MICROBIOTA NORMAL Y PATÓGENOS BACTERIANOS
• Relación hospedero/microorganismos-
Microbiota
• Barreras anatómicas para la infección y disbiosis• Nomenclatura de patógenos• Mecanismos de patogenicidad microbiana• Especificidad bacteriana hacia ciertos tejidos y
formas de infeccion• Factores de virulencia: Adhesinas, exoenzimas,
efectores, endo y exotoxinas
Cuerpo humano: 1013-1014 célulasMicrobiota: 1014-1015 MO
RELACIÓN 10/1 (MO/CÉLULA)
El cuerpo humano es un ecosistema
Microbiota o flora normal es el conjunto de MO que habitan el
cuerpo humano
SERES VIVOS - ambiente rico en nutrientes orgánicos y factores de crecimiento con pH, presión osmótica y Tº controlados -(quimioorganótrofos)
…..pero con matices…
HOMBRE Y ANIMALES
Epitelios (piel y mucosas) – superficies expuestas al medioambiente - difieren entre sí
Diferentes localizaciones - ambiente selectivo: privilegia el desarrollo de algunos MO
SECO - MO resistentes a la desecación(ej. Staphylococcus aureus)
RICO EN O2 - MO aerobios(ej. Mycobacterium tuberculosis)
Respiratorio
ANOXIGÉNICO - MO anaerobios obligados(Clostridium and Bacteroides)
Resto de órganos internos, sangre, linfa, sistema nervioso, útero – estériles
Colonización por MO = ENFERMEDAD
(Hooper et al. 2001 Science)
La idea de microbioma surgió de experimentosrealizados con ratones estériles
Ratones criados en medio asépticos :
• Disminuida la absorción de nutrientes
• Intestinos menos desarrollados- Absorción de nutrientes
disminuida y deficiencia de vitaminas
• Sistema immune subdesarrollado – ejemplo: aumenta la
sensibilidad a los patógenos -dosis infectiva con Salmonella: 10
células (para ratón normal: 106 células)
La gran mayoría (comensales o simbiontes) son beneficiosos y esenciales para mantener la salud
Microbiota normal
Patógenos
¿Para qué sirve?
Microbiota
1. Metabolizan azúcares complejos y esteroides, y producen ácidos orgánicos que se adsorben
2. Sintetizan vitaminas esenciales (K y B12) y esteroides modificados (de sales biliares)
3. Previenen la colonización por patógenos (competencia por nutrientes esenciales y sitios de unión)
4. Producen sustancias que inhiben o matan a otras especies (Antagonismo)- ej. ácidos grasos no específicos, peróxidos, bacteriocinas
5. Estimulan el desarrollo de ciertos tejidos (tejido intestinal, linfático, capilares)
6. Estimulan la producción de anticuerpos (mantienen activa la inmunidad innata-bajos niveles de anticuerpos activos contra la flora normal que reconocen también patógenos similares
7. Previenen el establecimiento y la invasión de patógenos
Salud
METAGENÓMICA – SECUENCIA DEL ARNr 16S a partir de muestrascolectadas de de varios individuos sanosy distintas localizaciones geográficas)
La mayoría son bacterias
Es único para cada individuoHay patrones conservados de colonización en cada nicho (macro y micronutrientes disponibles)
El microbioma humanoCONCEPTO ACTUALEs el genoma del conjunto de MO que se distribuyen en forma normal en las distintas localizaciones del cuerpo humano (nicho)
Major bacteria present
Prevotella
Streptococcus
Veillonella
HelicobacterProteobacteriaBacteroidetesActinobacteriaFusobacteria
EnterococciLactobacilli
BacteroidesBifidobacteriumClostridiumEnterobacteriaEnterococcusEscherichiaEubacteriumKlebsiellaLactobacillusMethanobrevibacter
(Archaea)PeptococcusPeptostreptococcusProteusRuminococcusStaphylococcusStreptococcus
Anus
Colon
IIeum
Jejunum
Duodenum
Largeintestine
Smallintestine
Stomach
Esophagus
OrganEsophagus
Major physiological processes
Secretion of acid (HCI)Digestion of macromoleculespH 2
Continued digestionAbsorption of monosaccharides,amino acids, fatty acids, waterpH 4–5
Absorption of bile acids, vitamin B12pH 7
< 104/g
103–105/g
108/g
1011–1012/g
La población bacteriana es distinta en las diferentes áreas del tracto GI y está influenciada por la dieta y las condiciones fisicoquímicas del sector.
La microbiota intestinal
Pero también hay arqueas metanógenas y
halófilas entre otras
¿Cómo se adquiere y que factores la afectan?
