Microrganismos e hospedeiros: microbiota residente, transitória e doenças

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA Microrganismos e hospedeiros: microbiota residente, transitória e doenças Disciplina: Microbiologia Aplicada à Nutrição Professora: Alessandra Machado

2 O mundo microbiano Os microrganismos são ubíquos. Os ecossistemas são normalmente colonizados por uma ampla e diversa microbiota, formada principalmente por bactérias e fungos. Microbiota que coloniza o corpo humano é numerosa, complexa e diversa. Corpo humano é habitado por 100 trilhões de células microbianas(10x mais o número de células humanas).

3 Microbiota humana Os microrganismos que habitam os diversos sítios anatômicos do corpo humano são classificados em dois grupos: Microbiota residente Microbiota transitória

4 Microbiota residente, indígena, normal ou autóctone Microrganismos que estabelecem uma residência mais ou menos permanente (colonizam), mas que não produzem doença em condições normais. Altamente dependente das condições às quais um indivíduo é exposto. Altamente diversa entre indivíduos.

5 MicrobiotaResidente, Indígena, Autóctone ou Normal Papel importante na manutenção da integridade do hospedeiro, quando em equilíbrio em um sítio específico -Oferecem barreiras contra colonização por patógenos; - Produzem substâncias utilizáveis pelo hospedeiro; - Degradam produtos tóxicos; - Participam da modulação do sistema imune dos hospedeiros

6 Microbiota residente Caráter Anfibiôntico Microrganismos podem se comportar como patógenos oportunistas em situações de desequilíbrio ou ao serem introduzidos em sítios estéreis ou não específicos.

7 Microrganismos da microbiota residente humana Frequentemente são benéficos e necessários à manutenção da saúde

8 -Fluxo rápido de conteúdo; -Secreções do I.D. Restringem a colonização microbiana Trato gastrointestinal humano -Fluxo rápido de conteúdo; -ph ácido; Restringem a colonização microbiana -ph neutro; -Abundância relativa de nutrientes (CHO não-digeríveis e componentes alimentares que escaparam da digestão no TGI) Ambiente propício para proliferação microbiana -Amotilidade intestinal é um pouco mais lenta Favorece a colonização microbiana. Sander et al., 2007

9 Microbiota intestinal Atua: Modulação do sistema imune; Degradação de componentes não digeríveis da dieta Produção de ácido graxo de cadeia curta; Proteção do epitélio intestinal contra patógenos; Síntese de vitaminas tiamina, riboflavina, piridoxina, B12 e K Papel importante na manutenção da integridade do hospedeiro, forte impacto na fisiologia e na nutrição do hospedeiro e é crucial para a vida humana.

10 Sucessão Microbiana Intestinal Pós-parto Colonizadores secundários: Bacteroides, Clostridia, Bifidobacterium A partir dos 6 meses Microbiota mais diversa e complexa Nascimento Colonizadores primários: E. coli e Enterococcus Até 6 meses Microbiota sofre interferência do tipo alimentação Adulto Redução gradual da diversidade Bacteroidetes e Firmicutes e estabilidade

11 Iniciado em 2007 Término previsto regiões: boca, pele, gastrointestinal e urogenital Caracterizar detalhadamente a microbiota humana e analisar seupapelnasaúdeenadoençadossereshumanos.

12 Microbiota transitória, transiente ou alóctone Microrganismos não patogênicos ou potencialmente patogênicos, encontrados em superfícies externas e internas, durante algumas horas, dias ou mesmo semanas. Pouca importância se a microbiota residente estiver em equilíbrio. Caso ocorra alteração neste equilíbrio, os microrganismos transitórios podem proliferar-se e produzir doença.

13 Interações bactéria-hospedeiro O corpo humano é um conjunto de nichos ambientais que fornece nutrientes necessários para o seu crescimento. Corpo não é ambiente uniforme crescimento de determinados microrganismos é favorecido. - Pele: ambiente relativamente seco favorece crescimento de S. aureus - Pulmões: ambiente altamente oxigenado favorece crescimento do aeróbio Mycobacterium tuberculosis - Intestino grosso: ambiente anóxico favorece crescimento dos anaeróbios estritos Clostridium e Bacteroides Hospedeiros mecanismos de defesa Microrganismos que conseguem colonizar um hospedeiro com sucesso sobrepujam esses mecanismos de defesa.

