Tutoria 04 - M2 - Etapa 2 - A Superbactéria

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Ivan Gabriel Santos 2ª período - Mecanismos de agressão e defesa MEDICINA -FITS
Tutoria 04 -M2 - Etapa 2
A superbactéria
Estrutura:
● Estrutura: Células possuem um
núcleo ou nucleoide (ver a
seguir) que contém DNA; este é
circundado pelo citoplasma,
onde as proteínas são
sintetizadas e a energia é
gerada;
● Mecanismo de replicação:
● Natureza do ácido nucleico: As
células contêm tanto DNA
quanto RNA;
● A parede celular bacteriana
contém peptideoglicano, e é
localizada externamente à
membrana citoplasmática;
● A camada de peptideoglicano é
muito mais espessa em
bactérias gram-positivas que em
gram-negativas. Algumas bacté-
rias gram-positivas também
possuem fibras compostas por
ácido teicoico, que se projetam
para fora do peptideoglicano;
● Os organismos gram-negativos
possuem uma camada externa
complexa, consistindo em
polissacarídeos, lipoproteínas e
fosfolipídeos. Situado entre a
camada da membrana e a
membrana citoplasmática,
encontra-se o espaço
periplasmático, que, em
algumas espécies, corresponde
ao local de enzimas
denominadas b-lactamases, as
quais degradam penicilina e
outros fármacos b-lactâmicos.
● Os transposons são segmentos
de DNA que se deslocam
prontamente de um local a
outro, tanto no interior quanto
entre os DNAs de bactérias,
plasmídeos e bacteriófagos.
Esses elementos podem
codificar enzimas de resistência
a fármacos, toxinas ou uma
variedade de enzimas
envolvidas no metabolismo,
bem como causar mutações no
gene onde são inseridos, ou
alterar a expressão de genes
próximos.
● Os pili são filamentos
semelhantes a pelos que se
estendem a partir da superfície
celular. Medeiam a ligação das
bactérias a receptores
específicos da superfície de
células humanas, etapa
necessária à iniciação da
infecção por alguns organismos.
Um tipo especializado de pilus,
o pilus sexual, estabelece a
ligação entre as bactérias
doadoras (macho) e receptoras
(fêmeas) durante a conjugação;
● O glicocálice consiste em um
revestimento polissacarídico
secretado por muitas bactérias.
Ele reveste as superfícies como
um filme e possibilita a firme
aderência das bactérias a
estruturas variadas;
● As bactérias podem ser
classificadas, de acordo com sua
forma, em três grupos básicos:
cocos, bacilos e espiroquetas. Os
cocos são esféricos, os bacilos
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exibem forma de bastonete, e as
espiroquetas são espiralados;
● Arranjo das bactérias: Alguns
cocos organizam-se em pares
(diplococos), alguns em cadeias
(estreptococos), e outros em
agrupamentos semelhantes a
cachos de uvas (estafilococos);
Patogênese geral das infecções
bacterianas:
PRODUÇÃO DE TOXINAS:
Toxinas se enquadram em duas
categorias gerais: exotoxinas e
endotoxinas.
Exotoxinas são polipeptídeos liberados
pela célula bacteriana, são encontradas
apenas em bacilos e cocos
gram-negativos, não são liberadas
ativamente pela célula bacteriana e
provocam febre e choque.
As exotoxinas são proteínas solúveis
que podem atuar como enzimas. Por
ser uma enzima, ela pode catalisar
muitas reações bioquímicas e é
reutilizável. Eles são secretados para a
célula circundante durante seu
crescimento exponencial ou durante a
lise celular. Portanto, as exotoxinas são
consideradas um componente
extracelular.
Três tipos: As enterotoxinas atuam no
revestimento do trato gastrointestinal,
enquanto as neurotoxinas atuam na
função dos neurônios e as citotoxinas
danificam o funcionamento das células
hospedeiras.
As exotoxinas são altamente
antigênicas. Portanto, eles podem
estimular o sistema imunológico. Ao
estimular o sistema imunológico, eles
produzem antitoxinas para neutralizar
a toxina.
Endotoxinas são lipopolissacarídeos
(LPS), componente integral da parede
celular, são menos potentes e menos
específicas que a maioria das
exotoxinas. São também chamadas
toxinas intracelulares. Causam febre e
são moderadamente tóxicas. No
entanto, a endotoxina é um
contaminante comum de produtos
médicos derivados de bactérias. Sua
presença pode provir de componentes
intrínsecos do processo de fabricação
ou de contaminação acidental do
produto.
