Patogênese Microbiana

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Patogênes� Microbian�
Imunógen� X antígen� X hapten�:
Imunógeno: substância que é capaz de
desencadear uma resposta imunológica,
estimulando a produção de anticorpos ou
ativando células do sistema imunológico.
Antígeno: substância que é reconhecida pelo
sistema imunológico como estranha e que pode
desencadear uma resposta imunológica. Todos
os imunógenos são antígenos, mas nem todos os
antígenos são imunógenos.
Hapteno: substância que, por si só, não é capaz
de induzir uma resposta imunológica, mas
quando se liga a uma molécula maior
(geralmente uma proteína), torna-se capaz de
agir como um antígeno.
Requerimentos: Ser estranho; Alto peso
molecular; Complexidade química;
Degradabilidade.
É importante compreender a patogenicidade
microbiana como base para o desenvolvimento
de uma vacina. Na vacinologia experimental:
– Qual a resposta imune a ser induzida?
– Quais adjuvantes/moduladores usar?
– Qual a melhor estratégia para combater a
infecção?
– Qual imunógeno?
Fatores de virulência: Patógenos bacterianos
utilizam uma série de moléculas para causar
infecção. São potenciais alvos para vacina.
Patogenicidad� � Virulênci�
Patogenicidade: Capacidade de causar doença;
Virulência: Medida quantitativa da habilidade de
causar doença;
Patogênico: refere-se às características
genotípicas expressas ou não;
Virulento: refere-se às características
fenotípicas que induzem alterações patológicas
no hospedeiro.
A presença de microrganismos nem sempre leva
à doença. Existem diversos microrganismos,
como bactérias, vírus, fungos e parasitas, que
podem coexistir com os seres humanos sem
causar doenças.
Fatores como o estado imunológico do
hospedeiro, a virulência do microrganismo, a
dose infectante, a via de entrada, entre outros,
podem influenciar na ocorrência da doença.
Infecção:
Suscetibilidade do hospedeiro: Idade; Traumas;
Imunocomprometido; Imunizações; Terapia
antimicrobiana; Predisposição genética.
Mecanismos de patogenicidade: Secreção de
fatores (toxinas); Manipulação direta das células
do hospedeiro
Defesa� d� h�pedeir�:
Barreiras naturais:
● Microbiota residente: afetada por dieta,
antibióticos, exclusão competitiva
● pH: inibe o crescimento
● Mucina: glicoproteínas viscosas (barreira,
armadilhas…)
Resposta imune inata:
● PRR - (pattern recognition receptor –
receptor de reconhecimento de padrão)
● Células: Macrófagos, PMNs, células
dendríticas, cel. NK, mastócitos, basófilos,
eosinófilos
Resposta imune adquirida:
● B-cells – produção de anticorpos –
patógenos extracelulares
● T- cells – resposta citotóxica – patógenos
intracelulares
Porta� d� Entrad�:
Membranas mucosas: Trato respiratório,
gastrointestinal, genito-urinário e conjuntiva;
Pele: barreira; fissuras, arranhões;
Parenteral:microrganismos são depositados em
tecidos abaixo da pele e mucosas.
Porta de entrada preferencial
Um patógeno depende de uma porta de entrada
preferencial:
Streptococcus pneumoniae: Se inalado pode
causar pneumonia; Se entrar pelo trato G.I. não
causará doença;
Salmonella typhi: Se entra pelo trato G.I. pode
causar a febre tifóide; Na pele não causa doença
alguma;
Número de Microrganismos Infectantes
Importante pois são necessários
microrganismos que resistam ao sistema imune
do hospedeiro para estabelecer a infecção;
Depende essencialmente do hospedeiro, do
patógeno e da via de infecção;
Fundamental para o desenvolvimento de vacinas
Medidas de Doses Infectantes
DL50� dose de microrganismos ou toxina que
será letal para 50% dos animais
experimentalmente inoculados;
DI50� dose infectante requerida para causar
doença em 50% dos animais experimentalmente
inoculados;
DLmin: a menor dose letal;
DL100� dose letal para todos os animais em
experimentação;
Fatores de virulência bacterianos
Aderência: Pili; Motilidade (flagelo), quimiotaxia;
Proteínas de membrana externa
Processo infeccioso: Exotoxinas, endotoxinas;
Sist. secreção dos tipos III e IV; Crescimento
intracelular
Proteção contra as defesas do organismo:
Capsula, parede celular, membrana externa;
Inibição da ativação do complemento; Variação
antigênica; Formação de biofilme
Sistemas de secreção (Gram neg.)
