Mecanismos microbianos da patogenicidade

Transcrição

1 Mecanismos microbianos da patogenicidade Microbiologia FFI 0751 Profa. Nelma 20/10/2017

2 Glossário Microbiota normal do corpo: microrganismos que estabelecem uma residência mais ou menos permanente em um animal, mas que não produzem doença em condições normais. Parasita: organismo que cresce no interior ou na superfície de um hospedeiro, provocando danos a este. Patógeno: microrganismo capaz de causar doença. Patogenicidade: capacidade de uma patógeno de produzir doença superando as defesas do hospedeiro. Virulência: grau ou extensão da patogenicidade. Dose Letal (DL), DI (dose infecciosa), toxicidade e invasividade são medidas da virulência de um microrganismo.

3 Glossário Infecção: invasão ou colonização do corpo por microrganismos patogênicos. Pode existir na ausência de uma doença detectável (pessoa infectada com o vírus HIV que não apresenta sintomas). Doença: dano ou lesão causado em um hospedeiro, prejudicando suas funções ou ocorre quando a infecção resulta em qualquer alteração de um estado de saúde. diagnosticada por Sintomas: alterações subjetivas (não aparente a um observador). Ex.: dor, mal-estar. Sinais: alterações objetivas (podem ser observadas e medidas). Ex.: lesões, edema, febre, paralisia. Exames laboratoriais

4 Microbiota normal dos humanos Microbiota normal dos humanos: ~ 100 trilhões de bactérias. Presentes nas regiões do corpo expostas ao ambiente, como pele, boca, ouvido, tratos respiratório superior, gastrointestinal e urogenital. Dificilmente em órgãos internos, linfa, sangue e sistema nervoso, o que caracterizaria uma infecção. Fonte: Tortora, Funke & Case (2017).

5 Fonte: Tortora, Funke & Case (2017).

6 Representantes da microbiota normal por região do corpo. Distribuição e composição é determinada por Nutrientes (derivados de produtos celulares secretados, substâncias em fluidos corpóreos, células mortas, alimentos no trato gastrointestinal e boca). Temperatura, ph, O 2, umidade, salinidade Fonte: Tortora, Funke & Case (2012). Substâncias inibitórias (enzimas, barreira física)

7 Representantes da microbiota normal por região do corpo. Fonte: Tortora, Funke & Case (2012).

8 Em indivíduos saudáveis: Trato superior: colonizado por grande variedade e quantidade de microrganismos. Trato inferior: apresenta poucos ou nenhum microrganismo. Fonte: Madigan et al., 2010.

9 Barreiras naturais físicas, químicas e anatômicas contra a colonização e infecção por patógenos. Fonte: Madigan et al., 2016

10 Human Microbiome Project National Institutes of Health (NHI) Projeto Microbioma Humano 1ª. Fase : desenvolvimento de base de dados metagenômica e ferramentas computacionais para caracterizar a microbiota de adultos saudáveis. 2ª. Fase : avaliação integrada de dados taxonômicos, metagenômicos e funcionais (multi-omic data) na compreensão do papel da microbiota humana na saúde e na doença.

11 Quando os microrganismos são agentes causadores de doenças... MECANISMOS MICROBIANOS DE PATOGENICIDADE

12 Mecanismos microbianos de patogenicidade Adesão Fímbrias, cápsulas Colonização e Crescimento Fatores de Virulência Fonte: Tortora, Funke e Case (2017).

13 PORTAS DE ENTRADA

14 Portas de entrada dos patógenos membranas mucosas (tratos respiratório, gastrointestinal, genitourinário) e conjuntiva (olho). pele: por aberturas como dutos de glândulas sudoríparas e folículos pilosos. via parenteral: perfurações da pele ou mucosas (punção, injeção, picadas, cortes, ferimentos, cirurgias).

15 ADESÃO À PELE OU MUCOSAS

16 Adesão à pele ou mucosas Acontece por meio de interações entre moléculas de superfície do patógeno adesinas ou ligantes e receptores complementares de superfície nas células teciduais do hospedeiro Adesinas localizam-se no glicocálice ou em estruturas como pili, fímbrias e flagelos. Interação pode ser seletiva, ou seja, pode ser com células de uma região corpórea particular ou de uma espécie específica.

17 Adesão à pele ou mucosas Adesinas: lipoproteínas ou glicoproteínas. Receptores: carboidratos, geralmente manose. Fonte: Tortora, Funke & Case (2012).