Microbiota
• Vía de nacimiento• Genética• Alimentación• Edad• Medio ambiente• Estrés o enfermedad• Uso de medicamentos (sobre todoAntiobióticos)
COLONIZACIÓN- Crecimiento de MO en contacto con los tejidos del hospedador - no alteran las funciones normales del organismo.
• Permanente (flora residente)
• Transitorio
ENFERMEDAD (Disbiosis o patógeno)- Cuando la interacción MO/hospedador se altera (proceso patológico que provoca daños)
Figure 22.34
Diferencias en la comunidad microbiana intestinal
RATÓN DELGADO RATÓN OBESO
VFA (ácidos grasos volátiles)
El microbioma intestinal humano
Tracto
respiratorio
superior
Tracto
respiratorio
inferior
Sinuses
Nasopharynx
Pharynx
Oral cavity
Larynx
Trachea
Bronchi
Lungs
Estafilococos
Estreptococos
Bacilos (diftericos)
Cocos Gram +
Sin microflora residente en individuos normales
Microbiota del tracto respiratorio
Microbiota del tracto urogenital
Microbiota residente en la uretra
Vejiga y riñones estériles
Alteraciones aumento de pH de la orina (pH~6) -colonización por bacterias residentes de la uretra como Escherichia coli y Proteus mirabilis (patógenos oportunistas-infecciones urinarias)
Mujer adultaAmbiente rico en glucógeno
(sustrato fermentable)(pH<5)
Niñez y menopausiaBaja producción glucógeno
Ausentes lactobacilos(pH ~ 7)
Epitelios mucosos: Barrera física y bioquímica
Mucus: secreción líquida que contiene glicoproteínas y proteínas -humedad y resistencia.sIgA: Inmunoglobulina A secretada -recubren MO facilitando su eliminación.AMPs: péptidos microbicidas -acción antimicrobiana.PRRs: receptores de moléculas de los MO (PG, LPS, flagelina, lipoproteínas, etc.) activan la respuesta inflamatoria e inmune.
Barrera funcional Barrera defectuosa
HOMEOSTASISINFECCIÓN/ENFERMEDAD
Piel: Barrera física y bioquímica
Tejido muy extenso con microambientes distintos según la región - distinta microbiota
• Seco (brazos/piernas)
• Húmedo (labios, nariz, detrás orejas, región genito-urinaria)
• Sebáceo (cuero cabelludo, rostro, espalda)
Muy influenciado por el medio ambiente y condiciones de higiene
Células ciliadas de la
nasofaringe - Remoción de
partículas y microorganismos
Piel- Barrera física (varias capas con
uniones estrechas que impiden el paso de
microorganismos entre las células) +
producción de ácidos grasos y péptidos +
microflora residente
Estómago (pH 2) inhibe el
crecimiento de muchos
microrganismos
Microflora residente-
competencia por
nutrientes con los
patógenos
Tracto urinario- el flujo de
orina y el pH eliminan
microorganismos
Lisozima en lagrimas y
otras secreciones –
acción bactericida
Mucus and cilias en la
tráquea – atrapan y
mueven microorganismos
hacia afuera
Mucus, péptidos microbicidas
y fagocitos profesionales en
pulmón- eliminación efectiva
de microorganismos
Sangre y linfa. Lactoferrina y
transferrina (proteínas que
inhiben el crecimiento
bacteriano por secuestro de
Fe), Anticuerpos y fagocitos
profesionales
Cambios rápidos de pH-
Inhibe el crecimiento de
algunas bacterias
MECANISMOS MÁS COMUNES DE RESISTENCIA INNATA A PATÓGENOS
LA MAYORIA DE LAS BACTERIAS PATÓGENAS TIENEN PREFERENCIA POR ESTABLECERSE Y CRECER EN CIERTOS TEJIDOS - DEBEN SUBVERTIR LOS MECANISMOS DE DEFENSA INNATOSY COMPETIR CON LA MICROFLORA RESIDENTE
FACTORES DE RIESGO PARA LA INFECCIÓN:
Compromiso del hospedador - uno o más mecanismos de resistencia innata disminuidos o inactivos
• Edad (niños y ancianos)• Estrés, enfermedad, injuria• Dieta• Genética• Ambiente
PATÓGENO - MO capaz de infectar o parasitar un individuo (hospedador) causando enfermedad
• ESTRICTOS - Siempre se asocian a enfermedad
• OPORTUNISTAS – constituyentes de la microflora normal del paciente. Pueden convertirse en patógenos en determinadas circunstancias (disminución permanente o transitoria de las defensas normales del hospedador.)
