Mecanismos de patogenicidade bacteriana

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Mecanismos de patogenicidade bacteriana
Patogênese bacteriana 
• Na patogênese bacteriana existem uma série de etapas que precisam ser cumpridas para que no final ocorra a infecção, estabelecimento da infecção e o dano tecidual/doença. 
• A primeira etapa é a transmissão ou exposição aos patógenos. 
• A segunda etapa da patogênese é a adesão, à pele ou à mucosa (depende da especificidade da bactéria). Cada microrganismos possui especificidades sobre o local no qual vão se aderir, já que precisam ser células com receptores específicos para eles. 
• A bactéria se adere ao ligante nesse tecido e invadem o epitélio (muito ou pouco, dependendo do nível de invasiva que seja). 
• Após a invasão, começa a infecção: as bactérias começam a colonizar o epitélio. Crescem, proliferam e produzem fatores de virulência – que vão dar uma maior capacidade de patogênese – e toxinas – caso ela seja do tipo que produz. 
• A partir da infecção, há a toxicidade – os efeitos das toxinas liberadas, locais ou sistêmicos (cai no sangue e se espalha para outros locais, outros órgãos) e a invasividade – é o crescimento adicional no sítio original e em sítios distantes. 
• Isso tudo causará o dano tecidual – a doença, resultado da infecção + toxicidade + invasividade. 
Conceitos importantes: 
• Infecção é o crescimento de microrganismos que não estão normalmente presentes dentro do hospedeiro. 
• Hospedeiro é um organismo que abriga um patógeno. 
• Patógeno é outro organismo que vive sobre ou dentro do hospedeiro e provoca doença. 
• Doença é o dano ou lesão tecidual que prejudica as funções do hospedeiro. 
• Virulência: é a medida de patogenicidade de um microrganismo. É a capacidade relativa de um patógeno em provocar doenças. 
O gráfico mostra a porcentagem de camundongos mortos e o número de células das bactérias injetadas. Comparam-se 2 espécies distintas de bactérias. Para que haja 100% de morte, é necessário 100 bactérias da vermelha. Da azul, precisa 1.000.000 para ter o mesmo efeito. Isso significa que o vermelho tem mais virulência que o azul, pois menos células são necessárias. 
• Atenuação: diminuição ou perda da virulência de um patógeno. Quando os patógenos são mantidos em culturas laboratoriais, em vez de isolados a partir de animais doentes, sua virulência geralmente é diminuída ou totalmente perdida. Isso é importante pois muitas vacinas (caxumba, sarampo, rubéola) são compostas por vírus atenuados. 
- No meio de cultura é o ambiente ideal, então acaba perdendo os fatores de virulências pois não precisa infectar, já está em um meio ótimo para sua replicação. 
Adesão 
• Segunda etapa da patogênese bacteriana. 
• Capacidade de se aderir à pele ou à mucosa.
• A adesão ocorre por interações específicas entre moléculas do patógeno e moléculas presentes nos tecidos do hospedeiro. 
• A adesão é mediada por adesinas, A adesina da bactéria interage com o receptor da célula hospedeira – célula específica na qual ela se liga. Pode haver duas formas de interação: A ligação lectina, com carboidrato e a ligação proteína-proteína. 
• Existem dois tipos de adesinas, as chamadas fimbriais – são as fímbrias (importantes para adesão de bactérias), que algumas bactérias têm e afimbriais. 
Adesinas fimbriais 
• Adesão por meio das fimbrias. Elas são estruturas proteicas da superfície da célula bacteriana. 
• São projeções para fora da célula. 
• O pili também pode ser uma adesina. 
• As fimbrias vão fazer a ligação às glicoproteínas da superfície da célula hospedeira, iniciando o processo de aderência. 
• Ex: fímbrias do tipo I de bactérias entéricas são distribuídas uniformemente sobre a superfície das células. 
