UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA
Disciplina: Microbiologia Aplicada à Nutrição Professora: Alessandra Machado
Microrganismos e hospedeiros:
microbiota residente, transitória e
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).
Microbiota humana
Os microrganismos que habitam os diversos sítios anatômicos do corpo humano são classificados em dois grupos:
Microbiota
residente
Microbiota
transitória
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.
Microbiota Residente, 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
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.
Microrganismos da microbiota residente humana
Trato gastrointestinal humano
Sander et al., 2007
-Fluxo rápido de conteúdo; -pH ácido;
Restringem a
colonização microbiana
- A motilidade intestinal é um pouco mais lenta
Favorece 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 -Fluxo rápido de conteúdo;
-Secreções do I.D. Restringem a
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
Nascimento Colonizadores primários: E. coli e Enterococcus Pós-parto Colonizadores secundários: Bacteroides, Clostridia, Bifidobacterium Até 6 meses Microbiota sofre interferência do tipo alimentação
A partir dos 6 meses
Microbiota – mais diversa e complexa
Sucessão Microbiana Intestinal
Adulto
Redução gradual da diversidade – Bacteroidetes
• Iniciado em 2007
• Término previsto 2014
• 4 regiões: boca, pele, gastrointestinal e urogenital
Caracterizar detalhadamente a microbiota humana e analisar seu papel na saúde e na doença dos seres humanos.
• 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.
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.
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.
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.
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 .
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
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.
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.
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 do bezerro por meio de sua cápsula.
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.
• 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.
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 fosfolipase C, colagenase, proteases, hialuronidase, toxinas, ácido, gás – destroem o tecido.
Toxinas – produtos bacterianos que danificam diretamente o tecido ou promovem atividades biológicas destrutivas.
• Toxicidade – capacidade de um organismo causar uma doença por meio de uma toxina que inibe a função ou mata a célula hospedeira.
Toxinas
• Exotoxinas
- proteínas tóxicas liberadas pela célula do patógeno, à medida que ele cresce.
• Endotoxinas
- Lipopolissacarídeos (LPS) da camada externa de Gram-negativas que estão ligadas à célula e liberadas em grandes quantidades quando as células sofrem lise.
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.
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.
Toxina AB
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
ENDOTOXINA Diarreia, vômitos, febre e choque
potencialmente fatal
Endotoxinas
(LPS) da camada externa de Gram-negativas que estão ligadas à célula e liberadas em grandes quantidades quando as células sofrem lise.
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.
Mecanismo de ação, sintomas
Específico, geralmente ligam-se 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
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.
• 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.
Pele – barreira física, e sua microbiota normal inibe a colonização de patógenos
A acidez estomacal inibe crescimento microbiano
Microbiota normal compete com os
patógenos
O fluxo no trato urinário impede a colonização
A lisozima da lágrima e outras secreções dissolvem
as paredes celulares bacterianas
O muco e os cílios que revestem a traqueia deslocam
os microrganismos para fora do corpo
O muco dos pulmões impede a colonização
Proteínas sanguíneas e a linfa inibem o crescimento
microbiano
Rápida alteração do pH inibe o crescimento microbiano
Microbiota normal compete com os patógenos Remoção de partículas,
incluindo microrganismos
Barreiras físicas, químicas e anatômicas