A endotoxina é um lipopolissacarídeo
que fica dentro da parede celular
bacteriana, enquanto a exotoxina é
uma proteína que se secreta para o
exterior da célula bacteriana.
Essas toxinas são liberadas pelo
crescimento de bactérias ou devido à
atividade de certos antibióticos ou em
função da digestão fagocítica.
As endotoxinas são menos potentes e
menos específicas em seu substrato.
Mas, eles são estáveis ao calor.
Invasão e inflamação:
1) Colagenase e hialuronidase, as quais
degradam o colágeno e o ácido
hialurônico, respectivamente,
permitindo, assim, que a bactéria se
dissemine por meio do tecido
subcutâneo.
2) Coagulase, produzida pelo
Staphylococcus aureus, que acelera a
formação do coágulo de fibrina a partir
de seu precursor, o fibrinogênio (esse
coágulo protege a bactéria da
fagocitose por meio do isolamento da
área infectada e por envolver o mi-
crorganismo em uma camada de
fibrina).
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3) Protease de imunoglobulina A (IgA),
capaz de degradar IgA, permitindo a
adesão do microrganismo às
membranas mucosas.
4) Leucocidinas, capazes de destruir
neutrófilos e macrófagos.
1) O mais importante dos fatores
antifagocitários é a cápsula externa à
parede celular. A cápsula
polissacarídica impede que os
fagócitos possam se aderir à bactéria;
os anticorpos anticapsulares propiciam
a ocorrência de fagocitose com mais
eficiência (um processo denominado
opsonização).
Compreender a resposta imunológica:
Bactérias intracelulares:
Dentro dos macrófagos essas bactérias
podem estimular tanto as células
TCD4+ através da expressão de
antígeno associado ao MHC classe II,
como também células TCD8+ através
da expressão de antígenos associados a
moléculas do MHC classe I. A ativação
de células TCD4+ leva à secreção de
IFN-g, que ativa os macrófagos
levando à produção aumentada de
óxido nítrico (NO) e destruição da
bactéria. As células TCD8+ participam
do mecanismo de defesa através da
citotoxicidade, destruindo os
macrófagos infectados.
Bactérias Extracelulares:
A participação da imunidade inata
ocorre através das células fagocitárias,
da ativação do sistema complemento
pela via alternativa e da produção de
quimiocinas e citocinas.
Adicionalmente a proteína C reativa
(PCR), proteína de fase aguda
produzida principalmente por células
hepáticas nas infecções bacterianas,
exerce ação variada contra as
bactérias. Ao ligar-se aos fosfolipídios
de membrana de algumas bactérias
(por exemplo, pneumococos) a PCR
atua como opsonina, facilitando a
fagocitose por neutrófilos. A PCR tem
também a capacidade de ativar o
sistema complemento e também
estimula a síntese de TNF-a, a qual
induz a síntese de NO e
consequentemente a destruição de
vários microorganismos.
O complemento exerce seu papel de
defesa pela ativação do complexo de
ataque à membrana (C5-C9) e
facilitando a opsonização através do
componente C3b, que se liga à bactéria
e interage em uma segunda etapa com
um receptor específico existente nas
células fagocíticas.
Em tecidos invadidos por bactérias, o
rápido acúmulo de neutrófilos é
fundamental para impedir o
crescimento bacteriano e a
consequente infecção. A locomoção
dos neutrófilos ocorre devido à
quimiotaxia, ou seja, migração
direcionada, determinada pela
presença de substâncias
quimioatraentes.
Resistência Microbiana:
(1) As bactérias produzem enzimas que
inativam o fármaco. (2) As bactérias
sintetizam alvos modificados, contra
os quais os fármacos não têm efeito.
(3) As bactérias reduzem sua
permeabilidade ao fármaco, de modo
que uma concentração intracelular
efetiva do fármaco não é obtida. (4) As
bactérias exportam fármacos
ativamente por meio do uso de
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“bombas de resistência múltipla a
fármacos”.
Resistência mediada por
cromossomos:
A resistência cromossômica deve-se a
uma mutação no gene que codifica o
alvo do fármaco ou o sistema de
transporte que controla a captação do
fármaco. A frequência de mutações
espontâneas geralmente varia de 10–7
a 10–9, valores muito inferiores à
frequência de aquisição de plasmídeos
de resistência. Desse modo, a
resistência cromossômica representa
um problema clínico menor do que a
resistência mediada por plasmídeos. O
tratamento de certas infecções com
dois ou mais fármacos.
Resistência mediada por plasmídeos:
Do ponto de vista clínico, a resistência
mediada por plasmídeos exibe grande
importância por três razões:
(1) Ocorre em várias espécies
diferentes, especialmente em bacilos
gram-negativos.