• Os flagelos – para as bactérias que os possuem, além de dar motilidade a bactéria, também podem aumentar a adesão. 
Adesinas afimbriais 
• São estruturas da superfície bacteriana que vão exercer a função de adesão: 
• A cápsula é um envoltório polimérico, uma camada densa e bem definida. As bactérias que produzem a cápsula a utilizam para adesão. 
• A camada limosa também é importante na adesão. Ela é uma rede frouxa de fibras poliméricas. 
• As bactérias gram-negativas usam as proteínas da membrana externa como adesinas também. 
• Proteínas autotransportadoras; 
• LPS (lipopolissacarídeo) – presente nas gram-negativas. 
Biofilmes 
• Ele é uma comunidade complexa e estruturada de microrganismos envoltos por uma matriz extracelular de polissacarídeos, aderidos entre si a uma superfície ou interface. 
3 bactérias vão se replicando, crescendo e produzindo a matriz extracelular de exopolissacarídeos, fixando na superfície e formando uma comunidade mais densa. Essa comunidade vai crescendo e maturando, até formar uma comunidade densa envolta na camada polissacarídea. 
• Essa formação representa um problema bastante grave em relação a infecções hospitalares, pois aderem a cateteres, ventilador mecânico ou outros materiais hospitalares, podendo infectar os pacientes que os utilizam.
• Por causa da camada de proteção e matriz celular envolvendo é difícil que o antimicrobiano penetre. Para destruir o biofilme é complicado. Tudo sempre deve estar bem estéril, muito bem limpo para ser usado.
• A tabela possui os principais fatores de aderência utilizados para facilitar a ligação de patógenos microbianos aos tecidos do hospedeiro. (cápsula/camada limosa, proteínas de aderência, ácido lipoteicoico, fímbrias). 
Invasão 
• A bactéria pode ser mais ou menos invasiva. 
• Ela começa a crescer e a produzir fatores de virulência para estabelecer a infecção com esses fatores e toxinas. 
• Essa infecção pode ser localizada – no local específico; bacteremia – no sangue; septicemia – infecção generalizada. 
Toxinas 
• Dentro da infecção, algumas toxinas começam a ser produzidas. 
Endotoxinas 
• Endotoxinas: São lipopolissacarídeos (LPS) tóxicos encontrados na maioria das bactérias Gram-negativas. São componentes estruturais da membrana externa Gram-negativa. 
• Não é uma toxina produzida pela bactéria, é uma substância presente na estrutura da bactéria. 
• Os ácidos lipoteicóideos das Gram-positivas podem desempenhar um papel de endotoxina também. 
LPS é composto por três partes: Polissacarídeo O – é imunogênico e pode mudar a conformação dos sacarídeos e traz vantagem de poder não ser mais reconhecido por anticorpos; A porção do cori, estrutura principal; lipídeo A – é a parte tóxica do LPS. 
O lipídeo A é importante para a toxicidade; Polissacarídeo é imunogênico. Ambos são necessários para o efeito tóxico. Por serem estruturais, são liberados em quantidades tóxicas apenas quando as células sofrem lise, quando são rompidas/destruídas. 
• As endotoxinas não vão provocar um efeito específico. Provocam vários efeitos fisiológicos: 
- A febre: há a estimulação das células hospedeiras a liberarem citocinas, proteínas solúveis secretadas pelos fagócitos e outras células, que atuam como pirogênios endógenos – proteínas que afetam o centro cerebral que controla a temperatura, provocando a febre. 
- As citocinas liberadas em resposta à exposição a endotoxina também podem causar diarreia, rápida diminuição no número de linfócitos e plaquetas, e inflamação generalizada. 
• O LPS pode provocar inúmeros efeitos em diferentes órgãos. 
- Altas doses de endotoxinas podem causar a morte por choque hemorrágico e necrose dos tecidos.
Exotoxinas
• Exotoxinas: são proteínas tóxicas liberadas pela célula do patógeno, à medida que ele cresce.