T3SS (injetosomo): Detecção células eucariotas e
para injetar proteínas; Salmonella, Shigella,
Yersinia, Vibrio spp.
T4SS: Conjugação; Proteínas e DNA;
Agrobacterium tumefaciens; Helicobacter pylori,
Bordetella pertussis, Legionella pneumophila
T6SS: Proteínas; Ex. Vibrio cholerae,
Pseudomonas aeruginosa
Adesão:
Crucial para o patógeno resistir à tentativa de
remoção mecânica pelo hospedeiro;
Permite o estabelecimento da infecção;
Fatores de adesão (adesinas):
➔ Proteínas; Pili ou fímbrias; Não fimbriais;
➔ Carboidratos;
Receptores;
Fatores de adesão fimbriais
Arranjo polimérico helicoidal e protuberante
com afinidade à algum receptor do hospedeiro;
Muito comum em Gram negativas: E. coli, V.
cholerae, P. aeruginosa, Neisseria spp.
Fatores de adesão
Adesinas protéicas não fimbriais: Não possuem
a estrutura longa e polimérica da fímbria;
Contato íntimo ao hospedeiro; Proteínas de
membrana externa expostas na superfície;
Gram negativas: Yersinia pseudotuberculosis, E.
coli enteropatogênica, Neisseria spp.
Gram positivas: Staphylococcus spp.,
Streptococcus spp.; Micobacterias;
Adesão por polissacarídeos
Polissacarídeos que compõem a membrana
externa, parede celular ou cápsula;
Ex.: Ácido teicóico serve de adesinas para
Staphylococcus spp. e Streptococcus spp;
Fatores de motilidade
A motilidade é um fator essencial à virulência de
diversos microrganismos;
Permite a difusão pelos tecidos do hospedeiro
em busca de locais preferenciais para o
estabelecimento da infecção, bem como fuga do
sistema imune;
Proporcionado por flagelo ou pili;
Adesã� � Moviment�
Anticorpos contra adesinas ou flagelo
normalmente bloqueiam a adesão do patógeno
ao hospedeiro ou sua motilidade, permitindo a
lise pelo sistema complemento;
Potenciais alvos para desenvolvimento de
vacinas de subunidade
Proteínas de membrana externa
Proteínas de membrana expostas na superfície
bacteriana que proporcionam adesão ou invasão
de células do hospedeiro;
Alvos potenciais para vacinas;
E. coli: OmpA facilita adesão e invasão
Anticorpos contra OmpA bloqueiam a invasão
Invasã�
Uma vez aderidos, diversos patógenos penetram
em determinados locais do hospedeiro;
Invasão extracelular e invasão intracelular;
A invasão extracelular permite o acesso dos
patógenos a nichos em tecidos onde possam
proliferar, disseminar a outros sítios, expressar
toxinas
Invasão Extracelular
Streptococcus β-hemolítico e Staphylococcus
aureus secretam enzimas que degradam
moléculas do hospedeiro:
➔ Hialuronidase: clivam proteoglicanos
intracelulares;
➔ Streptoquinase e stafiloquinase:
desmancham coágulos;
➔ Lipases: degradam lipídeos acumulados;
➔ Hemolisinas: degradam hemácias e outras
células;
Invasão Intracelular
O patógeno entra nas células do hospedeiro e
sobrevive neste ambiente;
Alguns patógenos injetam proteínas (efetores)
por meio de sistemas de secreção do tipo III
(T3SS) dentro da célula do hospedeiro;
Estas proteínas induzem modificações na célula,
facilitando a invasão bacteriana;
Salmonella spp. – Shigella spp. – Yersinia spp.
