1.1: O que nossos ancestrais sabiam

Objetivos de

• Descreva como nossos ancestrais melhoraram os alimentos com o uso de micróbios invisíveis
• Descreva como as causas de doenças e doenças foram explicadas nos tempos antigos, antes da invenção do microscópio
• Descreva os principais eventos históricos associados ao nascimento da microbiologia

Foco clínico: Parte 1

Cora, advogada de 41 anos e mãe de dois filhos, recentemente teve fortes dores de cabeça, febre alta e rigidez no pescoço. Seu marido, que acompanhou Cora ao médico, relata que Cora às vezes também parece confusa e inusitadamente sonolenta. Com base nesses sintomas, o médico suspeita que Cora possa ter meningite, uma infecção potencialmente fatal do tecido que envolve o cérebro e a medula espinhal.

A meningite tem várias causas potenciais. Ela pode ser causada por bactérias, fungos, vírus ou até mesmo uma reação a medicamentos ou exposição a metais pesados. Embora as pessoas com meningite viral geralmente se curem sozinhas, as meningites bacterianas e fúngicas são bastante graves e requerem tratamento.

Figura\(\PageIndex{1}\): (a) Uma punção lombar é usada para coletar uma amostra do líquido cefalorraquidiano (LCR) de um paciente para teste. Uma agulha é inserida entre duas vértebras da região lombar, chamada de região lombar. (b) O CSF deve ser claro, como nesta amostra. O LCR anormalmente turvo pode indicar uma infecção, mas deve ser testado mais detalhadamente para confirmar a presença de microrganismos. (crédito b: modificação da obra de James Heilman)

O médico de Cora solicita uma punção lombar (punção lombar) para coletar três amostras de líquido cefalorraquidiano (LCR) ao redor da medula espinhal (Figura\(\PageIndex{1}\)). As amostras serão enviadas para laboratórios em três departamentos diferentes para testes: química clínica, microbiologia e hematologia. As amostras serão primeiro examinadas visualmente para determinar se o LCR está anormalmente colorido ou turvo; em seguida, o LCR será examinado ao microscópio para verificar se contém um número normal de glóbulos vermelhos e brancos e para verificar se há algum tipo anormal de células. No laboratório de microbiologia, a amostra será centrifugada para concentrar qualquer célula em um sedimento; esse sedimento será manchado em uma lâmina e corado com uma coloração de Gram. A coloração de Gram é um procedimento usado para diferenciar entre dois tipos diferentes de bactérias (gram-positivas e gram-negativas).

Cerca de 80% dos pacientes com meningite bacteriana apresentarão bactérias no líquido cefalorraquidiano com uma coloração de Gram. ¹ A coloração de Gram de Cora não mostrou nenhuma bactéria, mas seu médico decide prescrever-lhe antibióticos por precaução. Parte da amostra do líquido cefalorraquidiano será cultivada — coloque em pratos especiais para ver se bactérias ou fungos crescerão. A maioria dos microrganismos leva algum tempo para se reproduzir em quantidades suficientes para serem detectados e analisados.

Exercício\(\PageIndex{1}\)

Quais tipos de microrganismos seriam mortos pelo tratamento com antibióticos?

Atualmente, a maioria das pessoas, mesmo aquelas que sabem muito pouco sobre microbiologia, estão familiarizadas com o conceito de micróbios, ou “germes”, e seu papel na saúde humana. Os alunos aprendem sobre bactérias, vírus e outros microorganismos, e muitos até veem amostras sob um microscópio. Mas há algumas centenas de anos, antes da invenção do microscópio, era impossível provar a existência de muitos tipos de micróbios. Por definição, microrganismos, ou micróbios, são organismos muito pequenos; muitos tipos de micróbios são pequenos demais para serem vistos sem um microscópio, embora alguns parasitas e fungos sejam visíveis a olho nu.

Os humanos vivem com e usam microrganismos há muito mais tempo do que conseguiram vê-los. Evidências históricas sugerem que os humanos têm alguma noção da vida microbiana desde os tempos pré-históricos e usaram esse conhecimento para desenvolver alimentos, bem como prevenir e tratar doenças. Nesta seção, exploraremos algumas das aplicações históricas da microbiologia, bem como os primórdios da microbiologia como ciência.

