Mecanismos microbianos

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MICROBIOLOGIA
Omar Julio Sosa
Mecanismos microbianos 
de patogenicidade
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Identificar as principais portas de entrada dos microrganismos no 
hospedeiro.
  Listar os mecanismos de evasão das defesas do hospedeiro.
  Especificar os danos causados às células do hospedeiro.
Introdução
Existe uma grande variedade de microrganismos, e a interação entre eles 
e os hospedeiros pode ser neutral, benéfica ou patogênica. Neste último 
caso, os microrganismos utilizam estruturas especializadas ou deficiências 
do hospedeiro para infectá-lo, causando danos no seus tecidos e células. 
A enorme diversidade microbiana e a complexa interação com os 
componentes de nosso corpo trazem consigo um grande desafio quando 
falamos de diagnósticos e tratamentos médicos. É, portanto, fundamental 
entender a biologia do patógeno e seu ciclo dentro do hospedeiro para 
obter um diagnóstico específico e poder selecionar fármacos que atuem 
com máxima eficácia e que causem mínimos efeitos colaterais. 
Neste capítulo, você vai identificar as portas de entrada mais comuns 
dos microrganismos, conhecendo os mecanismos de defesa do hospe-
deiro e os danos causados pelos agentes patogênicos. 
Princípios da patogenicidade
Nosso corpo é formado por bilhões de células e, entre elas, temos diferentes 
tipos, como neurônios, células musculares, epiteliais e do sangue. Além delas, 
em nosso corpo, existe uma grande quantidade de células exógenas, represen-
tada por microrganismos como fungos e bactérias. Existe, assim, um equilíbrio 
entre os componentes, e a presença dos microrganismos é fundamental para 
o bom funcionamento de alguns tecidos e órgãos (MADIGAN et al., 2016). 
Em ocasiões, esse equilíbrio é quebrado, e agentes denominados patógenos 
conseguem infectar o corpo, causando lesões. Esses microrganismos podem utilizar 
estruturas especializadas, toxinas e enzimas para invadir ao hospedeiro e, muitas 
vezes, aproveitam momentos de baixa imunidade do indivíduo para atacar (são os 
chamados patógenos oportunistas) (MADIGAN et al., 2016; LEVINSON, 2016). 
Durante os últimos anos, houve um aumento na incidência de aspergilose invasiva, 
principalmente devido à aplicação de drogas imunosupressoras para o tratamento 
de lúpus eritematoso sistêmico e endocardite. Considerando a importância clínica 
desse patógeno oportunista, é imprescindível um correto diagnóstico e tratamento 
para a sobrevida do paciente. 
Macedo et al. (2009) descreveram o caso de uma mulher de 34 anos, diagnosticada 
com lúpus eritomatoso sistêmico e tratada com glucocorticoides durante dois anos. 
Após 4 meses, a paciente apresentou dores abdominais, febre e falhas renais. Foram 
realizadas diálises peritoneais e a paciente desenvolveu peritonite fúngica sugestiva. A 
presença de Aspergillus fumigatus foi confirmada por examinação de fluído abdominal 
fresco e observação microscópica.
O tratamento com terapia antifúngica sistêmica e a remoção do cateter de diálise 
foram esenciais para a erradicação da infeção. 
Fonte: Macedo (2009, documento on-line).
Mecanismos microbianos de patogenicidade2
A patogênese pode ser generalizada em uma série de estágios, como ex-
posição, adesão, invasão, infecção, dano tecidual e doença (Figura 1).
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3Mecanismos microbianos de patogenicidade
O primeiro passo da patogênese é determinado pela exposição aos micror-
ganismos. Podemos diferenciar quatro portas de entrada importantes: pele, 
trato gastrintestinal, trato genital e trato respiratório (LEVINSON, 2016). No 
Quadro 1, você confere alguns exemplos de agentes patógenos e suas principais 
vias de ingresso para causar doenças. 
