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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA Disciplina: Microbiologia Aplicada à Nutrição Professora: Alessandra Machado Microrganismos e hospedeiros: microbiota residente, transitória e doenças O mundo microbiano �Os microrganismos são ubíquos. �Os ecossistemas são normalmente colonizados por uma ampla e diversa microbiota, formada principalmente por bactérias e fungos. � Microbiota que coloniza o corpo humano é numerosa, complexa e diversa. �Corpo humano é habitado por 100 trilhões de células microbianas (10x mais o número de células humanas). Microbiota humana Os microrganismos que habitam os diversos sítios anatômicos do corpo humano são classificados em dois grupos: Microbiota residente Microbiota transitória Microbiota residente, indígena, normal ou autóctone • Microrganismos que estabelecem uma residência mais ou menos permanente (colonizam), mas que não produzem doença em condições normais. • Altamente dependente das condições às quais um indivíduo é exposto. • Altamente diversa entre indivíduos. Microbiota Residente, Indígena, Autóctone ou “Normal” Papel importante na manutenção da integridade do hospedeiro, quando em equilíbrio em um sítio específico -Oferecem barreiras contra colonização por patógenos; - Produzem substâncias utilizáveis pelo hospedeiro; - Degradam produtos tóxicos; - Participam da modulação do sistema imune dos hospedeiros Microbiota residente Caráter Anfibiôntico Microrganismos podem se comportar como patógenos oportunistas em situações de desequilíbrio ou ao serem introduzidos em sítios estéreis ou não específicos. Microrganismos da microbiota residente humana • Frequentemente são benéficos e necessários à manutenção da saúde Trato gastrointestinal humano Sander et al., 2007 -Fluxo rápido de conteúdo; -pH ácido; Restringem a colonização microbiana - A motilidade intestinal é um pouco mais lenta Favorece a colonização microbiana. - pH neutro; - Abundância relativa de nutrientes (CHO não-digeríveis e componentes alimentares que escaparam da digestão no TGI) Ambiente propício para proliferação microbiana -Fluxo rápido de conteúdo; -Secreções do I.D. Restringem a colonização microbiana Microbiota intestinal Atua: • Modulação do sistema imune; • Degradação de componentes não digeríveis da dieta • Produção de ácido graxo de cadeia curta; • Proteção do epitélio intestinal contra patógenos; • Síntese de vitaminas – tiamina, riboflavina, piridoxina, B12 e K Papel importante na manutenção da integridade do hospedeiro, forte impacto na fisiologia e na nutrição do hospedeiro e é crucial para a vida humana. Nascimento Colonizadores primários: E. coli e Enterococcus Pós-parto Colonizadores secundários: Bacteroides, Clostridia, Bifidobacterium Até 6 meses Microbiota sofre interferência do tipo alimentação A partir dos 6 meses Microbiota – mais diversa e complexa Sucessão Microbiana Intestinal Adulto Redução gradual da diversidade – Bacteroidetes e Firmicutes e estabilidade • Iniciado em 2007 • Término previsto 2014 • 4 regiões: boca, pele, gastrointestinal e urogenital � Caracterizar detalhadamente a microbiota humana e analisar seu papel na saúde e na doença dos seres humanos. • Microrganismos não patogênicos ou potencialmente patogênicos, encontrados em superfícies externas e internas, durante algumas horas, dias ou mesmo semanas. • Pouca importância se a microbiota residente estiver em equilíbrio. Caso ocorra alteração neste equilíbrio, os microrganismos transitórios podem proliferar-se e produzir doença. Microbiota transitória, transiente ou alóctone Interações bactéria-hospedeiro � O corpo humano é um conjunto de nichos ambientais que fornece nutrientes necessários para o seu crescimento. � Corpo não é ambiente uniforme – crescimento de determinados microrganismos é favorecido. - Pele: ambiente relativamente seco favorece crescimento de S. aureus - Pulmões: ambiente altamente oxigenado favorece crescimento do aeróbioMycobacterium tuberculosis - Intestino grosso: ambiente anóxico favorece crescimento dos anaeróbios estritos Clostridium e Bacteroides � Hospedeiros – mecanismos de defesa � Microrganismos que conseguem colonizar um hospedeiro com sucesso sobrepujam esses mecanismos de defesa. Conceitos básicos • Patógeno – organismo que vive na superfície ou no interior do hospedeiro, causando danos. • Patogenicidade – capacidade do microrganismo provocar danos em um hospedeiro. • Virulência – grau de