18 Adesão à pele ou mucosas Vibrio cholerae aderido à borda em escova das vilosidades intestinais de coelho. A adesão é por meio de pili. Células de E. coli enteropatogênica aderidas à borda em escova das vilosidades intestinais de bezerro por meio de cápsula.

19 Adesão à pele ou mucosas Linhagens fimbriadas de E. coli são causa mais frequente de infecções do trato urinário. Neisseria gonorrhoeae em leucócitos humanos presentes em secreção uretral. Fatores de adesão (não mostrados): pili de adesão e proteína de superfície (membrana externa) Opa.

20 NÚMERO DE MICRORGANISMOS INVASORES

21 Número de MO invasores Virulência expressa como DI 50 : dose infecciosa para 50% dos animais de um grupo teste. Bacillus anthracis: DI 50 pele 10 a 50 esporos DI 50 inalado mil esporos DI 50 ingerido 250 mil a 1 milhão de esporos potência de toxina = DL 50 (dose letal para 50% dos animais de um grupo teste) DL para a toxina botulínica em camundongos = 0,03 ng/kg.

22 Número de MO invasores

23 PENETRAÇÃO NAS CÉLULAS OU EVASÃO DAS DEFESAS DO HOSPEDEIRO

24 1. Cápsulas Pode aumentar a virulência de certas bactérias: Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae, Haemophilus influenzae, Bacillus anthracis, Yersinia pestis. Fonte: Madigan et al., 2010

25 2. Enzimas Coagulase (Staphylococcus aureus): provoca a deposição de fibrina sobre os cocos, protegendo-os da fagocitose. Infecções localizadas como pústulas. Quinase (Streptococcus, Staphylococcus): dissolve os coágulos de fibrina formados pelo hospedeiro no local da invasão microbiana. Hialuronidase (estreptococos, Clostridium, p.e.): degrada ácido hialurônico, um polissacarídeo presente particularmente em tecidos conjuntivos. Colagenase (Clostridium): rompe a rede de colágenos que sustenta os tecidos, permitindo a disseminação do patógeno pelo corpo.

26 3. Componentes da parede celular Proteína M (foto): Evita a fagocitose e a morte por ação dos neutrófilos. Streptococcus pyogenes Proteína M de estreptococos beta-hemolíticos. Fonte: Tortora, Funke e Case, Ácido micólico: resiste à digestão por fagócitos. Mycobacterium tuberculosis

27 4. Penetração no citoesqueleto Invasina Salmonella: provoca rearranjo dos filamentos de actina do citoesqueleto celular no ponto de contato. Enrugamento da membrana plasmática da célula hospedeira Fonte: Tortora, Funke e Case, 2012.

28 DANOS ÀS CÉLULAS HOSPEDEIRAS

29 Toxicidade Produção de toxinas: ~ 220 toxinas bacterianas conhecidas. Podem produzir febre, diarréia, interromper a síntese protéica, lisar células do sangue, causar espasmos, etc. 2 tipos: exotoxinas e endotoxinas.

30 Exotoxinas e Endotoxinas Bacterianas O dano causado ao hospedeiro por bactérias frequentemente é devido a toxinas. Fonte: Tortora, Funke & Case (2012).

31 Exotoxinas Produto metabólico da célula em crescimento. Podem ser facilmente transportadas para locais distantes da infecção. Fonte bacteriana: principalmente bactérias grampositivas. Constituição protéica, muitas de natureza enzimática. Genes codificantes estão nos plasmídeos ou fagos. Podem ser convertidas em toxóide para imunização: inativação da toxina in vitro pela ação do calor ou agente químico (formol, iodo).

32 Exotoxinas 1. Toxinas citolíticas 2. Toxinas A-B 3. Superantígenos

33 Exotoxinas 1. Citolíticas: agem na membrana plasmática, causando lise e morte celular. Rompem a porção fosfolipídica (fosfolipases) ou formam canais protéicos (alfa-toxina de estafilococos). 7 subunidades Figura acima: Alfa-toxina de estafilococo. Fonte: Madigan et al., Figura acima: Zonas de beta-hemólise ao redor de colônias de Streptococcus pyogenes, crescendo em uma placa de ágar sangue.

34 Exotoxinas 2. Toxinas A-B: 2 subunidades protéicas ligadas covalentemente, partes A e B. Parte A é o componente ativo (enzima) e parte B é o componente de ligação com a superfície celular. Exemplos: toxinas colérica, diftérica, tetânica e botulínica.