Alimentos e bebidas fermentados

Pessoas em todo o mundo desfrutaram de alimentos e bebidas fermentados, como cerveja, vinho, pão, iogurte, queijo e vegetais em conserva, durante toda a história registrada. Descobertas de vários sítios arqueológicos sugerem que até mesmo pessoas pré-históricas aproveitaram a fermentação para preservar e realçar o sabor dos alimentos. Arqueólogos estudando potes de cerâmica de uma vila neolítica na China descobriram que as pessoas estavam fazendo uma bebida fermentada com arroz, mel e frutas já em 7000 aC. ²

A produção desses alimentos e bebidas requer fermentação microbiana, um processo que usa bactérias, mofo ou fermento para converter açúcares (carboidratos) em álcool, gases e ácidos orgânicos (Figura\(\PageIndex{2}\)). Embora seja provável que as pessoas tenham aprendido sobre fermentação por acidente — talvez bebendo leite velho que tinha coalhado ou suco de uva velho que havia fermentado — mais tarde aprenderam a aproveitar o poder da fermentação para fazer produtos como pão, queijo e vinho.

Figura\(\PageIndex{2}\): Uma visão microscópica da Saccharomyces cerevisiae, a levedura responsável por fazer o pão crescer (à esquerda). O fermento é um microorganismo. Suas células metabolizam os carboidratos da farinha (meio) e produzem dióxido de carbono, o que faz com que o pão cresça (à direita). (meio de crédito: modificação da obra de Janus Sandsgaard; direito de crédito: modificação da obra por “MDreibelbis” /Flickr)

Os Tratados do Homem de Gelo

Os humanos pré-históricos tinham uma compreensão muito limitada das causas das doenças, e várias culturas desenvolveram diferentes crenças e explicações. Embora muitos acreditassem que a doença era punição por irritar os deuses ou era simplesmente o resultado do destino, evidências arqueológicas sugerem que pessoas pré-históricas tentaram tratar doenças e infecções. Um exemplo disso é Ötzi, o Homem de Gelo, uma múmia de 5300 anos encontrada congelada no gelo dos Alpes Ötzal, na fronteira entre a Áustria e a Itália, em 1991. Como Ötzi estava tão bem preservado pelo gelo, os pesquisadores descobriram que ele estava infectado com os ovos do parasita Trichuris trichiura, o que pode ter causado dores abdominais e anemia. Os pesquisadores também encontraram evidências da Borrelia burgdorferi, uma bactéria que causa a doença de Lyme. ³ Alguns pesquisadores acham que Ötzi pode estar tentando tratar suas infecções com o fruto lenhoso do fungo Piptoporus betulinus, descoberto preso a seus pertences. ⁴ Este fungo tem propriedades laxantes e antibióticas. Ötzi também estava coberto de tatuagens feitas cortando incisões em sua pele, enchendo-as com ervas e depois queimando as ervas. ⁵ Há especulações de que essa pode ter sido outra tentativa de tratar seus problemas de saúde.

Noções iniciais de doença, contágio e contenção

Várias civilizações antigas parecem ter entendido que as doenças podem ser transmitidas por coisas que elas não conseguiam ver. Isso é especialmente evidente nas tentativas históricas de conter a propagação de doenças. Por exemplo, a Bíblia se refere à prática de colocar em quarentena pessoas com hanseníase e outras doenças, sugerindo que as pessoas entendiam que as doenças poderiam ser transmissíveis. Ironicamente, embora a lepra seja transmissível, também é uma doença que progride lentamente. Isso significa que as pessoas provavelmente foram colocadas em quarentena depois de já terem transmitido a doença para outras pessoas.

Os antigos gregos atribuíam a doença ao ar ruim, a malária, que eles chamavam de “odores miasmáticos”. Eles desenvolveram práticas de higiene baseadas nessa ideia. Os romanos também acreditavam na hipótese do miasma e criaram uma complexa infraestrutura de saneamento para lidar com o esgoto. Em Roma, eles construíram aquedutos, que trouxeram água doce para a cidade, e um esgoto gigante, o Cloaca Maxima, que levava resíduos para o rio Tibre (Figura\(\PageIndex{3}\)). Alguns pesquisadores acreditam que essa infraestrutura ajudou a proteger os romanos contra epidemias de doenças transmitidas pela água.