PATOGENOS BACTERIANOS
Postulados de Koch –permitieron demostrar la causa de una enfermedad infecciosa
Bacillus anthracis
PATOGENICIDAD - Es la habilidad de un patógeno de provocar daño en el hospedador.
Depende no sólo del patógeno sino de la resistencia o susceptibilidad del hospedador y del ambiente.
VIRULENCIA - Es una medida cuantitativa de la patogenicidad. Es la habilidad relativa del patógeno para causar enfermedad (número de bacterias necesarias para causar la enfermedad)-dosis letal 50 (LD50)
SALUD vs.
ENFERMEDAD
PATOGENOS BACTERIANOS
VIRULENCIA
COLONIZACIÓN BACTERIANACapacidad de las bacterias para establecerse y multiplicarse en piel o mucosa del huésped manteniendo cierto número poblacional (Microbioma).Su presencia no causa respuestas clínicas ni inmunes de relevancia.
INFECCIÓN BACTERIANAEntrada, establecimiento y multiplicación desproporcionada de bacterias patógenas (estrictas u oportunistas) en o sobre las células del huéspedEn general tiene manifestación clínica. Puede cursar en el lugar de ingreso o, dependiendo del patógeno y/o el tratamiento inadecuado, la infección puede diseminarse a otros órganos o tejidos.
INFECCIÓN INAPARENTE o SUBCLÍNICA (ASINTOMÁTICA)Establecimiento de bacterias que induce una respuesta orgánica específica pero sin causar manifestaciones clínicas
ENFERMEDAD INFECCIOSA o INFECCIÓN CLÍNICAEnfermedades causadas por agentes patógenos (bacterias, virus, hongos o parásitos). Evidencia signos y síntomas de relevancia.
PATOGENOS BACTERIANOS
BACTERIEMIA:
Presencia de bacterias en el torrente sanguíneo. Se manifiesta por temblores y aumentos de temperatura.
SEPTICEMIA:
Infección sistémica (generalizada de todo el organismo) y grave. Puede desencadenar inflamación masiva, shock séptico y muerte.
INFECCIÓNES BACTERIANA SEVERAS
Tenericutes
Fusobacteria
Gemmatimonadetes
Lentisphaerae
Fibrobacteres
Verrucomicrobia
Chlamydiae
Cyanobacteria
Plastids
Chlorobi
Spirochaetes
Thermodesulfobacteria
Chloroflexi
Deinococcus–Thermus
AquificaeThermotogae
Epsilonproteobacteria
Deltaproteobacteria
Mitochondria
Alphaproteobacteria
Gammaproteobacteria
Nitrospira
Acidobacteria
Bacteroidetes
Actinobacteria
Firmicutes
Betaproteobacteria
Origin of life
LUCABACTERIA
CATEGORIAS TAXONÓMICAS
(o Reino)
Al igual que otros microrganismos, se les asigna un nombre científico una vez completada su caracterización y el trabajo taxonómico: GÉNERO y ESPECIE.
• el nombre del GÉNERO proviene del nombre del descubridor o describe la morfología del microorganismo (primera letra en mayúscula)
• el nombre de la ESPECIE describe usualmente alguna característica (color), origen, patogenicidad, lugar de donde provienen, etc. (primera letra en minúscula)
Siempre se escriben en itálica.
Ejemplos: Bacillus subtilis; Escherichia coli; Salmonella enterica; Staphylococcusaureus; Streptococcus pyogenes; Streptomyces coelicolor; Serratia marcescens
Si ya se nombró, se puede abreviar usando la primera letra del género seguida de punto. Ejemplo B. subtilis.
Las reglas y métodos del sistema de Nomenclatura Bacteriana se encuentran en el Código Internacional de Nomenclatura Bacteriana.
¿Cómo se nombran las bacterias patógenas?
Las bacterias que conforman una cepa son genotípica y
fenotípicamente idénticas. También se las denomina ”aislamiento”
ya que en general se han obtenido de un MO aislado a partir de
una muestra biológica o ambiental.
Nomenclatura de bacterias patógenasPara individualizarlas aún mas bacterias pertenecientes a una especie,
(especialmente las patógenas) se las sub-divide en base a otras
características. Estas subdivisiones agrupa cepas o “aislamientos”
RELEVANCIA EPIDEMIOLÓGICA.
Nomenclatura de bacterias patógenas
Pathotype(2)
Serovar(2500)
(enf. Sistémica)
Typhi, Paratyphi A o C
(gastorenteritis)
TyphimuriumEnteriditis, etc.