Estratégias Intracelulares
Bactérias intracelulares obrigatórias:
Chlamydia spp. Rickettsia spp; Coxiella burnetii;
Mycobacterium spp.
Bactéria intracelulares facultativas: Salmonella
spp.; Legionella pneumophila; Brucella spp.;
Francisella tularensis; Shigella spp.; Listeria
monocytogenes; Yersinia spp.
A invasão pode ocorrer em células fagocíticas ou
não. Quando invadem células fagocíticas as
bactérias sobrevivem à ação enzimática do
lisossomo.
Sobrevivênci� Intracelular
Patógenos invasores desenvolvem mecanismos
para sobreviver intracelularmente
➔ Acidificação do vacúolo
➔ Fusão fagossomo-lisossomo
➔ Lise da membrana vacuolar e localização no
citoplasma
➔ Maquinaria para recrutamento de actina;
➔ Patógenos intracelulares requerem indução
de resposta imune celular
Estratégias para Evasão do Sistema Imune
●Anti-fagocitose
Exemplos:
Yersinia (tirosina fosfatase, serina-treonina
quinase, inibidores de actina)
E. coli EPEC (fosfatidil inositol-3 quinase)
Vacina pode ser desenhada para neutralizar
estes fatores, tornando os patógenos
susceptíveis a fagocitose e morte intracelular
● Variação antigênica;
● Cápsula bacteriana: polissacarídeos
expostos de alto peso molecular;
Inibem fagocitose por dificultar ligação de
anticorpos e/ou componentes do complemento;
Aumentam virulência;
Ex: Bacillus anthracis; Streptococcus
pneumoniae; Klebsiella pneumoniae;
Streptococcus mutans
Biofilme�
Agregado microbiano em que as células se
aderem umas às outras em uma superfície
sólida; Substâncias poliméricas extracelulares;
Funções:
➔ Resistência a fagócitos, dessecação,
antibióticos, detergentes e estresses
mecânicos;
➔ Ligação e sequestro de nutrientes;
➔ Formação de comunidades microbianas
interdependentes;
S. T�h� – colon�açã� crônic�
Mary Mallon, também conhecida como "Typhoid
Mary", foi uma cozinheira assintomática e
portadora crônica de S. Typhi que foi
identificada como um caso importante na
disseminação da febre tifoide na virada do
século XX. Ela era uma imigrante irlandesa que
trabalhava como cozinheira em várias casas em
Nova York.
Embora Mary Mallon não tenha apresentado
sintomas da doença, ela carregava a bactéria em
seu sistema digestivo e a transmitia aos outros
através da preparação de alimentos
contaminados.
Após uma investigação epidemiológica, Mary
Mallon foi identificada como a fonte de infecção
e colocada em quarentena pelo restante de sua
vida. Ela foi isolada em um hospital por cerca de
26 anos, até sua morte em 1938.
LPS
Molécula presente nas bactérias gram-negativas
reconhecida como potente estimulante
imunológico e causa a liberação da endotoxina,
que desencadeia a resposta inflamatória
característica das infecções por essas bactérias;
Principal responsável por choque séptico;
Ativa sistema imune inato via TLR4;
T�ina�
➔ Protéicas ou não-protéicas (LPS);
➔ Endotoxinas (LPS) ou exotoxinas;
➔ Fatores de virulência melhor caracterizados;
➔ Fáceis de purificar (sobrenadante);
➔ Utilizados como toxóides em vacinas;
➔ Ótimos adjuvantes;
As endotoxinas são toxinas liberadas a partir das
paredes celulares de bactérias gram-negativas
quando elas morrem, enquanto as exotoxinas
são toxinas secretadas ativamente por bactérias
vivas, independentemente de sua estrutura
celular.
