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title: "As bactérias e a resistência aos antibióticos"
book: "Biologia do ensino médio"
subject: biology
language: pt
chapter: 18
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/18-as-bacterias-e-a-resistencia-aos-antibioticos
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# Capítulo 18 — As bactérias e a resistência aos antibióticos

Em 1941 um policial que morria de uma septicemia causada por um arranhão recebeu as primeiras doses de penicilina jamais usadas num paciente. Ele se recuperou em poucos dias — e recaiu e morreu quando acabou o estoque, extraído a duras penas de um bolor. Em uma década a penicilina era fabricada em toneladas e infecções que matavam havia milênios passaram a ser curáveis numa semana. Em duas décadas, as bactérias em que a penicilina já não tocava eram comuns em todos os hospitais. Este capítulo trata do porquê: como as bactérias variam, como um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) as separa, e como a aritmética de uma população de bilhões transforma uma [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) rara num problema de enfermaria inteira.

![Alexander Fleming em sua bancada em 1943, com as placas de cultura em que, quinze anos antes, ele tinha notado um bolor limpando as bactérias em volta dele. Fotografia, Imperial War Museums, domínio público.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/img-c314ed25ca0d.jpg)

*Alexander Fleming em sua bancada em 1943, com as placas de cultura em que, quinze anos antes, ele tinha notado um bolor limpando as bactérias em volta dele. Fotografia, Imperial War Museums, domínio público.*

## 18.1 Como as bactérias variam

**Proposição 18.1 (Reprodução e variação nas bactérias).**

Uma bactéria se reproduz dividindo-se em duas depois de copiar o [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/12-o-ciclo-celular-e-a-mitose#def-g11-cell-cycle-mitosis-chromosome) único dela: as filhas são, tirando os erros de cópia, geneticamente idênticas à mãe — um *clone*. Num meio rico, uma divisão a cada 20 minutos transforma uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) em um bilhão em dez horas. A variação genética do clone vem de duas fontes:

- as *mutações* ( [Capítulo 13](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#ch-g11-mutations) ), raras por divisão, mas frequentes numa população de bilhões;
- a *transferência horizontal de genes* : [DNA](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-information) recebido de outra bactéria, da mesma [espécie](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/5-a-biodiversidade-em-todas-as-escalas#def-g10-biodiversity-scales-species) ou de outra, na maioria das vezes como um *plasmídeo* — um pequeno círculo de [DNA](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-information) , separado do [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/12-o-ciclo-celular-e-a-mitose#def-g11-cell-cycle-mitosis-chromosome) , que carrega alguns [genes](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) e consegue passar de [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) a [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) por uma ponte de membrana.

**Demonstração.** *Admitido neste nível.* ∎

![A transferência horizontal. Um plasmídeo — um pequeno círculo de DNA que pode carregar um gene de resistência — é copiado através de uma ponte de uma bactéria para outra, que não precisa ser da mesma espécie. A receptora, e todos os descendentes dela, ganham o gene numa única etapa.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/fig-1a8151fec231.svg)

*A transferência horizontal. Um plasmídeo — um pequeno círculo de [DNA](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-information) que pode carregar um [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) de resistência — é copiado através de uma ponte de uma bactéria para outra, que não precisa ser da mesma [espécie](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/5-a-biodiversidade-em-todas-as-escalas#def-g10-biodiversity-scales-species). A receptora, e todos os descendentes dela, ganham o [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) numa única etapa.*

**Exemplo 18.2 (A aritmética de uma população).**

Uma [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) de resistência surge cerca de uma vez em $10^8$ divisões. Um frasco com $10^9$ bactérias teve, portanto, nas divisões que o produziram, umas dez mutações dessas; uma ferida infectada ou um intestino, com $10^{12}$ bactérias, umas dez mil. Toda população grande de bactérias contém, antes de qualquer [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ser usado, [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes a ele — as placas de réplica do [Capítulo 13](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#ch-g11-mutations) provaram isso.