Animales de sangre fría, plantas, ambiente
Animales de sangre caliente
Ejemplo- nombre abreviado: S. Typhi; completo:Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhi
(6 o7)
(2)
Ej. Denominacion con serotipo: S. Typhimurium 4,5,12:i:−
Denominación según patotipo:EPEC – enteropatogénicaEHEC – hemorrágicaETEC – enterotoxigénicaEAEC – enteroadherenteEIEC – enteroadherenteDAEC – difusiva-adherenteUPEC – uropatogénicaNMEC – meningitis neonatal
Nomenclatura de bacterias patógenasPatologías que producen:• Diarrea• Infecciones del tracto urinario• Enfermedad sistémica• Meningitis
Ejemplo: EHEC O157 H7
Vía parenteral
PATOGENOS BACTERIANOS- VÍAS DE ENTRADA
MECANISMOS DE PATOGENICIDADEstrategias que usa el patógeno para establecer la infección
1. Colonización y Adhesión a superficies y mucosas
2. Establecimiento –con o sin penetración o invasión en las células
3. Multiplicación en o sobre los tejidos y producción de factores de virulencia y toxinas – Infección
4. Interferencia con las defensas del hospedador, Toxicidad y Diseminación
5. Daño a los tejidos - Enfermedad
1 2 3 45
EL PATÓGENO EXPRESA FACTORES DE VIRULENCIA ESPECÍFICOS EN CADA ETAPA
FACTORES DE VIRULENCIASon moléculas (proteínas) que produce el patógeno para lograr la infección
• Flagelo y Factores de adherencia (fimbrias, pili, adhesinas) – permite llegar y adherirse a la superficie de la célula hospedadora para posibilitar la infección
• Sideróforos – secuestro y captación de Fe
• Vías metabólicas no comunes (ventaja en ciertos nichos)
• Sistemas de secreción Tipo I, Tipo III, Tipo IV – transportan efectores bacterianos a la célula hospedadora.
• Factores de persistencia (enzimas que sirven para obtener nutrientes o protegerse de los mecanismos de defensa del hospedador)
• Factores de invasión – median la entrada de la bacteria a la célula eucariota.
• Efectores – modulan las funciones celulares del hospedador en beneficio del patógeno (citoesqueleto, vías de señalización, tráfico intracelular, etc)
• Endo y Exotoxinas – destruir y/o afectar la función de la célula eucariota (algunas actúan fuera del sitio de infección)
FlageloAdhesinas tipo fimbriasOtros componentes de la envolturaCapacidad de variación de Antígenos de superficieBiofilmCapsulaEnzimas
Efectores (con y sin actividad enzimática)Sideróforos (Fe)Toxinas
ToxinasEfectores
FlageloBiofilmCapsulaOtros componentes de la envolturaCambios en la morfología celular
ENFERMEDAD INFECCIOSA
FACTORES DE VIRULENCIADISTINTOS FACTORES SON REQUERIDOS EN LAS DIFERENTES ETAPAS DE LA INFECCIÓN
OBJETIVO SOBREVIVIR Y MULTIPLICARSE
SEÑALES DEL AMBIENTE• oxígeno• pH• osmolaridad• nutrientes• Tº
Flagelo
Biofilm o cambiomorfología
ModificarLPS
Toxinas
Sideroforos
Adhesinas
Invasinas
AMBIENTE
EXTERNO
HOSPEDADOR
Enzimasextracelulares
FACTORES DE VIRULENCIA
MONITOREO CONSTANTE DEL AMBIENTE
LOCALIZACIÓN
RESPUESTA RAPIDA Y COORDINADA SEGÚN EL ENTORNO REGULACIÓN ESTRICTA DE LA EXPRESIÓN DE
LOS FACTORES DE VIRULENCIA
FACTORES DE VIRULENCIA
REGULACIÓN COMPLEJA Y ESTRICTAA distintos niveles: • TRANSCRIPCIONAL (reguladores transcripcionales)• POSTRANSCRIPCIONAL (ARN regulatorios)• POSTRADUCCIONAL (inhibición de la actividad/degradación)
OBJETIVO: Los distintos factores de virulencia se deben expresan única y exclusivamente cuando son requeridos y de manera coordinada en las distintas etapas de la infección (coordinación espacio-temporal)
NO EXPRESIÓN-EXPRESIÓN RÁPIDA-NO EXPRESIÓN
La expresión prematura o descoordinada pude alertar prematuramente a los sistemas de defensa del hospedador y/o ser metabólicamente desfavorable, llevando a su eliminación.