Figura\(\PageIndex{3}\): (a) A Cloaca Maxima, ou “O Maior Esgoto” (mostrado em vermelho), percorria a Roma antiga. Foi uma maravilha da engenharia que levou o lixo da cidade para o rio Tibre. (b) Essas latrinas antigas esvaziaram na Cloaca Maxima.

Mesmo antes da invenção do microscópio, alguns médicos, filósofos e cientistas fizeram grandes avanços na compreensão das forças invisíveis — o que hoje conhecemos como micróbios — que podem causar infecções, doenças e morte.

O médico grego Hipócrates (460—370 a.C.) é considerado o “pai da medicina ocidental” (Figura\(\PageIndex{4a}\)). Ao contrário de muitos de seus ancestrais e contemporâneos, ele rejeitou a ideia de que a doença era causada por forças sobrenaturais. Em vez disso, ele postulou que as doenças tinham causas naturais de dentro dos pacientes ou de seus ambientes. Acredita-se que Hipócrates e seus herdeiros tenham escrito o Corpus Hipócrático, uma coleção de textos que compõem alguns dos livros médicos mais antigos sobreviventes. ⁶ Hipócrates também é frequentemente creditado como o autor do Juramento de Hipócrates, feito por novos médicos para prometer sua dedicação ao diagnóstico e tratamento de pacientes sem causar danos.

Enquanto Hipócrates é considerado o pai da medicina ocidental, o filósofo e historiador grego Tucídides (460—395 a.C.) é considerado o pai da história científica porque defendeu a análise baseada em evidências do raciocínio de causa e efeito (Figura\(\PageIndex{4b}\)). Entre suas contribuições mais importantes estão suas observações sobre a peste ateniense que matou um terço da população de Atenas entre 430 e 410 aC. Tendo sobrevivido pessoalmente à epidemia, Tucídides fez a importante observação de que os sobreviventes não foram reinfectados com a doença, mesmo quando cuidavam de pessoas ativamente doentes. ⁷ Esta observação mostra uma compreensão precoce do conceito de imunidade.

Marcus Terentius Varro (116—27 a.C.) foi um prolífico escritor romano que foi uma das primeiras pessoas a propor o conceito de que coisas que não podemos ver (o que hoje chamamos de microrganismos) podem causar doenças (Figura\(\PageIndex{4c}\)). Em Res Rusticae (On Farming), publicado em 36 aC, ele disse que “precauções também devem ser tomadas nos pântanos da vizinhança, porque certas criaturas minúsculas [animalia minuta] crescem lá e não podem ser vistas a olho nu, que flutuam no ar e entram no corpo através do boca e nariz e aí causam doenças graves.” ⁸

Figura\(\PageIndex{4}\): (a) Hipócrates, o “pai da medicina ocidental”, acreditava que as doenças tinham causas naturais, não sobrenaturais. (b) O historiador Tucídides observou que os sobreviventes da peste ateniense foram posteriormente imunes à infecção. (c) Marcus Terentius Varro propôs que a doença poderia ser causada por “certas criaturas minúsculas... que não podem ser vistas a olho nu”. (crédito c: modificação da obra de Alessandro Antonelli)

Exercício\(\PageIndex{2}\)

1. Dê dois exemplos de alimentos que foram historicamente produzidos por humanos com a ajuda de micróbios.
2. Explique como os entendimentos históricos da doença contribuíram para as tentativas de tratar e conter a doença.

O nascimento da microbiologia

Embora os antigos possam ter suspeitado da existência de “criaturas minúsculas” invisíveis, foi somente com a invenção do microscópio que sua existência foi definitivamente confirmada. Embora não esteja claro quem exatamente inventou o microscópio, um comerciante de tecidos holandês chamado Antonie van Leeuwenhoek (1632—1723) foi o primeiro a desenvolver uma lente poderosa o suficiente para ver micróbios. Em 1675, usando um microscópio simples, mas poderoso, Leeuwenhoek foi capaz de observar organismos unicelulares, que ele descreveu como “animais” ou “bichinhos”, nadando em uma gota de água da chuva. A partir de seus desenhos desses pequenos organismos, agora sabemos que ele estava observando bactérias e protistas. (Vamos explorar as contribuições de Leeuwenhoek para a microscopia mais detalhadamente no Capítulo 2: Como vemos o mundo invisível.)