Porta de 
entrada
Patógeno
Tipo de 
microrganismo
Doença
Trato 
respiratório
Streptococcus pneumoniae B Pneumonia
Neisseria meningitidis B Meningite
Haemophilus influenzae B Meningite
Mycobacterium tuberculosis B Tuberculose
Vírus influenza V Gripe
Rinovírus V Resfriado comum
Vírus Epstein-Barr V Mononucleose 
infecciosa
Coccidioides immitis F Coccidioidomicose
Histoplasma capsulatum F Histoplasmose
Trato gas-
trintestinal
Shigella dysenteriae B Disenteria
Salmonella typhi B Febre tifoide
Vibrio cholerae B Cólera
Vírus da hepatite A V Hepatite infecciosa
Poliovírus V Poliomelite
Trichinella spiralis H Triquinose
 Quadro 1. Portas de entrada de patógenos comuns 
(Continua)
Mecanismos microbianos de patogenicidade4
Uma forma de quantificar a patogenicidade é utilizando o conceito de “vi-
rulência”, que é o número de microrganismos necessários para provocar uma 
doença. Também é utilizado o termo “dose letal de 50%” (LD50) para indicar 
o número de microrganismos necessários para matar metade dos hospedeiros, 
enquanto “dose infecciosa de 50%” (DI50) corresponde ao úmero necessário para 
provocar a doença em metade dos hospedeiros infectados. Cabe destacar que, 
quanto menor o LD50, maior a virulência do microrganismo (LEVINSON, 2016).
 Fonte: Adaptado de Levinson (2016). 
Porta de 
entrada
Patógeno
Tipo de 
microrganismo
Doença
Pele Clostridium tetani B Tétano
Rickettsia rickettsii B Febre maculosa das 
Montanhas Rochosas
Vírus da raiva V Raiva
Trichophyton rubrum F Tinea pedis (pé de 
atleta)
Plasmodium vivax P Malária
Trato 
genital
Neisseria gonorrhoeae B Gonorreia
Treponema pallidum B Sífilis
Chlamydia trachomatis B Uretrite
Papilomavírus humano V Verrugas genitais
Candida albicans F Vaginite
B: bactéria; V: vírus; F: fungo; P: protozoário; H: helminto.
 Quadro 1. Portas de entrada de patógenos comuns 
(Continuação)
5Mecanismos microbianos de patogenicidade
Penetração dos agentes patógenos
A adesão dos microrganismos às células do hospedeiro geralmente envolve 
interações específi cas. Alguns fatores de adesão são macromoléculas que não 
estão covalentemente ligadas aos patógenos e revestem a superfície da bactéria 
(glicocálix). Um exemplo de glicocálix é a cápsula de Bacillus anthracis (cau-
sadora do antraz), formada por ácido D-glutâmico (MADIGAN et al., 2016). 
Além da participação das cápsulas na adesão celular, também podem contribuir 
à evasão dos mecanismos de defesa do hospedeiro. Assim, por exemplo, a cápsula 
de Neisseria meningitidis e de Streptococcus pneumoniae evita que os fagócitos 
se liguem à bactéria. Outro tipo de fator antifagocitário são as proteínas de parede 
celular de algumas bactérias, como a proteína A de Staphylococcus aureus, que se 
liga À IgG, evitando a ativação do complemento (LEVINSON, 2016). No Quadro 
2, são apresentados exemplos de diferentes fatores de aderência utilizados por 
patógenos microbianos, entre eles: cápsulas, proteínas de aderência, ácido lipotei-
coico e fímbrias (pili). O ácido lipoteicoico associado com fímbrias e proteínas F 
e M é utilizado por Streptococcus pyogenes (responsável por febres reumáticas e 
infecções na garganta) para se ligar ao hospedeiro. A proteína M participa também 
na resistência à fagocitose pelos neutrófilos (MADIGAN et al., 2016). 
Fator Exemplo
Cápsula/
camada 
limosa
Escherichia coli patogênica — a cápsula promove a aderência 
à borda em escova das microvilosidades intestinais
Streptococcus mutans — a camada limosa de dextrana 
promove a ligação às superfícies dentárias
Proteína de 
aderência
Streptococcus pyogenes — a proteína M na célula 
liga-se a receptores da mucosa respiratória
Neisseria gonorrhoeae — a proteína Opa na célula 
liga-se aos receptores CD66 do epitélio
Ácido 
lipoteicoico
Streptococcus pyogenes — o ácido lipoteicoico facilita a ligação ao 
receptor da mucosa respiratória (em conjunto com a proteína M)
 Quadro 2. Fatores de aderência de patógenos microbianos 
(Continua)
Mecanismos microbianos de patogenicidade6
A invasão ao hospedeiro não seria possível sem a participação de enzimas 
produzidas pelos patógenos. Entre elas, temos coagulase, colagenase,hialuro-
nidase, protease de IgA e leucocidinas. A coagulase favorece a formação de um 
coágulo de fibrina que isola ao patógeno e oferece proteção da fagocitose (um 
bom exemplo é Staphylococcus aureus). As enzimas hialuronidase e colage-
nase permitem a invasão do tecido subcutâneo ao degradar ácido hialurônico e 
colágeno, respectivamente, e foram associadas à formação de celulite causada 
pela bactéria Streptococcus pyogenes. As proteases de imunoglobulina A podem 
degradar IgA, favorecendo a adesão com as membranas mucosas. Por sua parte, as 
leucocidinas ajudam no combate a macrófagos e neutrófilos (LEVINSON, 2016).