(2) Os plasmídeos frequentemente
medeiam a resistência a múltiplos
fármacos.
(3) Os plasmídeos exibem uma alta
taxa de transferência de uma célula a
outra, geralmente por conjugação.
Plasmídeos de resistência (fatores de
resistência, fatores R) são moléculas de
DNA de dupla-fita
extracromossômicos e circulares que
carreiam os genes de uma variedade de
enzimas capazes de degradar
antibióticos e modificar os sistemas de
transporte de membrana. Os fatores R
podem carrear um gene de resistência
a antibióticos ou podem carrear dois
ou mais desses genes. A implicação
médica de um plasmídeo carrear mais
de um gene de resistência é dupla:
primeiro, e mais óbvio, é o fato de uma
bactéria contendo aquele plasmídeo
poder ser resistente a mais de uma
classe de antibióticos, e, segundo, o
uso de um antibiótico que seleciona
um organismo resistente a outro
antibiótico selecionará um organismo
resistente a todos os antibióticos cujos
genes de resistência sejam carreados
pelo plasmídeo. Além da produção de
resistência a fármacos, os fatores R
apresentam duas propriedades muito
importantes: (1) podem replicar-se
independentemente do cromossomo
bacteriano; as- sim, uma célula pode
conter várias cópias; e (2) podem ser
trans- feridos não somente a células da
mesma espécie, mas também a outras
espécies e gêneros.
Resistência mediada por transposons:
Os transposons são segmentos de DNA
que se deslocam prontamente de um
local a outro, tanto no interior quanto
entre os DNAs de bactérias,
plasmídeos e bacteriófagos.
Os transposons são genes transferidos
no interior do DNA ou entre grandes
segmentos deste, como o cromossomo
bacteriano e os plasmídeos. Um típico
transposon de resistência a fármacos é
composto por três genes flanqueados
em ambos os lados por sequências de
DNA mais curtas, geralmente uma
série de bases repetidas invertidas que
medeiam a inteiração do transposon
com o DNA maior. Os três genes
codificam (1) a transposase, enzima
que catalisa a excisão e reintegração do
transposon; (2) um repressor que
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regula a síntese de transposase; e (3) o
gene de resistência ao fármaco.
Biofilme:
Outra forma relevante de resistência é
a formação de biofilme, como exemplo
cotidiano da rotina clínica
tem a formação de placas dentárias
bacterianas, que tornam difícil a
penetração de antibióticos.
Pseudomonas spp e outras bactérias
gram-negativas são grandes
formadoras de biofilmes. São
substâncias, como açúcar, produzidas
pela própria bactéria, que envolvem a
bactéria, assim, as bactérias que
possuem esse biofilme vão ter maiores
capacidades de resistir ao sistema
imune do hospedeiro e ao
antimicrobiano, por isso, consideradas
de complicada eliminação.
Mecanismos não genéticos da
resistência:
(1) As bactérias podem ser isoladas no
interior de uma cavidade de um
abscesso, na qual o fármaco não é
capaz de penetrar efetivamente. A
drenagem é, portanto, necessária como
adjunto à quimioterapia.
(2) As bactérias podem encontrar-se
em estado letárgico (i.e., sem
crescimento), sendo, portanto,
insensíveis aos inibidores de parede
celular, como penicilinas e
cefalosporinas. De modo similar,
Mycobacterium tuberculosis
pode ficar dormente nos tecidos por
vários anos, permanecendo insensível
aos fármacos durante esse período. Se
houver diminuição nas defesas do
hospedeiro, as bactérias começam a se
multiplicar e tornam-se novamente
suscetíveis aos fármacos, indicando
que não ocorreram modificações
genéticas.
(3) Em determinadas circunstâncias,
organismos que seriam geralmente
mortos pela penicilina podem perder
sua parede celular, sobrevivendo como
protoplastos, insensíveis a fármacos
ativos contra a parede celular.
Posteriormente, se esses organismos
sintetizarem sua parede celular,
tornam-se totalmente suscetíveis a
esses fármacos.
(4) A presença de corpos estranhos
torna mais difícil o tratamento
antibiótico bem-sucedido. Isso
aplica-se a corpos estranhos, como
implantes cirúrgicos e cateteres, bem
como a materiais que penetram no
corpo por ocasião de ferimentos
penetrantes, como farpas e estilhaços.