• Essas toxinas deslocam-se de um sítio de infecção e causam danos em regiões afastadas. São liberadas pelo patógeno na circulação sanguínea. 
• Classificam-se entre 3 categorias em termos de mecanismos: as toxinas citolíticas, as toxinas AB e os superantígenos. 
• Um subconjunto das exotoxinas são as enterotoxinas – toxinas das bactérias que atuam no TGI. 
Citotoxinas ou toxinas citolíticas 
• São proteínas extracelulares solúveis, secretadas, produzidas por uma variedade de patógenos. Elas danificam a membrana citoplasmática do hospedeiro, provocando lise e morte celular. 
- As citolisinas atuam causando poros na membranacitoplasmática. Ex: alfa-toxina de estafilococos. Desestabilizam a membrana do hospedeiro e danificando. 
- As fosfolipases são enzimas que vão degradar fosfolipídeos da membrana citoplasmática do hospedeiro. 
• Devido à atividade lítica destas toxinas, são mais facilmente observadas nos ensaios que utilizam eritrócitos – hemolisinas. 
Superantígenos 
• São ativas em superfícies celulares. 
• Os superantígenos causam uma exacerbação da resposta imunológica, estimulando um grande número de células da resposta imune, o que resulta em intensas reações inflamatórias e danos teciduais. 
• Essas exotoxinas causam uma resposta imunológica tão intensa que começa a causar danos ao hospedeiro. 
Exotoxinas tipo AB 
• Essas toxinas apresentam uma subunidade A e uma subunidade B. 
• Um dos tipos é a toxina diftérica que vai atuar inibindo a síntese proteica da célula hospedeira, levando a morte celular. Várias outras toxinas AB atuam dessa forma. Ex: toxina diftérica. 
- A porção B se liga ao receptor da célula hospedeira. A porção A é a toxina propriamente dita. 
- Quando ocorre a ligação, induz-se a endocitose da toxina pela célula hospedeira, formando o endossomo. Esse endossomo vai se acidificar e a porção A vai se desassociar da porção B.
- A porção A – graças a seu pequeno tamanho e permeabilidade – sai do endossomo, vai para o citoplasma da célula hospedeira e nele vai inibir a síntese proteica, levando à morte celular. 
Ex: A exotoxina A de Pseudomonas aeruginos, toxina Shiga e tipo Shiga produzida por E. Coli enteropatogênico atuam de forma similar, atuam na síntese proteica, levando a morte celular. 
• Outro tipo de toxina do tipo AB é a que atua como neurotoxina. Ela bloqueia a liberação de neurotransmissores envolvidos no controle muscular. Ex: toxina botulínica. 
- Após a estimulação dos nervos periféricos e cranianos, a acetil coa é normalmente liberada a partir das vesículas na porção neural da placa motora terminal. 
- A acetil coa vai se ligar a receptores musculares específicos induzindo a contração muscular. Isso é o normal. 
- Quando a pessoa tem a toxina botulínica: A toxina botulínica atua na placa motora terminal, bloqueando a liberação da acetilcolina, resultando na ausência de estimulo. Esse neurotransmissor não será liberado e não ocorre a contração, permanecendo em um relaxamento irreversível dos músculos– Isso leva à chamada paralisia flácida. 
- A toxina impede a contração muscular ao se ligar à placa motora final. Pode provocar morte por asfixia (resultado fatal do botulismo). 
• Outro tipo de toxina é a toxina tetânica (exemplo). Também atua como neurotoxina, gerando uma ação inversa à botulínica. 
- Ela vai bloquear a liberação de neurotransmissores envolvidos no controle muscular. 
- O relaxamento muscular é normalmente induzido pela liberação de glicina, a partir dos interneurônios inibidores. 
- A glicina atua nos neurônios motores, bloqueando a excitação e a liberação da acetilcolina na placa motora terminal – quando quer relaxar o músculo. 