Alguns microrganismos são capazes de sobreviver dentro da célula hos-
pedeira e são denominados patógenos intracelulares. Dentro das bactérias 
mais representativas desse grupo, temos Brucella, Listeria e Mycobacterium 
e, em relação aos fungos, um exemplo conhecido é Histoplasma. O fato de 
permanecer dentro da célula hospedeira favorece sua proteção contra meca-
nismos de defesa extracelulares, como neutrófilos e anticorpos. Para poder 
sobreviver intracelularmente, esses patógenos possuem vários mecanismos 
de defesa, como (LEVINSON, 2016): 
Fonte: Adaptado de Madigan et al. (2016).
Fator Exemplo
Fímbrias 
(pili)
Neisseria gonorrhoeae — os pili facilitam a ligação ao epitélio
Espécies de Salmonella — fímbrias tipo I facilitam 
a ligação ao epitélio do intestino delgado
Escherichia coli patogência — antígenos de fatores de colonização 
(CFAs) facilitam a ligação ao epitélio do intestino delgado 
 Quadro 2. Fatores de aderência de patógenos microbianos 
(Continuação)
7Mecanismos microbianos de patogenicidade
  impedir a fusão do fagossomo com o lisossomo, evitando enzimas de 
degradação; 
  inibir a acidificação do fagossomo, diminuindo a eficâcia de enzimas 
degradativas; 
  fugir do fagossomo para o citoplasma.
Para invadir o hospedeiro, as bactérias utilizam estruturas proteicas 
denominadas “invasinas”, que interagem específicamente com receptores 
celulares da família das integrinas. Depois de entrar na célula, as bactérias 
podem ficar no citoplasma ou dentro de vacuólos (como fagossomos). 
Outra alternativa é migrar para células vizinhas por meio da formação 
de túneis de actina. Dessa forma, patógenos como Listeria monocytoge-
nes conseguem invadir células vizinhas, evitando mecanismos de defesa 
(LEVINSON, 2016).
Outro exemplo de mecanismos de evasão é o apresentado pelas proteínas de 
membrana externa de Yersinia (“Yops”), que inibem a produção de citocinas 
por macrófagos e dificultam a fagocitose por neutrófilos e macrófagos. Um 
dos mecanismos que utilizam é a clivagem de proteínas necessárias para a 
produção do fator de necrose tumoral (TNF), inibindo a ativação das defesas 
(LEVINSON, 2016). 
Danos às células do hospedeiro
As bactérias podem causar doenças por meio de dois mecanismos: produ-
ção de toxinas e invasão e infl amação. As toxinas podem ser divididas em 
exotoxinas, quando são liberadas pela bactéria, e endotoxinas, não liberadas 
e geralmente formadas por lipopolissacarídeos da parede celular (LEVIN-
SON, 2016). No Quadro 3, são comparadas as propriedades principais das 
exotoxinas e endotoxinas.
Mecanismos microbianos de patogenicidade8
Fonte: Adaptado de Levinson (2016).
Comparação das propriedades
Propriedades Exotoxina Endotoxina
Fonte Certas espécies de 
bactérias gram-positivas 
e gram-negativas 
Parede celular de bacté-
rias gram-negativas
Secretada 
pela célula
Sim Não
Química Polipetídeo Lipopolissacarídeo
Localização 
dos genes
Plasmídeo ou 
bacteriófago
Cromossomo bacteriano
Toxicidade Alta (dose letal da 
ordem de 1 μg) 
Baixa (dose letal da ordem de 
centenas de microgramas)
Efeitos 
clínicos
Inúmeros efeitos Febre, choque
Modo de ação Inúmeras maneiras Inclui TNF e interleucina 1
Antigeni-
cidade
Induz altos títulos de 
anticorpos, denomi-
nados antitoxinas
Pouco antigênica
Vacinas Toxoides utilizados 
como vacinas
Ausência de formação de toxoi-
des e nenhuma vacina disponível
Estabilidade 
térmica
Rapidamente destruídas 
a 60°C (exceto pela ente-
rotoxina estafilocócica)
Estável a 100°C por 1 hora
Doenças 
típicas
Tétano, botu-
lismo e difteria
Meningococemia, septicemia 
por bacilos gram-negativos
 Quadro 3. Exotoxinas e endotoxinas 
9Mecanismos microbianos de patogenicidade
Exotoxinas
Como mencionado anteriormente, as exotoxinas são polipeptídeos tóxicos 
liberados pelo agente patógeno e que atuam em locais afastados do sítio de 
infecção. Considerando o mecanismo de ação, podem ser classifi cadas em 
citotoxinas, toxinas AB e em superantígenos (MADIGAN et al., 2016). 
