Mecanismos microbianos da patogenicidade

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Mecanismos

microbianos da

patogenicidade

Microbiologia FFI 0751

Profa. Nelma

20/10/2017

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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.

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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

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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

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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)

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Em indivíduos saudáveis:

Fonte: Madigan et al., 2010.

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

Trato inferior: apresenta poucos ou nenhum

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Fonte: Madigan et al., 2016

Barreiras naturais

físicas, químicas e

anatômicas contra a

colonização e infecção

por patógenos.

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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 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.

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MECANISMOS

MICROBIANOS DE

PATOGENICIDADE

Quando os microrganismos são

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Mecanismos microbianos de patogenicidade

Adesão

Fímbrias, cápsulas

Colonização e

Crescimento

Fatores de Virulência

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• 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).

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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

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Adesão à pele ou mucosas

Adesinas: lipoproteínas ou

glicoproteínas.

Receptores:

carboidratos,

geralmente

manose.

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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.

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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.

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NÚMERO DE MICRORGANISMOS

INVASORES

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• 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 10-20 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.

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PENETRAÇÃO NAS CÉLULAS OU EVASÃO

DAS DEFESAS DO HOSPEDEIRO

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1. Cápsulas

Pode aumentar a virulência de certas bactérias:

Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae,

Haemophilus influenzae, Bacillus anthracis, Yersinia pestis.

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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.

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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

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4. Penetração no citoesqueleto

Enrugamento da membrana plasmática da célula hospedeira

Fonte: Tortora, Funke e Case, 2012.

Invasina

– Salmonella: provoca

rearranjo dos

filamentos de actina

do citoesqueleto

celular no ponto de

contato.

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Toxicidade

Produção de toxinas

:

 ~ 220 toxinas bacterianas conhecidas.

 Podem produzir febre, diarréia, interromper a

síntese protéica, lisar células do sangue, causar

espasmos, etc.

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

Exotoxinas e Endotoxinas Bacterianas

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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).

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Exotoxinas

1. Toxinas citolíticas

2. Toxinas A-B

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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(44)

• Portas de saída

• trato respiratório (tosse ou espirro)

• trato gastrointestinal (saliva ou fezes)

• trato urogenital (secreções da vagina

ou do pênis)

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Bibliografia

- 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.

- Tortora et al., Microbiologia. Porto Alegre: ArtMed, 10ª ed.,

2012.

Capítulos 14 e 15

.

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

2017.

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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?