## 18.2 Os antibióticos

**Definição 18.3 (Antibiótico).**

Um *antibiótico* é uma molécula que mata as bactérias ou interrompe o crescimento delas, em concentrações inofensivas às [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) do paciente, agindo sobre uma estrutura ou um processo que as bactérias têm e as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) humanas não: a penicilina e os parentes dela bloqueiam a construção da parede bacteriana; a estreptomicina e a tetraciclina travam o [ribossomo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) bacteriano, que difere do nosso; outros bloqueiam as [enzimas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/15-as-enzimas-e-o-fenotipo#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) bacterianas da [replicação do DNA](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/11-a-replicacao-do-dna#def-g11-dna-replication-replication). A maioria foi encontrada primeiro em bolores e em bactérias do solo, que os fabricam contra os concorrentes deles. Os antibióticos não têm efeito nenhum sobre os vírus, que não têm nenhum desses alvos.

**Proposição 18.4 (Mecanismos de resistência).**

Uma bactéria é *resistente* a um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) quando cresce em concentrações que detêm os parentes sensíveis dela. A resistência tem uma base genética de um entre poucos tipos: um [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) de uma [enzima](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/15-as-enzimas-e-o-fenotipo#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) que destrói o [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) (as penicilinases cortam a penicilina em duas); uma [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) que altera o alvo do [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) de modo que o medicamento não se ligue mais (uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/14-do-gene-a-proteina#def-g11-gene-expression-protein) ribossômica alterada); uma bomba que expulsa o medicamento; uma parede que não o deixa entrar. Cada um é um [alelo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) ou um [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene), e cada um é herdado — verticalmente pelo clone e, quando está num plasmídeo, horizontalmente pelos vizinhos.

**Demonstração.** *Admitido neste nível.* ∎

**Método 18.5 (Ler um antibiograma).**

Um *antibiograma* testa as bactérias de um paciente contra vários [antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ao mesmo tempo.

1. Espalhe as bactérias por igual numa placa; disponha discos de papel embebidos cada um em um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ; incube durante a noite.
2. O [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) se difunde para fora do disco, com a concentração caindo com a distância; as bactérias crescem formando um tapete, exceto onde a concentração as detém: um *halo de inibição* transparente em volta de cada disco.
3. Meça o diâmetro de cada halo e compare com o limiar estabelecido para aquele [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) : um diâmetro acima do limiar quer dizer sensível, abaixo dele resistente.
4. Os maiores halos entre os resultados sensíveis orientam a prescrição; um disco sem halo nenhum é um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) que a linhagem ignora.

![Um antibiograma lido. Cada disco contém um antibiótico; o halo transparente é onde as bactérias não conseguiram crescer. Comparados com o limiar de cada medicamento, os diâmetros classificam a linhagem como sensível a A e D e resistente a B, C e E.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/fig-184bf60e3382.svg)

*Um antibiograma lido. Cada disco contém um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic); o halo transparente é onde as bactérias não conseguiram crescer. Comparados com o limiar de cada medicamento, os diâmetros classificam a linhagem como sensível a A e D e resistente a B, C e E.*

![Uma placa de antibiograma depois de uma noite de incubação: um tapete de bactérias e, em volta de cada disco de antibiótico, um halo transparente cujo tamanho mede a sensibilidade da linhagem. Um dos discos não tem halo.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/img-f3f4e86b8ae8.jpg)

*Uma placa de antibiograma depois de uma noite de incubação: um tapete de bactérias e, em volta de cada disco de [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic), um halo transparente cujo tamanho mede a sensibilidade da linhagem. Um dos discos não tem halo.*

## 18.3 Como a resistência se espalha

**Proposição 18.6 (A seleção pelo antibiótico).**

Um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) não cria bactérias resistentes; ele as *seleciona*. Numa população em que algumas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) carregam um [alelo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) de resistência, o medicamento mata ou detém a maioria sensível e deixa as poucas resistentes se multiplicarem sem concorrência: em poucos dias a população é resistente. Quanto mais um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) é usado — em pacientes, em animais, no ambiente —, mais vezes essa separação acontece, e mais resistentes ficam as bactérias de um hospital, de uma fazenda ou de um país. Um tratamento incompleto, que mata as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) mais sensíveis e poupa as menos sensíveis, é o que seleciona com mais eficiência.