(5) Várias circunstâncias podem dar a
impressão de que os organismos são
resistentes (p. ex., a administração de
fármaco incorreto ou da dosagem
incorreta, ou incapacidade de o
fármaco atingir o local apropriado do
corpo). (Um bom exemplo desta
última corresponde à pequena
penetração de várias cefalosporinas
das primeiras gerações no líquido
cerebrospinal.) A falha do paciente em
relação ao uso do fármaco
(desobediência, não participação) é um
exemplo de outra circunstância.
1. Alteração de permeabilidade
A permeabilidade limitada constitui
uma propriedade da membrana celular
externa de lipopolissacarídeo das
bactérias Gram-negativas. A
permeabilidade dessa membrana
reside na presença de proteínas
especiais, as porinas, que estabelecem
canais específicos pelos quais as
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substâncias podem passar para o
espaço periplasmático e, em seguida,
para o interior da célula. A
permeabilidade limitada é responsável
pela resistência intrínseca dos bacilos
Gram-negativos à penicilina,
eritromicina, clindamicina e
vancomicina e pela resistência de
Pseudomonas aeruginosa ao
trimetoprim. As bactérias utilizam
esta estratégia na aquisição de
resistência. Assim, uma alteração na
porina específica da membrana celular
externa de P. aeruginosa, pela qual o
imipenem geralmente se difunde, pode
excluir o antimicrobiano de seu alvo,
tornando P. aeruginosa resistente ao
imipenem.
2. Alteração do sítio de ação do
antimicrobiano
A alteração do local-alvo onde atua
determinado antimicrobiano, de modo
a impedir a ocorrência de qualquer
efeito inibitório ou bactericida,
constitui um dos mais importantes
mecanismos de resistência. As
bactérias podem adquirir um gene que
codifica um novo produto resistente ao
antibiótico, substituindo o alvo
original. Staphylococcus aureus
resistente à oxacilina e estafilococos
coagulase-negativos adquiriram o gene
cromossômico Mec A e produzem uma
proteína de ligação da penicilina (PBP
ou PLP) resistente aos β-lactâmicos,
denominada 2a ou 2', que é suficiente
para manter a integridade da parede
celular durante o crescimento, quando
outras PBPs essenciais são inativadas
por antimicrobianos β-lactâmicos.
Alternativamente, um gene
recém-adquirido pode atuar para
modificar um alvo, tomando-o menos
vulnerável a determinado
antimicrobiano. Assim, um gene
transportado por plasmídeo ou por
transposon codifica uma enzima que
inativa os alvos ou altera a ligação dos
antimicrobianos como ocorre com
eritromicina e clindamicina.
3. Bomba de efluxo
O bombeamento ativo de
antimicrobianos do meio intracelular
para o extracelular, isto é, o seu efluxo
ativo, produz resistência bacteriana a
determinados antimicrobianos. A
resistência às tetraciclinas codificada
por plasmídeos em Escherichia coli
resulta deste efluxo ativo.
4.Mecanismo enzimático
O mecanismo de resistência bacteriano
mais importante e freqüente é a
degradação do antimicrobiano por
enzimas. As β-lactamases hidrolisam a
ligação amida do anel beta-lactâmico,
destruindo, assim, o local onde os
antimicrobianos β-lactâmicos ligam-se
às PBPs bacterianas e através do qual
exercem seu efeito antibacteriano.
Foram descritas numerosas
β-lactamases diferentes. Essas enzimas
são codificadas em cromossomos ou
sítios extracromossômicos através de
plasmídeos ou transposons, podendo
ser produzidas de modo constitutivo
ou ser induzido. A resistência quase
universal de S. aureus à penicilina é
mediada por uma β-lactamase
induzível, codificada por plasmídeo.
Foram desenvolvidos β-lactâmicos
capazes de se ligarem
irreversivelmente às β-lactamases,
inibindo-as. Esses compostos (ácido
clavulânico, sulbactam, tazobactam)
foram combinados com as penicilinas
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para restaurar sua atividade, a
despeito da presença de β-lactamases
em estafilococos e hemófilos.
Classes de antimicrobianos:
Antibióticos β-lactâmicos:
São agentes antibacterianos que
inibem irreversivelmente a enzima
transpeptidase, que catalisa a reação
de transpeptidação entre as cadeias de
peptideoglicana da parede celular
bacteriana. A atividade desta enzima
leva à formação de ligações cruzadas
entre as cadeias peptídicas da
estrutura peptideoglicana, que
conferem à parede celular uma
estrutura rígida importante para a
proteção da célula bacteriana contra as
variações osmóticas do meio.