Exotoxinas Protéicas
Secretadas para o meio externo ou injetadas
diretamente na célula do hospedeiro por T3SS;
A maioria dos genes para exotoxinas está em
plasmídeos ou fagos;
1. Toxinas A-B:
Subunidade A: Atividade enzimática, tóxica;
Subunidade B: Ligação a receptor e
internalização da toxina;
P. aeruginosa, E. coli, V. cholerae, C. diphtheriae
e B. pertussis;
Atividades da subunidade A:
➔ Proteolítica: toxina tetânica e botulínica;
➔ Atua em adenilato ciclase (eleva cAMP):
toxina colérica, diftérica, pertussis,
exotoxina A de P. aeruginosa e toxina
termolábil de E. coli;
Subunidade B: excelente adjuvante;
2. Toxinas proteolíticas:
Clivam proteínas específicas do hospedeiro
levando à manifestações características da
doença;
Toxina botulínica e toxina tetânica: atuam em
neurotransmissores
➔ Botulínica: ingerida – paralisia flácida;
➔ Tetânica: feridas – paralisia espasmica;
P. aeruginosa: toxinas que degradam matriz
extracelular
➔ Elastase: degrada fibras de elastina.
3. Toxinas formadoras de poros:
Levam à lise celular;
Toxinas da família RTX (motivos repetitivos
arginina [R] treonina [T]) – Gram-negativas
secretam por T1SS;
Muitas Gram-positivas secretam citolisinas
ativadas por sulfidril;
A melhor caracterizada é a listeriolisina O (LLO),
utilizada por Listeria monocytogenes para
escapar do fagolisossomo;
Outras...
IgA-proteases: Neisseria spp. e Haemophilus
influenzae;
Toxinas termo-estáveis que ativam guanilato
ciclase (eleva níveis de cGMP): Enterotoxina
termo-estável de E. coli enterotoxigênica;
Toxinas que modificam o citoesqueleto: Rho
GTPases (Clostridium difficile, Salmonella,
Shigella);
Vírus:
Vacinas baseadas em peptídeos de superfície;
As disponíveis são vacinas atenuadas replicantes
ou inativadas;
Preocupam pois podem propagar-se no
organismo;
Recombinação e origem de novos vírus;
Vacinas virais produzem resposta de anticorpos
IgM e IgG aglutinantes e neutralizantes
(extracelular) e resposta Th1 – células
citotóxicas; NK e macrófagos (intracelular)
DNA de fita simples é reconhecido pelo TLR8;
DNA de fita dupla é reconhecido pelo TLR3.
Desafios na produção de vacinas virais:
➔ Dificuldade de produção;
➔ Curta vida de prateleira dos produtos;
➔ Imunidade curta;
➔ Necessidade de dezenas de antígenos para
abranger a diversidade antigênica viral;
➔ Laboratório nível três;
➔ Alumínio como adjuvante;
➔ Inativação incompleta no uso de formaldeído;
Parasitas:
Projetadas para induzir uma resposta imune
protetora contra parasitas específicos, como
protozoários e helmintos.
Parasitas têm mecanismos de evasão do sistema
imunológico, o que dificulta a criação de
vacinas. Além disso, muitas vezes têm múltiplos
estágios de vida.
Plasmodium spp: protozoário invade
hepatócitos e eritrócitos
Leishmania spp.: protozoário invade macrófagos
Formas de Evasão do sistema imune:
➔ Tegumento: barreira física contra
anticorpos e células de defesa;
➔ Proteínas antioxidantes: expressam
superóxidos dismutases que convertem
superóxido em H2O e O2;
➔ Proteínas do tegumento bloqueiam a
formação do complexo de ataque à
membrana;
Fungos:
Possuem fatores de virulência semelhante aos
bacterianos;
A maioria das infecções ocorre em depressão
imunológica;
Destacam-se a produção de micotoxinas, como
a aflatoxina de Aspergillus spp.
Interfere na síntese de proteínas e seus
metabólitos podem se intercalar no DNA –
cancerígenos;