**Evidências.** As placas de réplica de Lederberg mostraram as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes presentes antes da exposição. Culturas mantidas uma semana em concentrações crescentes de um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) terminam resistentes a cem vezes a dose inicial, e a resistência delas é herdada e mapeada em mutações específicas. Os países que mais usam [antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) por pessoa têm as maiores proporções de linhagens resistentes; enfermarias que reduzem o uso veem a resistência cair ao longo de meses. Uma linhagem da bactéria da pele *Staphylococcus aureus* resistente à penicilina apareceu quatro anos depois da introdução do medicamento e hoje responde pela maior parte das linhagens hospitalares; a linhagem resistente ao medicamento substituto veio dois anos depois dele. ∎

![Seleção durante um tratamento com antibiótico. As células sensíveis (em azul) são mortas em poucos dias; as poucas resistentes (em vermelho) se multiplicam sem oposição e, no fim da semana, formam a população inteira. Se o paciente parar no dia 3, os sobreviventes voltam a crescer — agora quase todos resistentes.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/fig-d1f3817a6a8b.svg)

*Seleção durante um tratamento com [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic). As [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis (em azul) são mortas em poucos dias; as poucas resistentes (em vermelho) se multiplicam sem oposição e, no fim da semana, formam a população inteira. Se o paciente parar no dia 3, os sobreviventes voltam a crescer — agora quase todos resistentes.*

**Exemplo 18.7 (De uma célula a uma enfermaria).**

Um paciente tratado com penicilina carrega, entre $10^{10}$ bactérias, uma centena de resistentes. Em três dias as sensíveis sumiram e o clone resistente tomou o lugar delas: $10^{10}$ [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes. Nas mãos de um enfermeiro, na grade de uma cama, no paciente seguinte, o clone continua — e, se o [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) de resistência dele estiver num plasmídeo, ele o entrega a outras [espécies](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/5-a-biodiversidade-em-todas-as-escalas#def-g10-biodiversity-scales-species) pelo caminho. Nada nessa sequência exigiu que o [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) agisse sobre o [DNA](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-information); ele apenas retirou a concorrência.

## 18.4 Manter os antibióticos funcionando

**Proposição 18.8 (Consequências e respostas).**

As infecções resistentes são mais longas, mais caras e mais vezes fatais; algumas linhagens já resistem a todos os medicamentos disponíveis. Como a resistência é impulsionada pelo uso, a resposta é usar [antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) menos e melhor: só para infecções bacterianas (nunca para resfriados e gripes virais), escolhidos depois de um antibiograma sempre que possível, na dose completa e pelo tratamento completo, com o medicamento de espectro mais estreito que funcione; limitar o uso deles na criação de animais; prevenir infecções (higiene, vacinação) para que menos tratamentos sejam necessários; e isolar nos hospitais os portadores de linhagens resistentes. [Antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) novos compram tempo; a aritmética da seleção garante que a resistência a cada um vai aparecer.

**Demonstração.** *Admitido neste nível.* ∎

**Observação 18.9 (Evolução em uma semana).**

A [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) fornecendo variação ao acaso, o ambiente separando-a, os descendentes dos sobreviventes herdando a diferença: as bactérias deste capítulo percorrem, em uma semana, o processo que o último ano vai descrever ao longo de milhões de anos para as baleias e os carvalhos. A resistência aos [antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) é a evolução por seleção natural observada em tempo real, com os seres humanos como agente selecionador — e a demonstração mais clara de que o processo não é uma teoria sobre o passado, e sim um fato sobre qualquer população que varie e se reproduza.

## 18.5 Exercícios

**Exercício 18.1 ★.**

Cite as duas fontes de variação genética numa população de bactérias.

**Solução de Exercício 18.1.**

As mutações que surgem durante as divisões do clone, e a [transferência horizontal de genes](#prop-g11-antibiotic-resistance-variation) — [DNA](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-information), em geral um plasmídeo, recebido de outra bactéria.

**Exercício 18.2 ★.**

O que é um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic), e por que ele prejudica as bactérias mas não as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) do paciente? Por que ele é inútil contra um resfriado?

