Mecanismos microbianos da patogenicidade

(1)

Mecanismos

microbianos da

patogenicidade

Microbiologia FCI 7600082 Profa. Nelma 26/10/2018

(2)

Objetivos de aprendizagem

1. Indicar fatores que determinam a distribuição e a composição da microbiota do corpo humano.

2. Listar as portas de entrada para os patógenos no corpo humano.

3. Descrever os mecanismos de patogenicidade das bactérias ou, como ocorre a adesão, a penetração, a evasão das defesas do hospedeiro e os danos às células hospedeiras.

4. Comparar as endotoxinas e exotoxinas quanto à fonte bacteriana, modo de ação, estrutura.

5. Descrever os tipos de exotoxinas, segundo suas estruturas e modos de ação. 6. Identificar fatores de patogenicidade de bactérias do ambiente e do corpo

humano crescidas em meios de cultura sólido e semi-sólido (aula prática). 7. Identificar reações de hemólise em meio Ágar Sangue (aula prática).

(3)

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.

•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.

(4)

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.

• 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

diagnosticada por

(5)

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.

Microbiota normal dos humanos

(6)

(7)

Fonte: Tortora, Funke & Case (2012).

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, O₂, umidade, salinidade Substâncias inibitórias (enzimas, barreira física)

(8)

(9)

Em indivíduos saudáveis:

Fonte: Madigan et al., 2010.

Trato superior: colonizado por grande variedade e quantidade de microrganismos.

Trato inferior: apresenta poucos ou nenhum

(10)

Human Microbiome Project – National Institutes of Health (NHI)

(Projeto Microbioma Humano) http://commonfund.nih.gov/hmp/overview

1ª. Fase – 2007-2012: desenvolvimento de base de dados de metagenômica e ferramentas computacionais para caracterizar a microbiota de adultos saudáveis. 2ª. Fase 2013-2015: avaliação integrada de dados taxonômicos, metagenômicos e funcionais (multi-omic data) na compreensão do papel da microbiota humana na saúde e na doença.

Caracterização das comunidades microbianas da pele e mucosas humanas, por meio do sequenciamento do gene do RNAr 16S.

Questões abordadas:

Quão estável e resiliente é a microbiota de um indivíduo ao longo do dia ou durante sua vida?

Qual é a similaridade entre os microbiomas dos indivíduos de uma mesma família, comunidade ou entre diferentes comunidades de ambientes diversos?

Todos os seres humanos possuem um microbioma identificável? Como ele é adquirido e transmitido?

O que afeta a diversidade genética do microbioma e como essa diversidade afeta a adaptação dos microrganismos e do hospedeiro a diferentes estilos de vida e a diversos estados fisiológicos ou fisiopatológicos?

(11)

MECANISMOS

MICROBIANOS DE

PATOGENICIDADE

Fatores que auxiliam na instalação

de uma doença infecciosa.

(12)

Mecanismos microbianos de patogenicidade

Adesão

Fímbrias, cápsulas

Colonização e

Crescimento

Fatores de Virulência

(13)

(14)

• 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)

(16)

Adesão à pele ou mucosas

Interação da adesina pode ser seletiva: com

células de uma região corpórea particular ou de uma espécie específica.

Lipoproteínas ou glicoproteínas. Receptores: carboidratos, geralmente manose. Glicocálice, pili, fímbrias ou flagelos

(17)

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.

(18)

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

(19)

NÚMERO DE MICRORGANISMOS

INVASORES

(20)

• Virulência expressa como DI₅₀ : dose infecciosa para 50% dos animais de um grupo teste. Células, endósporos, toxina.

• Bacillus anthracis:

DI₅₀ pele 10 a 50 esporos

DI₅₀ inalado 10-20 mil esporos

DI₅₀ ingerido 250 mil a 1 milhão de esporos

• potência de toxina = DL₅₀ (dose letal para 50% dos animais de um grupo teste)

DL para a toxina botulínica em camundongos = 0,03 ng/kg.

(21)

(22)

PENETRAÇÃO NAS CÉLULAS OU EVASÃO

DAS DEFESAS DO HOSPEDEIRO

(23)

1. Cápsulas

Pode aumentar a virulência de certas bactérias:

Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae,

Haemophilus influenzae, Bacillus anthracis, Yersinia pestis.

Fonte: Madigan et al., 2010

Facilita adesão, fornece proteção

(24)

2. Enzimas

Coagulase (Staphylococcus aureus): provoca a deposição de fibrina sobre os cocos, protegendo-os da fagocitose.

Infecções localizadas como pústulas.

Quinase ou cinase (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.

(25)

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, 2010.

₋ Ácido micólico: resiste à digestão por fagócitos.

 Mycobacterium tuberculosis

(26)

(27)

Toxicidade

Produção de toxinas

:

 ~ 220 toxinas bacterianas conhecidas.

 Podem produzir febre, diarréia, interromper a

síntese protéica, lisar células do sangue, causar

espasmos, etc.

(28)

O dano causado ao hospedeiro por bactérias frequentemente é devido a toxinas.