REDES DE REGULACIÓN
FACTORES DE VIRULENCIAExpresión en momento y lugar adecuado
Monitoreo del ambiente – regulación de la expresión
Helicobacter pylori
FLAGELO
(variaciones en flagelina
algunas bacterias)
(algunas bacterias)
Adhesión específica a las células del hospedado- Interacciones entre moléculas de superficie del patógeno (adhesinas) y del hospedador (receptores no dedicados)
TROPISMO DE TEJIDO
INICIO DE LA INFECCIÓNFACTORES DE VIRULENCIA –ADHERENCIA
Adhesina
Membranacélula
hospedadora
Receptor
PATÓGENO
E. coli enteropatógena (EPEC)
INICIO DE LA INFECCIÓNFACTORES DE VIRULENCIA –ADHERENCIA
Fimbrias, Pilis u otras proteínas o glicoproteínas de superficie
• Pilis o Fimbrias y adhesinas asociadas
• Proteínas o glicoproteinas de envoltura
• Ácido Lipoteicóico - Streptococcus pyogenes
• Capa SStaphilococcussobre células de piel
INICIO DE LA INFECCIÓNFACTORES DE VIRULENCIA –ADHERENCIA
Además de la adhesión inicial para establecer una infección el patógeno necesita sobrevivir y multiplicarse.
ESTABLECIMIENTO DE LA INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – COLONIZACION Y
SUPERVIVENCIA DENTRO Y FUERA DEL HOSPEDADOR
• Contar con nutrientes y condiciones adecuadas (Tº, pH, presencia/ausencia de O2; factores de crecimiento) para crecer- COMPETENCIA CON LA MICROBIOTA RESIDENTE
• Protegerse de los mecanismos de defensa del hospedador - FAGOCITOSIS
• Hemolisinas (destruyen glóbulos rojos para obtener Fe del Hemo)
• Fosfolipasas (lisar las célula del hospedador)
• Proteasas
• Nucleasas
• Ureasa
Enzimas para facilitar el acceso a nutrientes-Exoenzimas:
Streptococcus pyogenes Clostridium perfrigens
Producción de sideróforos (quelantes de Fe de alta afinidad)
ESTABLECIMIENTO DE LA INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – OBTENCIÓN DE NUTRIENTES
ESTABLECIMIENTO DE LA INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – OBTENCIÓN DE NUTRIENTES
Vías metabólicas no comunes (uso de fuentes de C y N raras o aceptores de e-)
Salmonella: 1-2 propanodiol (fte C), etanolamida(fte N) y Tetrationato (aceptor)
Brucella: Eritritol (fte C abundante en placenta)
Proteger a la bacteria de mecanismos de defensa del hospedador Moléculas de superficie:
• Glycocalis (Cápsulas o capa S) – S. mutans o B. anthracis
• Capa cerosa y ácidos micólicos- Mycobacterium tuberculosis
• Variación antigénica-moléculas de superficie
Secreción de enzimas- Exoenzimas:
• Coagulasa (coagula fibrinógeno)- protección – Staphylocuccus aureus
• Proteasas (destruyen anticuerpos de las secreciones-IgA)
ESTABLECIMIENTO DE LA INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – PROTECCIÓN
Bacillus anthracis - capsula
INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – ESTABLECIMIENTO Y
SUPERVIVENCIA DENTRO O FUERA DEL HOSPEDADOR
Patógenos que invaden la células y tejidos del hospedador
Patógenos que NO invaden la células y tejidos del hospedador
• Los efectores que sirven para alterar o manipular las funciones celulares: citoesqueleto, transportadores de membrana, tráfico intracelular, producción de moléculas de señalización, funcionamiento de las mitocondrias, ciclo celular, etc.
• Muchos de los efectores son multifunciones -partes de la misma proteína desempeñan distintas funciones (interaccionar con distintas proteínas del hospedador) y cumplir estas funciones en diferentes localizaciones celulares (citoplasma, núcleo, o mitocondria de la célula hospedadora)
• Algunos efectores funcionan además como exotoxinas (son citolíticos o generan diarrea por inhibición de los transportadores de iones y agua).
INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – EFECTORES
El patógeno produce y secreta un arsenal de efectores (proteínas o con o sin actividad enzimática) con el objetivo de manipular la
célula hospedadora en su beneficio, asegurar su supervivencia y multiplicarse para luego diseminarse.
INFECCION
BACTERIA PATÓGENA
¿Cómo llegan los factores de persistencia y efectores al hospedador?Sistemas de secrecións (SS)
SISTEMAS DE SECRECIÓN Y VESICULAS DE MEMBRANA
EXTERNA
T4SST6SS
INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – EFECTORES
Algunos patógenos invaden las células del hospedador mientras que otros actúan desde afuera.