35 Exotoxinas Toxina colérica Vibrio cholerae mais conhecida. E. coli, Salmonella enteritidis - toxinas com ação e estrutura similares às da toxina colérica. Exemplos de exotoxinas que atuam no intestino delgado (= enterotoxinas) e provocam uma grande secreção de fluidos para o lúmen intestinal, causando vômitos e diarréia.

36 Ação da toxina colérica, de Vibrio cholerae. (Glicolipídeo de membrana) [AMPc] promove a abertura dos canais de cloro. Ativa a adenil clclase, a [AMPc]. Causa efeito cascata: AC promove aumento da [ ] de AMP cíclico, que estimula a proteína quinase-dependente de AMP, que fosforila trasportadores de íons da membrana. Estes exportam íons, causando perda de fluido, potássio e cloreto da célula para o lúmen intestinal. Fonte: Madigan et al., 2010.

37 Ação da toxina tetânica, de Clostridium tetani. Toxina tetânica - bloqueia impulsos nervosos para a via de relaxamento muscular, resultando em contrações musculares incontroláveis. Charles Bell, Opisthotonus in a patient suffering from tetanus. Fonte: Madigan et al., 2010.

38 Exotoxinas 3. Superantígenos Exotoxinas que não agem diretamente no alvo celular. Subvertem o sistema imune. Ex.: toxinas estafilocócicas que causam intoxicação alimentar e síndrome do choque séptico. (Complexo principal de histocompatibilidade) (Receptor de célula T) Libera citocinas, mediadores inflamatórios. (p.e., macrófago)

39 Endotoxinas Porção lipídica (lipídeo A) do LPS da membrana externa da parede celular. É liberada com a destruição da célula ou durante a divisão celular. Fonte bacteriana: bactérias gram-negativas. Dose letal necessária é maior que para as exotoxinas. Sintomas são os mesmos para os diferentes tipos: febre, fraqueza, dores e choque. Não produz toxóides efetivos (não é facilmente neutralizada pelas antitoxinas). Ex.: febre tifóide (Salmonella typhi), infecções do trato urinário (por Proteus spp) e meningite meningocócica (N. meningitidis).

40 Endotoxinas e a resposta pirogênica: o mecanismo proposto pelo qual as endotoxinas causam febre. Tem a síntese inibida pela aspirina, p.e. Fonte: Tortora, Funke & Case (2012). Estrutura da parede de bactérias gram negativas

41 Fonte: Tortora, Funke & Case (2012).

42

43 PORTAS DE SAÍDA

44 Portas de saída trato respiratório (tosse ou espirro) trato gastrointestinal (saliva ou fezes) trato urogenital (secreções da vagina ou do pênis)

45 Bibliografia - Kaiser, F.H. et al. Medical Microbiology. New york: Thieme, Levinson, W. Review of Medical Microbiology & Immunology, Tenth Edition. USA: McGraw-Hill Lange, Madigan et al., Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice- Hall, 12ª ed., Capítulo Madigan et al., Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice- Hall, 14ª ed., Tortora et al., Microbiologia. Porto Alegre: ArtMed, 10ª ed., Capítulos 14 e Tortora et al., Microbiologia. Porto Alegre: ArtMed, 12ª ed., 2017.

46 Questões de revisão 1. Quais fatores determinam a distribuição e composição da microbiota do corpo humano? 2. Diferencie patogenicidade de virulência. 3. Quais as portas de entrada para os patógenos no corpo humano? O que significa porta de entrada preferencial? 4. Qual o papel das estruturas a seguir nos mecanismos de patogenicidade de bactérias: a) Adesinas b) Cápsula c) Enzimas: coagulase, quinase, proteases IgA, colagenase, hialuronidase. 5. Por quais meios as bactérias patogênicas danificam as células do hospedeiro? 6. Compare as endotoxinas e exotoxinas quanto à fonte bacteriana, modo de ação, estrutura. Dê exemplos. 7. Explique como os fármacos que se ligam a cada uma das estruturas a seguir podem afetar a patogenicidade: a) Ferro no sangue do hospedeiro b) Fímbrias da Neisseria gonorrhoeae c) Proteína M do Streptococcus pyogenes 8. Vacinas contra exotoxinas, como a toxina diftérica e tetânica, são utilizadas para prevenir doenças. Por que não são desenvolvidas vacinas contra as endotoxinas? 9. Quais os tipos de exotoxinas, segundo suas estruturas e modos de ação? Exemplifique.