Quase 200 anos depois que van Leeuwenhoek teve seu primeiro vislumbre dos micróbios, a “Era de Ouro da Microbiologia” gerou uma série de novas descobertas entre 1857 e 1914. Dois microbiologistas famosos, Louis Pasteur e Robert Koch, foram especialmente ativos no avanço de nossa compreensão do mundo invisível dos micróbios (Figura\(\PageIndex{5}\)). Pasteur, um químico francês, mostrou que cepas microbianas individuais tinham propriedades únicas e demonstrou que a fermentação é causada por microrganismos. Ele também inventou a pasteurização, um processo usado para matar microrganismos responsáveis pela deterioração, e desenvolveu vacinas para o tratamento de doenças, incluindo a raiva, em animais e humanos. Koch, médico alemão, foi o primeiro a demonstrar a conexão entre um único micróbio isolado e uma doença humana conhecida. Por exemplo, ele descobriu a bactéria que causa antraz (Bacillus anthracis), cólera (Vibrio cholera) e tuberculose (Mycobacterium tuberculosis). ⁹ Discutiremos esses microbiologistas famosos e outros em capítulos posteriores.

Figura\(\PageIndex{5}\): (a) Louis Pasteur (1822—1895) é creditado com inúmeras inovações que avançaram nos campos da microbiologia e imunologia. (b) Robert Koch (1843—1910) identificou os micróbios específicos que causam antraz, cólera e tuberculose.

À medida que a microbiologia se desenvolveu, ela permitiu que a disciplina mais ampla da biologia crescesse e florescesse de maneiras anteriormente inimagináveis. Muito do que sabemos sobre células humanas vem de nossa compreensão dos micróbios, e muitas das ferramentas que usamos hoje para estudar células e sua genética derivam do trabalho com micróbios.

Exercício\(\PageIndex{3}\)

Como a descoberta de micróbios mudou a compreensão humana sobre doenças?

Caixa de ferramentas de microbiologia

Como os micróbios individuais geralmente são pequenos demais para serem vistos a olho nu, a ciência da microbiologia depende de uma tecnologia que possa aumentar artificialmente a capacidade de nossos sentidos naturais de percepção. Os primeiros microbiologistas, como Pasteur e Koch, tinham menos ferramentas à disposição do que as encontradas em laboratórios modernos, tornando suas descobertas e inovações muito mais impressionantes. Os capítulos posteriores deste texto explorarão em profundidade muitas aplicações da tecnologia, mas, por enquanto, aqui está uma breve visão geral de algumas das ferramentas fundamentais do laboratório de microbiologia.

• Os microscópios produzem imagens ampliadas de microrganismos, células e tecidos humanos e muitos outros tipos de amostras muito pequenas para serem observadas a olho nu.
• Manchas e corantes são usados para adicionar cor aos micróbios para que possam ser melhor observados ao microscópio. Alguns corantes podem ser usados em micróbios vivos, enquanto outros exigem que as amostras sejam fixadas com produtos químicos ou calor antes da coloração. Algumas manchas só funcionam em certos tipos de micróbios devido às diferenças na composição química celular.
• Os meios de crescimento são usados para cultivar microrganismos em um ambiente de laboratório. Alguns meios são líquidos; outros são mais sólidos ou gelatinosos. Um meio de crescimento fornece nutrientes, incluindo água, vários sais, uma fonte de carbono (como glicose) e uma fonte de nitrogênio e aminoácidos (como extrato de levedura) para que os microrganismos possam crescer e se reproduzir. Os ingredientes em um meio de crescimento podem ser modificados para cultivar tipos únicos de microrganismos.
• Uma placa de Petri é uma placa de tampa plana que normalmente tem 10—11 centímetros (cm) de diâmetro e 1—1,5 cm de altura. Placas de Petri feitas de plástico ou vidro são usadas para reter o meio de crescimento (Figura\(\PageIndex{6}\)).
• Os tubos de ensaio são tubos cilíndricos de plástico ou vidro com fundo arredondado e tampo aberto. Eles podem ser usados para cultivar micróbios em caldo, meio de crescimento semissólido ou sólido.
• Um queimador Bunsen é um aparelho de metal que cria uma chama que pode ser usada para esterilizar peças de equipamento. Um tubo de borracha transporta gás (combustível) para o queimador. Em muitos laboratórios, os queimadores Bunsen estão sendo eliminados gradualmente em favor dos microincineradores infravermelhos, que têm uma finalidade semelhante sem os riscos de segurança de uma chama aberta.
• Um circuito de inoculação é uma ferramenta portátil que termina em um pequeno laço de arame (Figura\(\PageIndex{6}\)). A alça pode ser usada para espalhar microrganismos no ágar em uma placa de Petri ou para transferi-los de um tubo de ensaio para outro. Antes de cada uso, o circuito de inoculação deve ser esterilizado para que as culturas não sejam contaminadas.