**Solução de Exercício 18.2.**

Uma molécula que mata as bactérias ou interrompe o crescimento delas agindo sobre uma estrutura que as bactérias têm e as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) humanas não (parede, [ribossomo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) bacteriano, [enzimas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/15-as-enzimas-e-o-fenotipo#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) bacterianas da replicação). Um resfriado é viral, e os vírus não têm nenhum desses alvos.

**Exercício 18.3 ★.**

Dê três mecanismos pelos quais uma bactéria pode resistir a um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic).

**Solução de Exercício 18.3.**

Uma [enzima](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/15-as-enzimas-e-o-fenotipo#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) que destrói o [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic); um alvo mutado ao qual o medicamento não se liga mais; uma bomba que expulsa o medicamento (ou uma parede que o exclui).

**Exercício 18.4 ★.**

Na figura do antibiograma, um disco F novo dá um halo de $20\,\mathrm{mm}$ com um limiar de $18\,\mathrm{mm}$. Sensível ou resistente? Que [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) você prescreveria entre A e F?

**Solução de Exercício 18.4.**

Sensível (20 acima de 18), mas por pouco. O D, com a maior margem acima do limiar dele, e depois o A.

**Exercício 18.5 ★.**

Um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) causa mutações de resistência? Justifique com o experimento do [Capítulo 13](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#ch-g11-mutations).

**Solução de Exercício 18.5.**

Não. Nas placas de réplica, as colônias resistentes aparecem nas mesmas posições em todas as placas com [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic), de modo que as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes existiam nas colônias originais, que nunca encontraram o medicamento. O [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) revela e seleciona; ele não induz.

**Exercício 18.6 ★★.**

Partindo de uma bactéria que se divide a cada 20 minutos, quantas existem depois de 10 horas? Se a resistência surge uma vez a cada $10^8$ divisões, quantas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes a cultura provavelmente contém?

**Solução de Exercício 18.6.**

30 divisões: $2^{30} \approx 10^9$ [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell). Cerca de $10^9$ divisões as produziram: umas 10 [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes, em média — mais, se a [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) veio cedo.

**Exercício 18.7 ★★.**

A partir da figura da seleção, em que dia as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes se tornam a maioria do total? Qual é a população total no dia 6 no caso tracejado, e do que ela é feita?

**Solução de Exercício 18.7.**

Por volta do dia 3, quando as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis caíram a cerca de 0.2% e as resistentes subiram a cerca de 1%. No dia 6 o total tracejado está de volta a 100%, feito quase inteiramente de [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes (as sensíveis sobreviventes do dia 3 também voltaram a crescer, mas a partir de uma base menor).

**Exercício 18.8 ★★.**

Explique por que um [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) de resistência num plasmídeo se espalha mais depressa que um no [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/12-o-ciclo-celular-e-a-mitose#def-g11-cell-cycle-mitosis-chromosome).

**Solução de Exercício 18.8.**

Um [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) do [cromossomo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/12-o-ciclo-celular-e-a-mitose#def-g11-cell-cycle-mitosis-chromosome) passa apenas aos descendentes do clone; um plasmídeo passa também horizontalmente, a [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sem parentesco e a outras [espécies](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/5-a-biodiversidade-em-todas-as-escalas#def-g10-biodiversity-scales-species), e uma transferência dá resistência a uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de imediato, sem esperar uma [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation).

**Exercício 18.9 ★★.**

Um paciente se sente melhor depois de três dias de um tratamento de sete dias e para. Explique, com a figura, o que acontece nos dias seguintes e por que a recaída é mais difícil de tratar.

**Solução de Exercício 18.9.**

No dia 3 as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis estão reduzidas a uma fração de por cento, enquanto as resistentes estão subindo; sem o medicamento todos os sobreviventes voltam a crescer, e a população que retorna é muito mais rica em [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes que a original. A recaída não responde mais ao mesmo medicamento.

**Exercício 18.10 ★★.**

Por que a proporção de linhagens resistentes é maior nos hospitais que na população geral?

**Solução de Exercício 18.10.**

Os hospitais usam [antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) intensivamente em muitos pacientes próximos uns dos outros: a seleção é constante e as linhagens selecionadas passam de paciente a paciente pelas mãos e pelas superfícies.