14 Microrganismos e mecanismos da patogênese Conceitos básicos Patógeno organismo que vive na superfície ou no interior do hospedeiro, causando danos. Patogenicidade capacidade do microrganismo provocar danos em um hospedeiro. Virulência grau de patogenicidade, ou seja, a dose ou o número de células que resultará em resposta patológica em um dado período de tempo.

15 Virulência Virulência microbiana. Diferenças na virulência microbiana, demostradas com base no número de células de Streptococcus pneumoniae e Salmonella typhimurium necessárias para matar os camundongos.

16 Produção de toxinas e/ou enzimas Cápsula e camada limosa Fímbrias Endotoxina Peptideoglicano Resistência aos antimicrobianos Fatores de virulência Estruturas, produtos ou estratégias que contribuem para o aumento da capacidade da bactéria de causar doença.

17 Fatores de virulência na patogênese de Salmonella

18 Conceitos básicos INFECÇÃO DOENÇA Infecção: colonização, multiplicação ou persistência dos microrganismos no hospedeiro, quer o hospedeiro seja prejudicado ou não. Doença: quando a interação entre o microrganismo e o hospedeiro leva a um processo patológico caracterizado por dano ao hospedeiro. A infecção pode existir sem doença detectável

19 Microrganismos e mecanismos da patogênese

20 Adesão específica Estratégia que as bactérias usam para se fixar nas células e nos tecidos do hospedeiro Capacidade de aderência mediada por estruturas da superfície celular bacteriana. Interações macromoleculares entre as superfícies das células do patógeno e do hospedeiro. Ligação seletiva às células de região corpórea particular. Ex: N. gonorrhoeae epitélio urogenital

21 Principais fatores de aderência Camada limosa rede frouxa de fibras poliméricas, estendendo-se para fora da célula. S. mutans camada limosa de dextrana promove a ligação à superfície dental. Cápsula envoltório denso e bem definido que circunda a célula. E. coli patogênica cápsula promove aderência à borda em escova das vilosidades intestinais.

22 Aderência de patógeneos a tecidos animais. (a) Micrografia de transmissão de Vibrio cholerae aderido à borda em escova das vilosidades intestinais de coelho. Observe a ausência de cápsula. (b) Escherichia coli enteropatogênica em infeção modelo fatal, em bezerro. As células bacterianas estão aderidas à borda em escova das vilosidades intestinais dobezerropormeiodesuacápsula.

23 Principais fatores de aderência Fimbrias e pili Estruturas proteicas da superfície da célula bacteriana. Atuam pela ligação às glicoproteínas da superfície da célula hospedeira, iniciando o processo de aderência. N. gonorrhoeae pili facilita a ligação ao epitélio urogenital Salmonella fímbrias facilitam a ligação ao epitélio intestinal Proteínas de aderência N. gonorrhoeae proteína Opa liga-se a receptores do epitélio urogenital.

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25 Colonização e crescimento Quando patógeno tem acesso aos tecidos, o microrganismo pode multiplicar e colonizar o tecido. Geralmente, o inóculo inicial de um patógeno é insuficiente para causar dano ao hospedeiro. Patógenos nutrientes e condições ambientais apropriadas (temperatura, ph, presença ou ausência de oxigênio) que permitam seu crescimento.

26 Ações patogênicas das bactérias Destruição dos tecidos ácidos, gás-resultantes do crescimento bacteriano enzimas degradativas decompõe o tecido e fornece nutrientes para crescimento do microrganismo Ex: Clostridium perfringens produzem fosfolipasec, colagenase, proteases, hialuronidase, toxinas, ácido, gás destroem o tecido. Toxinas produtos bacterianos que danificam diretamente o tecido ou promovem atividades biológicas destrutivas.