As citotoxinas são proteínas secretadas que destroem a membrana plas-
mática, causando a morte da célula hospedeira. Um exemplo comum são as 
hemolisinas, que conseguem lisar células vermelhas do sangue, causando 
hemólise. Outra toxina desse grupo é a α-toxina de estafilococos (Figura 
3), que causa a morte de eritrócitos e células nucleadas. Ela é liberada como 
monômeros, que se organizam em sete subunidades formando oligômeros na 
membrana citoplasmática do hospedeiro. O poro formado permite a liberação 
do conteúdo celular, levando à sua morte (MADIGAN et al., 2016). 
Figura 2. α-toxina de estafilococos.
Fonte: Madigan et al. (2016, p. 721).
As toxinas AB são formadas por dois componentes. A subunidade B faz 
contato com um receptor no hospedeiro e facilita o ingresso da subunidade A 
por meio da membrana citoplasmática, levando à lise celular. Um exemplo desse 
grupo é a toxina diftérica, sintetizada por Corynebacterium diphtheriae. Nesse 
caso, o componente B se liga ao fator de crescimento epidermal de ligação a 
Mecanismos microbianos de patogenicidade10
heparina, e o componente A atravessa a membrana citoplasmática do hospe-
deiro. A subunidade A produz uma modificação ao fator de crescimento (EF-2), 
bloqueando a síntese proteica. Curiosamente, a toxina diftérica é codificada 
pelo gene viral tox do bacteriófago lisogênico β. Por consiguiente, somente as 
bactérias C. diphtheriae infectadas são patogênicas (MADIGAN et al., 2016). 
Outro exemplo de toxinas AB são as geradas pelas bactérias Clostridium 
botulinum e C. tetani. As toxinas tetânica e botulínica utilizam diferentes 
mecanismos para inibir a liberação de neurotransmisores relacionados ao 
controle muscular. Existem sete variantes da toxina botulínica, e a mais conhe-
cida se liga a outras proteínas, formando um complexo ativo. Esse complexo 
vai inibir a liberação de acetilcolina a partir das membranas pré-sinápticas 
de neurônios motores. O resultado é a morte por asfíxia devido à inibição da 
contração muscular (Figura 3) (MADIGAN et al., 2016).
Figura 3. Mecanismo de ação da toxina botulínica de C. botulinum.
Fonte: Madigan et al. (2016, p. 722).
Os superantígenos são um grupo de toxinas que estimulam uma forte 
resposta imunológica, provocando inflamações e danos teciduais. Um exemplo 
é o superantígeno TSST produzido por S. aureus. O TSST se une a proteínas 
do MHC (complexo principal de histocompatibilidade) de tipo II, presente em 
macrófagos. O complexo resultante interage com células T auxiliares, favo-
recendo a liberação de elevadas concentrações de interleucinas e provocando 
choque tóxico (MADIGAN et al., 2016; LEVINSON, 2016). 
11Mecanismos microbianos de patogenicidade
Endotoxinas
As endotoxinas são lipopolisacárideos estruturais da membrana externa, 
presentes em muitas bactérias gram-negativas. As endotoxinas produzem 
sintomas de febre e choque e, em comparação com exotoxinas, sua toxicidade 
é menor (MADIGAN et al., 2016; LEVINSON, 2016). 
Cabe lembrar que, em humanos e outros vertebrados, os agentes patógenos 
são combatidos pelo sistema imune (inato e adquirido). A imunidade inata é 
formada por: 
  barreiras físico-químicas, como epitélios e substâncias antimicrobianas; 
  macrófagos e neutrófilos, que realizam fagocitose, e células natural 
killers, também chamadas de assassinas naturais; 
  citocinas,proteínas sintetizadas por alguns tipos celulares que influen-
ciam componentes da imunidade inata; 
  sistema complemento, formado por uma série de reações enzimáticas 
que são geradas por proteínas plasmáticas. 
Já a imunidade adquirida é formada pelas células T e B, é mais específica e 
está relacionada à formação de anticorpos (imunoglobulinas) (SPOLIDORIO; 
DUQUE, 2013). 