**Exercício 18.11 ★★.**

Explique por que uma [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) que altera uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/14-do-gene-a-proteina#def-g11-gene-expression-protein) ribossômica pode tornar uma bactéria resistente à estreptomicina, e por que uma bactéria dessas muitas vezes cresce um pouco mais devagar que os parentes sensíveis dela.

**Solução de Exercício 18.11.**

A estreptomicina age ligando-se a uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/14-do-gene-a-proteina#def-g11-gene-expression-protein) ribossômica; uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/14-do-gene-a-proteina#def-g11-gene-expression-protein) alterada não se liga mais a ela e a [tradução](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/14-do-gene-a-proteina#prop-g11-gene-expression-translation) continua. Mas a alteração também prejudica um pouco o trabalho normal do [ribossomo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle), de modo que a síntese de [proteínas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/14-do-gene-a-proteina#def-g11-gene-expression-protein), e o crescimento, ficam um pouco mais lentos — um custo da resistência.

**Exercício 18.12 ★★★.**

Dois [antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) de alvos diferentes são dados juntos. Estime a probabilidade de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) ser resistente aos dois por mutações independentes (uma em $10^8$ cada), e explique por que a terapia combinada é usada contra infecções lentas e longas como a tuberculose.

**Solução de Exercício 18.12.**

$10^{-8} \times 10^{-8} = 10^{-16}$ por divisão: com $10^{12}$ bactérias, não é provável que nenhuma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) carregue as duas. Na tuberculose o tratamento dura meses e as bactérias são bilhões, de modo que a resistência a um medicamento único é certamente selecionada; dois medicamentos ao mesmo tempo não deixam sobrevivente para selecionar.

**Exercício 18.13 ★★★.**

Uma fazenda acrescenta doses baixas de um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) à ração dos animais para acelerar o crescimento. Preveja as consequências para as bactérias dos animais, para os trabalhadores da fazenda e para a medicina humana, usando a seleção e a transferência horizontal.

**Solução de Exercício 18.13.**

As doses baixas selecionam linhagens resistentes no intestino dos animais sem matar a população; os trabalhadores as adquirem por contato; os plasmídeos levam os [genes](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) a patógenos humanos e ao ambiente pelo esterco. A resistência ao medicamento, e a medicamentos humanos aparentados, sobe na medicina.

**Exercício 18.14 ★★★.**

Uma enfermaria reduz à metade as prescrições de [antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic); em um ano a proporção de linhagens resistentes cai. Explique por que a resistência pode recuar, usando o custo da resistência para a bactéria e a concorrência.

**Solução de Exercício 18.14.**

A resistência muitas vezes custa caro à bactéria (um [ribossomo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) mais lento, uma [enzima](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/15-as-enzimas-e-o-fenotipo#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) a fabricar): sem o medicamento, as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis crescem um pouco mais depressa e superam as resistentes ao longo de muitas gerações. A proporção cai — mas os [genes](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) de resistência permanecem na população em baixa frequência, prontos para serem selecionados de novo.

**Exercício 18.15 ★★★.**

“As bactérias ficam resistentes porque se acostumam ao [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic).” Reescreva essa frase corretamente, num parágrafo curto, usando [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation), seleção e hereditariedade.

**Solução de Exercício 18.15.**

As bactérias não se adaptam individualmente. Em qualquer população grande, algumas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) carregam, por [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) aleatória ou por um plasmídeo recebido de outra [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell), um [alelo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) que as torna resistentes. O [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) mata as demais; as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes se multiplicam e passam o [alelo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) aos descendentes delas. A população fica resistente porque foi separada, e não porque os membros dela aprenderam alguma coisa.

## 18.6 Problema: a enfermaria

**Problema 18.1.**

Problema de fim de semana — um surto numa enfermaria de hospital acompanhado a partir de uma única célula mutante: a aritmética de uma colônia, um antibiograma lido, um tratamento interrompido, e a política que interrompe a disseminação

A ferida de um paciente está infectada com $10^{10}$ bactérias de uma [espécie](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/5-a-biodiversidade-em-todas-as-escalas#def-g10-biodiversity-scales-species). As bactérias se dividem a cada 30 minutos; uma [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) que dá resistência ao [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) amoxicilina acontece uma vez a cada $10^8$ divisões. O [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) mata 90% das [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis a cada 6 horas e não afeta as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes, que continuam se dividindo.