Figura\(\PageIndex{6}\): (a) Esta placa de Petri cheia de ágar foi estriada com Legionella, a bactéria responsável por causar a doença do Legionário. (b) Um circuito de inoculação como este pode ser usado para espalhar bactérias no ágar em uma placa de Petri. (crédito a: modificação do trabalho dos Centros de Controle e Prevenção de Doenças; crédito b: modificação do trabalho de Jeffrey M. Vinocur)

Conceitos principais e resumo

• Microorganismos (ou micróbios) são organismos vivos que geralmente são pequenos demais para serem vistos sem um microscópio.
• Ao longo da história, os humanos usaram micróbios para fazer alimentos fermentados, como cerveja, pão, queijo e vinho.
• Muito antes da invenção do microscópio, algumas pessoas teorizaram que infecções e doenças eram transmitidas por seres vivos muito pequenos para serem vistos. Eles também intuíram corretamente certos princípios sobre a disseminação de doenças e imunidade.
• Antonie van Leeuwenhoek, usando um microscópio, foi a primeira a realmente descrever observações de bactérias, em 1675.
• Durante a Era de Ouro da Microbiologia (1857-1914), microbiologistas, incluindo Louis Pasteur e Robert Koch, descobriram muitas novas conexões entre os campos da microbiologia e da medicina.

Notas de pé

1. 1 Rebecca Buxton. “Exame de manchas de Gram do líquido espinhal - meningite bacteriana.” Sociedade Americana de Microbiologia. 2007. www.microbelibrary.org/librar... ial-meningite
2. 2 P.E. McGovern et al. “Bebidas fermentadas da China pré-histórica e proto-histórica.” Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América 1 no. 51 (2004) :17593—17598. doi:10.1073/pnas.0407921102.
3. 3 A. Keller et al. “Novos insights sobre a origem e o fenótipo do homem de gelo tirolês inferidos pelo sequenciamento do genoma completo.” Nature Communications, 3 (2012): 698. doi:10.1038/ncomms1701.
4. 4 L. Capasso. “Há 5300 anos, o Homem do Gelo usava laxantes e antibióticos naturais.” The Lancet, 352 (1998) 1943:1864. doi: 10.1016/s0140-6736 (05) 79939-6.
5. 5 L. Capasso, L. “Há 5300 anos, o Homem do Gelo usava laxantes e antibióticos naturais.” The Lancet, 352 no. 9143 (1998): 1864. doi: 10.1016/s0140-6736 (05) 79939-6.
6. 6 G. Pappas e cols.. “Percepções sobre doenças infecciosas na era de Hipócrates.” Jornal Internacional de Doenças Infecciosas 12 (2008) 4:347 —350. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijid.2007.11.003.
7. 7 Tucídides. A história da Guerra do Peloponeso. O Segundo Livro. 431 a.C. Traduzido por Richard Crawley. http://classics.mit.edu/Thucydides/p....2.second.html.
8. 8 Plinio Prioreschi. Uma história da medicina: medicina romana. Lewiston, Nova York: Edwin Mellen Press, 1998: p. 215.
9. 9 S.M. Blevins e M.S. Bronze. “Robert Koch e a 'Era de Ouro' da Bacteriologia.” Jornal Internacional de Doenças Infecciosas. 14 no. 9 (2010): e744-e751. doi:10.1016/j.ijid.2009.12.003.

Glossário

micróbio

geralmente, um organismo pequeno demais para ser visto sem um microscópio; também conhecido como microrganismo

microrganismo

geralmente, um organismo pequeno demais para ser visto sem um microscópio; também conhecido como micróbio