Ruffling
Salmonellatyphimurium
Salmonella produce y secreta invasinas –proteínas efectoras que sirven para manipular el citoesqueleto de actina del hospedador produciendo pliegues en la membrana celular.Como resultado la bacteria logra penetrar en las células del hospedador rodeada de membrana (vacuola) donde puede sobrevivir y multiplicarse
E. coli entoropatógena (EPEC) y enterohemolítica (EHEC) producen y secretan efectores para manipular el citoesqueleto de actina de la célula intestinal para formar un pedestal característico sobre la superficie y establecersesobre el mismo para causar la infeccion. Estas bacterias no penetran en las células del hospedador
Listeria y Shigellainvaden, luego se liberan de la vacuola en el citoplasma y producen otros efectoresespecíficos que les permiten reclutar actina para formar “cohetes de actina” y salir de esa célula para invadir células vecinas –diseminación de una célula a otra.
INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – EFECTORES
INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – EFECTORES
Alteran o manipulan distintas funciones celulares en beneficio del patógeno
MANIPULACIÓN DEL
CITOESQUELETO Y TRAFICO
INTRACELULARMANIPULACIÓN
DE LA RESPUESTA
INFLAMATORIA
DAÑO CELULAR Y APOPTOSIS
ALTERACIONES DE LA PERMEABILIDAD
CELULAR Y LA INTEGRIDAD DE LOS
TEJIDOS
INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – EFECTORES
Ejemplo de un efector multifuncional: EspFdistintas partes o dominios de la proteína desempeñan distintas funciones en distintas localizaciones subcelulares
Infección por E. coli EAEC
Algunos patógenos no sólo se adhieren a las células del hospedador, sino que también se adhieren entre sí formando biopelículas (biofilms).
INFECCIÓN Y DISEMINACIÓNFACTORES DE VIRULENCIA – BIOFILM
Dependiendo del patógeno, la formación de biofilm es esencial para producir la patología y/o posibilitar la diseminación.
Pseudomonas auriginosa
Infección por EAEC
INFECCIÓN Y DISEMINACIÓN
FACTORES DE VIRULENCIA –
BIOFILM
Pseudomonas-Biofilm en vías aéreas y pulmón de pacientes con Fibrosis quística
Placa dental-biofilm mixto (distintos bacterias)
• Estreptoquinasa (digiere la malla de fibrina)- estreptococos, estafilococos
• Hialuronidasa (hidroliza ácido hialurónico-matriz intercelular)-estreptococos, estafilococos y clostridios
• Colagenasa (hidroliza colágeno- matriz intercelular piel)-clostridios que causan gangrena gaseosa
DISEMINACIÓNFACTORES DE VIRULENCIA – EXOENZIMAS
Exoenzimas: Staphilococcus aureus
La infección puede cursar en el lugar de ingreso o, dependiendo del patógeno y/o tratamiento inadecuado, la infección puede diseminarse a otros órganos.
Ejemplo: infección urinaria causada por E. coli(UPEC) complicada-Daño Renal
E. coli (UPEC) sobre células de vejiga humanas
DISEMINACIÓN
COLONIZACIÓN/INFECCIÓN/DISEMINACIONINFECCIONES POR E. coli UROPATOGÉNICA
Infecciones urinarias causadas por E. coli uropatogénica (UPEC)Invasión y persistencia intracelular y extracelular• Cambios en la morfología• Biofilm intracelular• Cuerpos quiescentes
Algunas bacterias causan la enfermedad a través de toxinas que pueden inhibir las células del hospedador y/o matarlas o producir alteraciones en su funcionalidad-muchas actúan a distancia
INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – TOXINAS
Sindrome urémico hemolítico (SUH)E. coli enterohemorragica-EHEC
CóleraVibrio colerae
TétanoClostridium tetani
Proteínas producidas dentro del patógeno.Muchas codificadas en fagos lisogénicos.Liberación por lisis celular o secreción.Efectos específicos. Muy inmunogénicas.Gram+ y Gram-
Porcion lipídica del lipopolisacarido (LPS-Lipido A) o ácidos lipoteicoicos. Se liberan cuando la bacteria muere o la envoltura se degrada.Efectos no específicos. Baja toxicidad excepto en cantidades excesivas
EXOTOXINAS ENDOTOXINAS
Exotoxina liberadaClostridium botulinum, produce la toxina botulínica
Endotoxina: LPS (lípido A)
Salmonella typhimurium
INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – TOXINAS
Clases de exotoxinas:• Citolíticas- alteran la integridad de la MP• Toxinas AB- acción citotóxica, enterotóxica o
neurotóxica• Super antígenos-estimulan la respuesta inflamatoria
Son Exoenzimas que las bacterias secretan
MODO DE ACCION: ALTERAN LA PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA PLASMATICA DEL HOSPEDADOR
Formación de canales:– Hemolisinas – lisa globulos rojos (placas de agar
sangre)– Leucocidinas: lisa glóbulos blancos (células
inmunitarias)– Toxina α de estafilococos: elimina células
nucleadas y no nucleadas (globulos rojos)- se une a la MP y oligomerizan en heptámetros formando poros.