**Parte I — Antes do tratamento.**

1. Quantas divisões produziram as $10^{10}$ bactérias a partir da primeira [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) ? (Conte o número de [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) .)
2. Estime o número de [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes presentes antes de qualquer [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ser dado.
3. Explique por que a infecção do paciente é, apesar disso, descrita como “sensível” no antibiograma.
4. O antibiograma mostra halos de $24\,\mathrm{mm}$ para a amoxicilina (limiar 17), $12\,\mathrm{mm}$ para a eritromicina (limiar 20) e nenhum para a penicilina. Interprete os três resultados.
5. O médico prescreve amoxicilina por 7 dias. Por que não penicilina, e por que não o medicamento de maior halo, se algum fosse maior?

**Parte II — Durante o tratamento.**

6. Quantas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis restam depois de 1 dia? E depois de 3 dias?
7. Partindo da resposta da questão 2, quantas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes existem depois de 1 dia, se elas dobram a cada 30 minutos sem limite? (Use $2^{48} \approx 2.8 \times 10^{14}$ .) Por que esse número é irrealista, e o que o limita?
8. Suponha que o clone resistente fique limitado ao espaço que as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis desocupam, de modo que ele não possa passar de $10^{10}$ . Aproximadamente quando ele preenche esse espaço?
9. Esboce, ou descreva, as curvas das [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis, das resistentes e do total ao longo dos 7 dias.
10. Na verdade o sistema imunológico do paciente elimina os últimos poucos milhões de [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de qualquer tipo em alguns dias. Explique por que o desfecho depende de o clone resistente crescer mais depressa do que o sistema imunológico o elimina.

**Parte III — O tratamento interrompido.**

11. O paciente para depois de 2 dias, sentindo-se bem. Quantas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) sensíveis restam, e que fração da população sobrevivente é resistente?
12. As bactérias voltam a crescer até $10^{10}$ nos dias seguintes. Que proporção é agora resistente, se as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes e as sensíveis crescem à mesma taxa?
13. O paciente recai e recebe amoxicilina de novo. Preveja o resultado.
14. Um antibiograma da recaída não mostra halo nenhum para a amoxicilina. Explique a mudança em relação ao primeiro antibiograma.
15. O [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) de resistência está num plasmídeo. Que risco a mais isso acrescenta para a enfermaria?

**Parte IV — A política da enfermaria.** A enfermaria trata 400 pacientes por ano com amoxicilina; 30% das infecções isoladas na enfermaria são hoje resistentes, contra 5% na cidade.

16. Explique a diferença entre a enfermaria e a cidade em termos de pressão de seleção.
17. A enfermaria decide: antibiogramas antes de cada prescrição, tratamentos completos, higiene das mãos e isolamento dos portadores de linhagens resistentes. Diga sobre que mecanismo deste capítulo cada medida age.
18. Depois de dois anos a resistência na enfermaria é de 12%. Explique por que ela caiu e por que não voltou aos 5%.
19. Por que um [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) novo, introduzido na enfermaria, não resolveria o problema por mais que alguns anos?
20. Enuncie o resultado: o número de [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes que a ferida abrigava antes de qualquer medicamento, o dia em que elas herdaram a ferida, e o único hábito do paciente que transformou uma infecção curável num surto.

**Solução de Problema 18.1.**

**1.** Cerca de $10^{10}$ divisões (uma por [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) produzida).

**2.** $10^{10} \times 10^{-8} = 100$ [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes, em média.

**3.** Cem [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) em dez bilhões são invisíveis numa placa: o tapete se comporta como sensível porque 99.999999% dele é.

**4.** Amoxicilina: sensível (24 acima de 17). Eritromicina: resistente (12 abaixo de 20). Penicilina: totalmente resistente, sem inibição.