As bactérias Gram negativo são mais
resistentes à ação de antibióticos, que
não são capazes de cruzar efetivamente
esta barreira lipídica. Para ter acesso à
célula bacteriana, os antibióticos
devem cruzar a parede celular através
de canais proteicos de porinas,
embebidos na estrutura lipídica, que
apresentam o interior com
características hidrofílicas.
Penicilinas e cefalosporinas agem
inibindo transpeptidases, as enzimas
que promovem a ligação cruzada do
peptideoglicano. Transpeptidases
também são referidas como proteínas
ligadoras de penicilina.
As cefalosporinas de primeira geração
são consideradas fármacos de menor
atividade que as penicilinas, porém
apresentam boa atividade frente a
bactérias Gram positivo. As
cefalosporinas são mais utilizadas
quando a penicilina precisa ser
evitada.
Inibição da síntese proteica
Aminoglicosídeos:
● Os aminoglicosídeos e as
tetraciclinas agem na
subunidade 30S do ribossomo
bacteriano, ao passo que o
cloranfenicol, a eritromicina e a
clindamicina agem na
subunidade 50S do ribossomo
bacteriano.
● Os aminoglicosídeos inibem a
síntese de proteínas bacterianas
pela ligação à subunidade 30S
ribossomal, bloqueando o
complexo de iniciação. Dessa
forma, ligações peptídicas não
são formadas.
● Os aminoglicosídeos são
agentes que possuem um grupo
amino básico e uma unidade de
açúcar. Os aminoglicosídeos
apresentam atividade
melhorada em pH levemente
alcalino, em torno de 7,4, onde
estão positivamente carregados,
facilitando a penetração em
bactérias Gram negativo.
● Devido à polaridade, os
aminoglicosídeos devem ser
administrados por via injetável.
Eles também são incapazes de
atravessar a barreira
hemato-encefálica
eficientemente e, portanto, não
podem ser usados para o
tratamento de meningites, a
menos que sejam injetados
diretamente no sistema nervoso
central.
● As tetraciclinas inibem a síntese
de proteínas bacterianas,
bloqueando a ligação da
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aminoacil tRNA sintase na
subunidade 30S do ribossomo.
As tetraciclinas representam
uma classe de fármacos; a
doxiciclina é a tetraciclina
utilizada com mais frequência.
● O cloranfenicol inibe a síntese
proteica bacteriana por meio do
bloqueio da peptidil transferase,
enzima que adiciona novos
aminoácidos à cadeia
polipeptídica nascente. Esse
fármaco pode causar supressão
da medula óssea.
● A eritromicina inibe a síntese de
proteínas bacterianas,
bloqueando a liberação do tRNA
após este ter transferido seu
aminoácido ao polipeptídeo
crescente. A eritromicina é um
membro da família dos
macrolídeos, que inclui a
azitromicina e a claritro-
micina.
● A clindamicina liga-se ao
mesmo local ao qual a
eritromicina se liga, no
ribossomo bacteriano. Ela é
eficaz contra muitas bactérias
anaeróbias. A clindamicina é
um dos antibióticos que
predispõe pacientes à colite
pseudomembranosa causada
por Clostridium difficile e, por
isso, é pouco utilizado.
Inibição da síntese de ácidos nucleicos
● As sulfonamidas e a
trimetoprima inibem a síntese
de nucleotídeos; as quinolonas
inibem a síntese de DNA; e a
rifampina inibe a síntese de
RNA.
● As sulfonamidas e a
trimetoprima inibem a síntese
do ácido tetra-hidrofólico – o
principal doador de grupos
metil requeridos durante a
síntese de adenina, guanina e
timina. As sulfona- midas são
estruturalmente análogas do
ácido p-aminobenzoico, um
componente do ácido fólico. A
trimetoprima inibe a di-hi-
drofolato redutase – enzima que
reduz o ácido di-hidrofólico em
ácido tetra-hidrofólico. A
combinação de sulfametoxazol e
trimetoprima é frequentemente
usada, uma vez que bactérias
resistentes a uma das
substâncias geralmente não são
resistentes à outra.
● As quinolonas inibem a síntese
de DNA pelo bloqueio da DNA-
-girase (topoisomerase) – a
enzima que desenrola a fita de
DNA para que ela seja
replicada. As quinolonas
representam uma família de
fármacos, incluindo a
ciprofloxacina, a ofloxacina e a
levofloxacina.
● A rifampina inibe a síntese de
RNA bacteriana, bloqueando a
RNA-polimerase que sintetiza o
mRNA. A rifampina é
geralmente utilizada em
combinação com outros
fármacos devido à alta taxa de
mutação do gene da
RNA-polimerase bacteriana,
que resulta em rápida aquisição
de resistência ao fármaco.