- Quando tem a toxina tetânica, essa toxina se liga ao interneurônio inibitório, impedindo a liberação da glicina, resultando na ausência de sinais para impedir a liberação de acetilcolina. Ocorrerá a liberação constante de acetilcolina, mantendo o músculo contraído constantemente. Esse efeito causa a contração irreversível dos músculos e a chamada paralisia espasmática. 
- Quando os músculos respiratórios são envolvidos, a contração prolongada pode resultar em morte por asfixia. 
• Outro tipo de exotoxina do tipo AB é a toxina colérica.
- Lúmen do intestino delgado, sangue e células epiteliais do intestino com suas microvilosidades. 
- Em um movimento normal, o sódio do lúmen vai para o sangue sem o deslocamento de outros íons. 
- Se a pessoa for infectada por bactérias que produzem essa toxina: A porção B se liga ao receptor da célula hospedeira e a porção A entra na célula. 
- A toxina vai atuar ativando as adenilato ciclases – enzimas que converter o ATP em AMP cíclico. Esse AMPc é um mediador importante de diferentes sistemas reguladores nas células, incluindo o equilíbrio iônico. 
- Com a estimulação das adenilato ciclases haverá muita produção de AMPc, causando um desequilíbrio iônico. Isso vai resultar em um extravasamento de líquido do sangue para o lúmen intestinal, junto a íons. 
- Isso gera diarreia, desidratação e pode gerar risco à vida, com a depleção dos eletrólitos – perdidos com a saída de íons para o lúmen. 
- Alterações nas concentrações iônicas leva à secreção de grandes quantidades de água no lúmen intestinal. A taxa de perda de água no intestino delgado é maior do que sua possível absorção pelo intestino grosso, resultando em uma perda maciça global de fluidos e diarreia aquosa. 
Diferenças ente endotoxinas e exotoxinas 
Propriedades das endotoxinas e exotoxinas. Observa-se as diferenças entre elas. 
Em relação a propriedade química, as exotoxinas são proteínas excretadas pela bactéria (gram + ou -). As endotoxinas são diferentes pois fazem parte da estrutura da membrana, membrana externa das gram -, liberadas quando há lise da bactéria.
O mecanismo de ação das exotoxinas é específico ou mediado por uma ligação a receptor da célula hospedeira, não é uma atuação sistêmica e geral. A endotoxinas já são com ação geral, efeitos mais amplos e gerais (diarreia, febre, vômitos). 
 
A toxicidade as exotoxinas são altamente tóxicas em pequenas quantidades, podendo ser até fatais. E as endotoxinas são pouco tóxicas, devem ser liberadas em grandes quantidades para ser mais complicada.
Resposta de imunogenicidade, as exotoxinas são altamente imunogênicas, estimulam a produção de anticorpos neutralizantes. Endotoxinas são relativamente pouco imunogênicas.
Em relação a febre, as exotoxinas não produzem febre no hospedeiro. As endotoxinas são altamente pirogênicas, induz febre frequentemente no hospedeiro. 
Enzimas hidrolíticas 
• Vão atuar degradando componentes da membrana e/ou desorganizando a estrutura do tecido. 
- Hialuronidases: atuam degradando polissacarídeo ácido hialurônico dos tecidos. 
- Colagenases: destroem redes de colágeno que sustentam os tecidos. 
- Proteases: degradam proteínas. 
- Nucleases: degradam ácidos nucléicos. 
- Enzimas fibrinolíticas: dissolvem os coágulos de fibrina, escapar deles, tornando possível a disseminação da invasão do patógeno. 
Evasão 
• Outro mecanismo de virulência que algumas bactérias podem ter é a evasão. 
• Fugirem de ataques dos hospedeiros, por meio das evasinas. 
- Fagocitose: As bactérias que possuem cápsula, possuem na sua composição moléculas quimicamente idênticas ao humano. Ex: o s. Pyogenes possui ácido hialurônico idêntico ao humano. Com isso, o hospedeiro não vai reconhecer como corpo estranho. 