As endotoxinas causam manifestações clínicas por três mecanismos prin-
cipais (Figura 4) (LEVINSON, 2016): 
  ativação de macrófagos, que favorece a produção de interleucina 1 
(IL-1) (associada com febre), óxido nítrico (febre e hipotensão) e TNF 
(hipotensão);
  ativação do complemento e produção de C3a e C5a (relacionado com 
hipotensão, edema e quimiotaxia de neutrófilos); 
  ativação do fator tecidual, componente da cascata de coagulação (as-
sociado com coagulação intravascular disseminada). 
Mecanismos microbianos de patogenicidade12
Figura 4. Manifestações clínicas das endotoxinas.
Fonte: Levinson (2016, p. 45).
Inflamação
A infl amação causada por bactérias pode ser de dois tipos: piogênica e granulo-
matosa. A primeira é formada principalmente por neutrófi los e causa a formação 
de pus. Exemplos de infl amação piogênica são as produzidas pelas bactérias 
S. pneumoniae, S. pyogenes e S. aureus. Já a infl amação granulomatosa é for-
mada maioritariamente por células T e macrófagos. Um exemplo desse tipo de 
infl amação é o causado por Mycobacterium tuberculosis (LEVINSON, 2016). 
Terapia antimicrobiana 
Aproveitando o conhecimento que temos sobre as diferenças metabólicas 
e estruturais entre as células do patógeno e as humanas, foram elaboradas 
terapias com toxicidade seletiva (que não causam danos às células humanas). 
No Quadro 4, podemos observar diferentes mecanismos de ação de alguns 
fármacos antibacterianos e antifúngicos que estão baseados nas particulari-
dades da parede celular (por exemplo, a penicilina inibindo ligações cruzadas 
entre peptideoglicanos), membrana celular (polimixina alterando a função da 
membrana), ribossomos (eritromicina atuando na subunidade ribossomal 50S) e 
ácidos nucleicos (rifampina inibindo a síntese de mRNA) (LEVINSON, 2016).
13Mecanismos microbianos de patogenicidade
 Fonte: Adaptado de Levinson (2016). 
Mecanismo de ação Fármacos
Inibição da síntese de parede celular
1. (a) Atividade antibacteriana 
ocorre pela inibição das liga-
ções cruzadas (transpeptidação) 
entre os peptideoglicanos. 
 (b) Inibição de outras etapas da 
síntese dos peptideoglicanos.
2. Inibição da atividade antifún-
gica da síntese de β-glicano 
Penicilinas, cefalosporinas, imipe-
nem, aztreonam, vancomicina
Cicloserina, bacitracina
Caspofungina
Inibição da síntese proteica
Ação sobre a subunidade ribossomal 50S
Ação sobre a subunidade ribossomal 30S
Cloranfenol, eritromicina, 
clindamicina, linezolide
Tetraciclinas e aminoglicosídeos
Inibição da síntese de ácido nucleico
Inibição da síntese de nucleotídeos
Inibição da síntese de DNA
Inibição da síntese de mRNA
Sulfonamidas, trimetoprima
Quinolonas (por exemplo, 
ciprofloxacina)
Rifampina
Alteração da função da 
membrana celular
Atividade antibacteriana
Atividade antifúngica
Polimixina, daptomicina
Anfotericina B, nistatina, terbinafina, 
azoicos (por exemplo, itraconazol)
Outros mecanismos de ação
1. Atividade antibacteriana
2. Atividade antifúngica
Isoniazida, metronidazol, 
etambutol, pirazinamida
Griseofulvina, pentamidina
 Quadro 4. Mecanismo de ação de terapias antimicrobianas 
Mecanismos microbianos de patogenicidade14
LEVINSON, W. Microbiologia médica e imunologia. 13. ed. Porto Alegre: McGrawHill 
Education, 2016.
MACEDO, D. P. C et al. Aspergilose invasiva associada ao lúpus eritematoso sistêmico 
e a complicação cardíaca pós-operatória. Brazilian Journal of Microbiology, v. 40, n. 1, 
2009. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1517-
83822009000100031&lng=en&nrm=iso&tlng=pt. Acesso em: 10 dez. 2019.
MADIGAN, M. T. et al. Microbiologia de Brock. 14. ed. Porto Alegre: Artmed, 2016.
SPOLIDORIO, D.; DUQUE, C. Microbiologia e imunologia geral e odontologia. Porto Alegre: 
Grupo A, 2013. v. 2. 
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