27 Toxinas Toxicidade capacidade de um organismo causar uma doença por meio de uma toxina que inibe a função ou mata a célula hospedeira. Exotoxinas - proteínas tóxicas liberadas pela célula do patógeno, à medida que ele cresce. Endotoxinas - Lipopolissacarídeos (LPS) da camada externa de Gramnegativas que estão ligadas à célula e liberadas em grandes quantidades quando as células sofrem lise.

28 Exotoxinas Citolíticas destroem a integridade da membrana citoplasmática, promovendo a lise celular. AB subunidade B liga-se a um receptor superficial da célula hospedeira, promovendo a transferência da subunidade A através da membrana da célula-alvo, que promove danos à célula. Superantígenos estimulam um grande número de células da resposta imune, resultando em intensas reações inflamatórias e danos teciduais.

29 Toxina citolítica α-toxina de estafilococos é uma citotoxina formadora de poros, produzidas por Staphylococcus. Liberadas na forma de monômeros, sete subunidades proteicas idênticas oligomerizam-se na membrana citoplasmática das células alvo. O oligômero forma um poro, liberando todo o conteúdo celular e permitindo o influxo de compostos extracelulares e o efluxo de compostos intracelulares. As células eucarióticas tornam-se intumescidas e sofrem lise.

30 Toxina AB A ação da toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae

31 Enterotoxinas Exotoxinas cujas atividades afetam o intestino delgado, provocando secreção de fluidos para o lúmen intestinal, o que resulta em diarreia. Geralmente adquiridas pela ingestão de alimentos ou água contaminados. Produzidas por vários microrganismos: S. aureus, C. perfringens, B. cereus, V. cholerae, E. coli e S. enteritidis Ação da toxina colérica

32 Endotoxinas (LPS) da camada externa de Gram-negativas que estão ligadas à célula e liberadas em grandes quantidades quando as células sofrem lise. Diarreia, vômitos, febre e choque potencialmente fatal ENDOTOXINA

33 Propriedades Exotoxinas Endotoxinas Propriedades químicas Proteínas,excretadas por determinadas Gram-negativas ou Gram-positivas. Lipopolissacarídeo liberado por lise celular - parte da membrana externa de Gram-negativas. Mecanismode ação, sintomas Específico, geralmente ligamse a receptores ou estruturas específicas, atuam como citotoxinas, enterotoxinas ou neurotoxina, com ação específica em células ou tecidos Geral, febre, diarreia, vômito Toxicidade Frequentemente muito tóxicas, algumas vezes fatais Pouco tóxicas, raramente fatais Potencial de febre Geralmente não produz febre Pirogênica, frequentemente induz febre no hospedeiro

34 Fatores do hospedeiro na doença infecciosa Fatores de risco do hospedeiro na infecção contribuem para a susceptibilidade do hospedeiro Idade - Crianças: patógenos intestinais têm maior chance de se estabelecer. - Idosos: mais susceptíveis às infecções respiratórias. Estresse e dieta -Fontes de estresse fisiológico (fadiga, dieta pobre, desidratação, mudanças climáticas bruscas) aumentam a incidência e gravidade das doenças infecciosas. Hospedeiro comprometido -Um ou mais mecanismos de defesa estão inativados - Probabilidade de infecção é maior.

35 Fatores de proteção do hospedeiro na infecção Imunidade natural ou inata: - Mecanismos de defesa presentes independente da presença de agentes infecciosos(barreiras físicas, químicas e anatômicas). Imunidade adquirida ou específica: -Mecanismos de defesa estimulados pela exposição a substâncias estranhas - imunoglobulinas.

36 Remoção de partículas, incluindo microrganismos A lisozima da lágrima e outras secreções dissolvem as paredes celulares bacterianas Pele barreira física, e sua microbiota normal inibe a colonização de patógenos O muco e os cílios que revestem a traqueia deslocam os microrganismos para fora do corpo O muco dos pulmões impede a colonização A acidez estomacal inibe crescimento microbiano Microbiota normal compete com os patógenos Proteínas sanguíneas e a linfa inibem o crescimento microbiano Rápida alteração do ph inibe o crescimento microbiano O fluxo no trato urinário impede a colonização Microbiota normal compete com os patógenos Barreiras físicas, químicas e anatômicas