- Patogenicidade intracelular: a bactéria se adapta ao ambiente intracelular das células, evadindo o sistema imunológico e seus mecanismos para destruí-la.
- Complemento: Possuir proteína inibidora do complemento, que atua inativando o complexo C5-C9 e anulando a função lítica do complexo. 
- Heterogeneidade antigênica: Possuir polissacarídeo O – composto de diferentes açúcares que mudam sua conformação, fazendo com que o sistema imune não reconheça essa nova forma – evadindo assim os anticorpos. 
Sistemas de secreção 
• Existem 6 sistemas de secreção descritos para bactérias – I ao VI. 
• Esses sistemas são canais que as bactérias podem produzir, que vão ligar desde o citoplasma da bactéria até o citoplasma do hospedeiro. 
Percebem-se os canais ligando desde a membrana plasmática tendo contato com o citoplasma da bactéria, até a membrana do hospedeiro, de forma que ela consiga passar proteínas de dentro da bactéria para a célula do hospedeiro, por esses canais. 
• Os sistemas de secreção dos tipos I, III, IV e VI – secretam proteínas através das membranas interna e externa em um único passo. III, IV e VI possuem aparato para injetar proteínas diretamente no citosol da célula eucariótica.
Sistema de secreção tipo III 
• Ex: Bactéria E. coli possui esse sistema. 
- Existe umcanal que vai de dentro da bactéria para a célula hospedeira. O patógeno injeta uma proteína tir, que atua como um receptor na célula hospedeira – ela vai ser exposta na superfície da célula para ajudar na ligação da bactéria com a hospedeira – para que essa ligação seja mais forte, ajuda na adesão. 
• Esse sistema secreta proteínas como tir e outras envolvidas em morte celular por apoptose, disfunção em mitocôndrias e diminuição da barreira defensiva da mucosa intestinal. 
Genética da virulência 
• Uma bactéria comensal – não infecciosa, pode adquirir genes de virulência e se tornar uma bactéria patógena, causando infecção e doença. 
• Ao mesmo tempo ela também pode perder esse gene de virulência e através de mutações pode formar-se um patógeno persistente, com infecção assintomática – não perdeu toda a virulência, mas a maioria. 
• A genética da virulência varia, podendo adquirir ou perder esses genes.
Ilustração de uma bactéria com todos os possíveis fatores de virulência que pode ter. 
Resumo desses fatores e suas funções. 
Fatores do hospedeiro 
• Os fatores de virulência não são os únicos a determinar o rumo de uma infecção bacteriana. 
• Os fatores do hospedeiro também são importantes, pois existe: 
- A resistência natural do hospedeiro. Ex. a lisozima, presente na lágrima, ela dissolve as paredes celulares das bactérias, uma proteção que temos; O muco e cílios que revestem a traqueia, suspendem e deslocam os microrganismos para fora do corpo; os cílios da nasofaringe também removem partículas, incluído os microrganismos; a pele como uma barreira física muito importante, produz ácidos graxos, antimicrobianos, peptídeos antibacterianos, e a microbiota normal da pele também protege contra patógenos; o muco, peptídeos antimicrobianos, fagócitos dos pulmões previnem infecção; a acidez do estomago inibe o crescimento microbiano; proteínas sanguíneas, da linfa inibem o crescimento microbiano.....
- Sítio de infecção e especificidade tecidual: A bactéria é específica e tem que encontrar o receptor específico ao qual pode se ligar. 
- Barreiras físicas e químicas: na figura. 
• Outros fatores do hospedeiro que vão ser importantes para a infecção das bactérias: 
- Idade: bebês e idosos possuem mais risco, pela ineficiência do sistema imune, ficando mais suscetível a infecções. 
- Estresse e dieta.
- Comprometimento do hospedeiro: por causa de doenças crônicas, tratamento quimioterápicos.