em um «coquetel» de vários fagos direcionados a receptores celulares independentes minimiza o fracasso do tratamento em comparação com o uso de uma única linhagem viral.

Desafio do tema. Será a sua cozinha um meio de cultura ideal para agentes patogênicos ou um ambiente hostil digno de uma arqueobactéria extremófila? Desenhe um protocolo de biossegurança alimentar para a sua casa.

1. Coleta de dados: Meça com um termômetro a temperatura interior da sua geladeira e da bancada, ou consulte a temperatura atual do seu município no site do INMET. Registre ambos os valores (por exemplo, $4,1\text{ }^\circ\text{C}$ e $21,8\text{ }^\circ\text{C}$).

2. Análise microbiana: Elabore uma tabela que compare a faixa ótima de proliferação de eubactérias mesófilas comuns com as adaptações de arqueobactérias extremófilas (psicrófilas ou termófilas), deduzindo quais microrganismos prosperariam em cada zona medida.

3. Estratégias de controle: Proponha três medidas de controle do crescimento bacteriano para alimentos do dia a dia (como calor acima de $72,5\text{ }^\circ\text{C}$, salga osmótica ou refrigeração), explicando de que forma alteram a viabilidade da parede ou da membrana bacteriana.

4. Produto final: Redija um relatório breve de uma página que reúna as suas medições, a tabela comparativa eubactérias-arqueobactérias e o seu protocolo fundamentado de conservação.

Serão avaliados:

• Registro rigoroso de dados térmicos reais utilizando a vírgula decimal.

• Diferenciação biológica correta entre a fisiologia de eubactérias e arqueobactérias.

• Justificativa científica dos métodos de cultura e de controle microbiano aplicados.