Alteración de la integridad de MP– Fosfolipasas o lecitinasas: Toxina α de
Clostridium perfringens – placas con yema de huevo.
– Estreptolisina O de estreptococos: afecta los esteroles de la MP
EFECTO: DAÑO EN EL TEJIDO POR MUERTE CELULAR
EXOTOXINASTOXINAS CITOLÍTICAS
MP
Influjo de compon. extracel.
Eflujo de compon. Intracel.
α-Toxina
Out
In
TOXINA ALFA DE ESTAFILOCOCO
La bacteria produce y libera o secreta la toxina inactivada
El componente B reconoce el receptor especifico en la célula hospedadora
La exotoxina A-B entra en la célula hospedora por endocitosis mediada por el receptor
Exotoxina A-B durante el trafico intracelular
El componente A se separa y se activa para alterar la función en el hospedador (ej: síntesis de proteínas). El componente B se excreta
DNA
ExotoxinmRNA
Exotoxinpolypeptides
A (active)
B (binding)
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
B
A
Bacterium
Receptor
Plasmamembrane
Nucleus
Cytoplasm
Host cell
Protein
1
2
3
4
5
Formada por dos subunidades (o un polipéptido con 2 dominios)
A – tiene la actividad (se secreta inactiva)B – se une al receptor en la superficie de la célula
hospedadora y media la internalización
Se liberan por lisis (profago) o secreción
La activación de A ocurre en la célula hospedadora
EXOTOXINASTOXINAS AB
Ejemplos: Toxina Shiga (EHEC O157-H7 y Shigella dysenteriae)-
dos subunidades codificadas en un fago lisogénico tipo λ / receptor específico (GB3) en riñon
Toxina diftérica (Corynebacterium diphtheriae)- un único polipéptido codificado en el fago lisogénico β / receptor específico (HB-EGP) en epitelio respiratorio
Exotoxina A (Pseudomonas auriginosa)- un único polipéptido que se secreta / receptor específico (CD91)
MODO DE ACCION: BLOQUEO DE LA ELONGACIÓN DEL POLIPEPTIDO NACIENTE
EFECTO: MUERTE CELULAR POR APOPTOSIS
EXOTOXINASTOXINAS AB-CITOTÓXICA
INHIBEN SINTESIS DE PROTEINAS
Corynebacterium diphtheriaeToxina diftérica – acción sobre epitelio respiratorio- Paciente: Dificultad respiratoria
EHEC O157-H7 y Shigella dysenteriae
Toxina Shiga –acción sobre epitelio intestinal y renal- Paciente:Falla renal (SUH)
RECONOCEN UN RECEPTOR ESPECIFICO EN CIERTOS TEJIDOS
EXOTOXINASTOXINAS AB-ENTEROTOXINAS
MODO DE ACCION: ACTIVA LA ADENILATO CICLASA INCREMENTANDO LA SECRECIÓN DE ELECTROLITOS Y AGUA EN EL INTESTINO DELGADO
EFECTO: DESBALANTE IONICO Y DESHIDRATACION SEVERA
EXOTOXINASTOXINAS AB-NEUROTOXICAS
ANTESDESPUES
SEÑAL DE
EXITACIÓN
DEL SNC
Músculo
Normal
La Aceticolina (A) induce la
contracción de la fibra muscular
Botulismo
La toxina bloquea la liberación de A
inhibiendo la contracción del músculo
Toxina botulínica
Interneurona
inhibitoria
Inhibición
Toxina
tetánica
Normal
La liberación de Glicina (G) por las interneuronas
inhibitorias bloquea la liberación de Acetilcolina
(A) permitiendo la relajación del músculo
Tétano
La toxina se une a la interneurona
inhibitoria previniendo la liberación
de G y la relajación del músculo
SEÑAL DE
EXITACIÓN
DEL SNC
Músculo
Clostridium botulinum Clostridium tetani
MODO DE ACCION: INTERFIEREN CON LA TRANSMICIÓN DE LA SEÑAL NERVIOSA AL MUSCULO
EFECTO: FALLA MOTORA-MUERTE POR PARO CARDIO-RESPIRATORIO
EXOTOXINASSUPERANTIGENOS
MODO DE ACCION: SOBREESTIMULAN LA RESPUESTA INMUNE-INCREMENTO DE LA LIBERACION DE CITOQUINAS PROINFLAMATORIAS
EFECTO: FIEBRE, NAUSEAS VOMITOS, DIARREA, SHOCK Y MUERTE
Ejemplo de bacterias productoras de super antígenos: S. aureus - síndrome shock tóxico. S. pyogenes (toxina eritrogénica)- produce Escarlatina
El macrófago ingiere la bacteria Gram negativa
La bacteria es degradada en la vacuola liberando LPS que estimula en el macrófago la producción y liberación de citoquinas (IL-1 y TNF-).