Exotoxinas e Endotoxinas Bacterianas

(29)

Exotoxinas

 Produto metabólico da célula em crescimento.

 Podem ser facilmente transportadas para locais

distantes da infecção.

 Fonte bacteriana: principalmente bactérias

gram-positivas.

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).

(30)

Exotoxinas

1. Toxinas citolíticas

2. Toxinas A-B

(31)

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).

Figura acima: Zonas de beta-hemólise ao redor de colônias de Streptococcus

pyogenes, crescendo em uma placa de ágar

sangue.

Figura acima: Alfa-toxina de estafilococo.

(32)

Types of hemolysis observed upon growth on sheep blood agar: Alpha (α) hemolysis (top) exhibits incomplete clearance with a zone of greenish discoloration around the colony (e.g. Streptococcus

pneumoniae). Gamma (γ) hemolysis (center) shows no clearing around the colony (e.g. Enterococcus faecalis). Beta (β) hemolysis (bottom) produces a clear zone of hemolysis immediately around the colony

(e.g. Streptococcus pyogenes). Image published with permission of Lippencott, Williams, and Wilkins Press (http://lww.com). (fonte: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3920295/)

(33)

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.

(34)

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

(35)

Ação da toxina colérica, de Vibrio cholerae.

Fonte: Madigan et al., 2010. (Glicolipídeo de membrana) Ativa a adenil clclase, ↑ a [AMPc]. ↑ [AMPc] promove a abertura dos canais de cloro.

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.

(36)

Toxina tetânica - bloqueia impulsos nervosos para a via de relaxamento muscular, resultando em contrações

musculares incontroláveis.

Ação da toxina tetânica, de Clostridium tetani.

Charles Bell, 1809.

Opisthotonus in a patient suffering from tetanus.

(37)

Exotoxinas

3. Superantígenos

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

(38)

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.

(39)

Endotoxinas e a resposta pirogênica: o mecanismo proposto pelo qual as

endotoxinas causam febre.

Tem a síntese inibida pela aspirina, p.e.

Estrutura da parede de bactérias gram negativas

(40)

(41)

(42)

(43)

• Portas de saída

• trato respiratório (tosse ou espirro)

• trato gastrointestinal (saliva ou fezes)

• trato urogenital (secreções da vagina

ou do pênis)

(44)

AULA PRÁTICA PASSADA

(45)

A. Isolamento de microrganismos de superfícies diversas

45

Pseudomonas aeruginosa colonies on skim milk agar. The protease-producing

wild-type strain has large ‘halos’ where casein proteins have been broken down.

(http://beacon-center.org/blog/2013/10/07/beacon-researchers-at-work-ecology-and-evolution-of-scent-production-in-pnw-sasquatch/)

(46)

S. aureus (colônias amareladas) e S.epidermidis (colônias brancas). S. aureus é hemolítica

e S. epidermidis não. Algumas S. aureus podem não ser hemolíticas.

www.healthhype.com/lab-tests-for-staph.html

B. Isolamento de microrganismos de superfícies corpóreas

Possíveis resultados:

(47)

Alpha hemolysis and beta hemolysis on blood agar—Short arrow points to an alpha-hemolytic colony, probably a viridans group streptococcus. Long arrow points to a beta-hemolytic colony, probably Streptococcus pyogenes. The specimen was a throat swab taken from a person with a sore throat (Levinson, 2008).

Alfa-hemólise Beta-hemólise

Possíveis resultados:

Streptococcus spp??

(48)

Liquefação da gelatina (gelatinase)

• Exoenzima hidrolítica, que atua sobre a gelatina

(derivado do colágeno): fornece aminoácidos. • Distingue S.aureus

(patogênico e positivo) de S.

epidermidis

(não-patogênico, positivo tardio). • Enterobactérias: Serratia e

Proteus são positivos.

• Vários Bacillus são tb positivos.

Resultado

• Meio caldo nutritivo

(peptona, extrato de carne) mais gelatina (120g/L).

48

(49)

Capítulos com temas desta aula para estudar

- Madigan et al. Microbiologia de Brock. Porto

Alegre: Artmed, 14ª ed., 2016.

Capítulo 23

.

OU

- Tortora et al., Microbiologia. Porto Alegre: ArtMed,

10ª ed., 2012.

Capítulo 15

.

(50)

Bibliografia consultada para a aula

- Brooks, G.F. et al. Microbiologia Médica de Jawetz, Melnick

e Adelberg. Porto Alegre: AMGH, 2014. Capítulos 9 e 10.

- Kaiser, F.H. et al. Medical Microbiology. New york: Thieme, 2005.

- Levinson, W. Review of Medical Microbiology &

Immunology, Tenth Edition. USA: McGraw-Hill – Lange, 2008.

- Madigan et al., Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice-Hall, 12ª ed., 2010. Capítulo 28.

- Madigan et al., Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice-Hall, 14ª ed., 2016. Capítulo 23.

- Tortora et al., Microbiologia. Porto Alegre: ArtMed, 10ª ed., 2012. Capítulos 14 e 15.

- Tortora et al., Microbiologia. Porto Alegre: ArtMed, 12ª ed., 2017.