**5.** A penicilina é inútil contra esta linhagem. A escolha entre os medicamentos sensíveis também pesa os efeitos colaterais e o espectro; prefere-se o medicamento eficaz de espectro mais estreito, para poupar as demais bactérias do paciente.

**6.** Quatro períodos de 6 horas por dia: $10^{10} \times 0.1^4 =
10^6$ depois de 1 dia; $10^{10} \times 0.1^{12} = 0.01$ depois de 3 dias — praticamente nenhuma.

**7.** $100 \times 2^{48} \approx 2.8 \times 10^{16}$: absurdo, mais do que a ferida comportaria. O crescimento é limitado pelo espaço, pelos nutrientes e pelo sistema imunológico.

**8.** De 100 [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) a $10^{10}$ são necessárias $\log_2 10^8 \approx 27$ duplicações, cerca de 13 horas; na prática o espaço se libera ao longo do primeiro dia, de modo que entre o dia 1 e o dia 2 o clone resistente substituiu a população sensível.

**9.** Sensíveis: caindo por um fator de 10 a cada 6 horas, até nada no dia 3. Resistentes: subindo de 100 até preencher o espaço em um ou dois dias, depois estáveis em $10^{10}$. Total: uma queda durante o dia 1, depois de volta a $10^{10}$, agora todas resistentes.

**10.** Se o sistema imunológico eliminar [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) mais depressa do que as cem resistentes conseguem se multiplicar, a infecção termina apesar delas; se o clone crescer mais que a eliminação, a infecção fica resistente. Os [antibióticos](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) trabalham com o sistema imunológico, e não no lugar dele.

**11.** Sensíveis depois de 2 dias: $10^{10} \times 0.1^8 = 100$. Resistentes: cerca de $10^{10}$ se o clone tiver preenchido o espaço, ou pelo menos muitos milhares: os sobreviventes são quase todos resistentes.

**12.** Crescer à mesma taxa preserva a proporção: praticamente 100% resistentes.

**13.** Nenhum efeito: o clone resistente ignora a amoxicilina.

**14.** A primeira placa continha a população original, 99.999999% sensível; a placa da recaída contém o clone selecionado, todo resistente, de modo que o tapete cresce até o disco.

**15.** O [gene](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal#def-g10-universal-dna-gene) pode passar a outras [espécies](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/5-a-biodiversidade-em-todas-as-escalas#def-g10-biodiversity-scales-species) carregadas por outros pacientes ou pela equipe, de modo que os demais patógenos da enfermaria podem ficar resistentes sem esperar uma [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) própria.

**16.** Na enfermaria, 400 tratamentos por ano numa população pequena e fechada separam as bactérias continuamente, e as linhagens selecionadas passam entre os pacientes; na cidade a seleção fica diluída entre muitas pessoas e [espécies](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/5-a-biodiversidade-em-todas-as-escalas#def-g10-biodiversity-scales-species).

**17.** Antibiogramas: escolher um medicamento a que a linhagem não resista, de modo que nenhum clone seja selecionado. Tratamentos completos: nenhum tratamento interrompido deixa os sobreviventes resistentes voltarem a crescer. Higiene: nenhuma transmissão do clone selecionado entre pacientes. Isolamento: nenhuma disseminação horizontal nem vertical a partir dos portadores.

**18.** Menos seleção deixou as linhagens sensíveis, que crescem um pouco mais depressa, recuperar terreno, e a transmissão das resistentes foi cortada. Não voltou aos 5% porque as linhagens resistentes e os plasmídeos delas persistem em baixa frequência e são selecionados de novo a cada tratamento restante.

**19.** Qualquer população grande de bactérias contém [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes ao medicamento novo por [mutação](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/13-mutacoes-e-variacao-genetica#def-g11-mutations-mutation) ao acaso; usá-lo as seleciona e, em poucos anos, a linhagem resistente é comum, como com todo [antibiótico](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) introduzido até hoje.

**20.** Cerca de cem [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) resistentes entre dez bilhões antes de qualquer medicamento; no segundo dia de tratamento elas herdaram a ferida; interromper o tratamento cedo transformou a infecção curável numa infecção resistente que se espalhou.