A través de la sangre, las citoquinas llegan al hipotálamo cerebral
Estimulan la producción de prostaglandinas por parte de las células del hipotálamo- produce fiebre
Nucleo
Macrófago
Endotoxina
Bacteria
Liberación de
la Endotoxina
Liberación de citoquinas
Vacuola
Vaso sanguineo
Hipotálamo
Prostaglandinas
Fever
Gandula pituitaria
1 2 3 4
ENDOTOXINASLPS DE GRAM NEGATIVAS
MODO DE ACCION: ESTIMULA LA LIBERACIÓN DE CITOQUINAS (INFLAMACIÓN LOCAL) POR PARTE DEL MACROFAGO Y, COMO CONSECUENCIA, LA PRODUCCIÓN DE PROSTAGLANDINAS (PIRÓGENOS ENDÓGENOS) EN EL CEREBRO
EFECTO: INFLAMACION Y FIEBRE MUY ALTA – SHOCK SÉPTICO Y MUERTE
Simpson et al., Nat Rev Microbiol 17, 403–416 (2019). https://doi.org/10.1038/s41579-019-0201-x
ENDOTOXINASLPS DE GRAM NEGATIVAS
Las modificaciones en el Lípido A-KDO2
contribuyen a que la bacteria pueda evadirmás efectivamente la respuesta immune del hospedador.
Reducción de cargas negativas- protege contra peptidos microbicidas (AMP)
Modificación de grupos acilo- disminuye la respuesta inflamatoria en ratones
PLASMIDOS DE
VIRULENCIA
ISLAS DE PATOGENESIS
PROFAGOS
DISEMINADOS POR EL
CROMOSOMA
FACTORES DE VIRULENCIA
¿Dónde están codificados?
ADQUIRIDOS POR TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES
ISLAS DE PATOGÉNESIS (PI)
• Elementos genéticos distintivos (islas genómicas)
• Presentes en bacterias patógenas y NO en bacterias no patógenas.
• Adquiridas por transferencia horizontal de genes
• Contienen genes que codifican para sistemas de secreción, factores de virulencia y/o nuevas vías metabólicas y sistemas para regular y coordinar su expresión.
• Sirven para adaptarse a un nicho particular (tejido del hospedador)
FACTORES DE VIRULENCIA
¿Dónde están codificados?
Salmonella entérica - SPI2
PROFAGOS
¿Que es?Forma de dormancia reversible de un bacteriófago en la que no se produce la expresión de los genes del fago para producir nuevos fagos.Por una situación de estrés se revierte el estado de dormancia y se activa la expresión de los genes del fago (ciclo lítico) y junto con esos genes se producen factores de virulencia codificados en el profago. Ejemplo: Toxina Shiga
FACTORES DE VIRULENCIA
¿Dónde están codificados?
PROFAGOS
FACTORES DE VIRULENCIA
¿Dónde están codificados?
ATENCIÓN: La toxina se liberan por lisis (activación del profago)NO USAR ANTIBIOTICOS PARA TRATAR ESTAS INFECCIONES PORQUE SE EMPEORA EL CUADRO
PLASMIDOS DE VIRULENCIA
FACTORES DE VIRULENCIA
¿Dónde están codificados?
Plásmidos de virulencia de Shigella flexneri(pWR501) y de S. Typhimurium (pSLT2)
PLASMIDOS DE VIRULENCIASistemas Toxina/Antitoxina que evitan la pérdida del plásmido de Virulencia
• Toxina y antitoxina son proteínas
• La Toxina es mas estable que la antitoxina
• La degradación rápida de la antitoxina en la bacteria que perdió el plásmido provoca la muerte celular por acción de la Toxina
Brock. Biology of Microorganisms. Madigan, Martinko, Bender, Buckley and Sthal (2015)-14ª edición. Pearson Education, Inc. (o 13° edición)- Cap. Microbial Interactions withhumans
Parker y col. Microbiology- American Society for Microbiology, 2016 –Cap. 15: Microbial Mechanisms of Pathogenicity – DISPONIBLE ON LINE
Bibliografía