patogenicidade, ou seja, a dose ou o número de células que resultará em resposta patológica em um dado período de tempo. Microrganismos e mecanismos da patogênese Virulência Virulência microbiana. Diferenças na virulência microbiana, demostradas com base no número de células de Streptococcus pneumoniae e Salmonella typhimurium necessárias para matar os camundongos. � Produção de toxinas e/ou enzimas � Cápsula e camada limosa � Fímbrias � Endotoxina � Peptideoglicano � Resistência aos antimicrobianos Fatores de virulência Estruturas, produtos ou estratégias que contribuem para o aumento da capacidade da bactéria de causar doença . Fatores de virulência na patogênese de Salmonella INFECÇÃO DOENÇA • Infecção: colonização, multiplicação ou persistência dos microrganismos no hospedeiro, quer o hospedeiro seja prejudicado ou não. • Doença: quando a interação entre o microrganismo e o hospedeiro leva a um processo patológico caracterizado por dano ao hospedeiro. A infecção pode existir sem doença detectável Conceitos básicos Microrganismos e mecanismos da patogênese Adesão específica • Estratégia que as bactérias usam para se fixar nas células e nos tecidos do hospedeiro • Capacidade de aderência – mediada por estruturas da superfície celular bacteriana. • Interações macromoleculares entre as superfícies das células do patógeno e do hospedeiro. • Ligação seletiva às células de região corpórea particular. Ex: N. gonorrhoeae – epitélio urogenital Principais fatores de aderência � Camada limosa – rede frouxa de fibras poliméricas, estendendo-se para fora da célula. S. mutans – camada limosa de dextrana promove a ligação à superfície dental. � Cápsula – envoltório denso e bem definido que circunda a célula. E. coli patogênica – cápsula promove aderência à borda em escova das vilosidades intestinais. Aderência de patógeneos a tecidos animais. (a) Micrografia de transmissão de Vibrio cholerae aderido à borda em escova das vilosidades intestinais de coelho. Observe a ausência de cápsula. (b) Escherichia coli enteropatogênica em infeção modelo fatal, em bezerro. As células bacterianas estão aderidas à borda em escova das vilosidades intestinais do bezerro por meio de sua cápsula. Principais fatores de aderência � Fimbrias e pili – Estruturas proteicas da superfície da célula bacteriana. Atuam pela ligação às glicoproteínas da superfície da célula hospedeira, iniciando o processo de aderência. N. gonorrhoeae – pili facilita a ligação ao epitélio urogenital Salmonella – fímbrias facilitam a ligação ao epitélio intestinal � Proteínas de aderência N. gonorrhoeae – proteína Opa liga-se a receptores do epitélio urogenital. • Quando patógeno tem acesso aos tecidos, o microrganismo pode multiplicar e colonizar o tecido. • Geralmente, o inóculo inicial de um patógeno é insuficiente para causar dano ao hospedeiro. • Patógenos – nutrientes e condições ambientais apropriadas (temperatura, pH, presença ou ausência de oxigênio) que permitam seu crescimento. Colonização e crescimentoAções patogênicas das bactérias • Destruição dos tecidos ácidos, gás - resultantes do crescimento bacteriano enzimas degradativas – decompõe o tecido e fornece nutrientes para crescimento do microrganismo Ex: Clostridium perfringens – produzem fosfolipase C, colagenase, proteases, hialuronidase, toxinas, ácido, gás – destroem o tecido. Toxinas – produtos bacterianos que danificam diretamente o tecido ou promovem atividades biológicas destrutivas. • Toxicidade – capacidade de um organismo causar uma doença por meio de uma toxina que inibe a função ou mata a célula hospedeira. Toxinas • Exotoxinas - proteínas tóxicas liberadas pela célula do patógeno, à medida que ele cresce. • Endotoxinas - Lipopolissacarídeos (LPS) da camada externa de Gram- negativas que estão ligadas à célula e liberadas em grandes quantidades quando as células sofrem lise. � Citolíticas – destroem a integridade da membrana citoplasmática, promovendo a lise celular. � AB – subunidade B liga-se a um receptor superficial da célula hospedeira, promovendo a transferência da subunidade A através da membrana da célula-alvo, que promove danos à célula. � Superantígenos – estimulam um grande número de células da resposta imune, resultando em intensas reações inflamatórias e danos teciduais. Exotoxinas Toxina citolítica α-toxina de estafilococos é uma citotoxina formadora de poros, produzidas por Staphylococcus. Liberadas na forma de monômeros, sete subunidades proteicas idênticas oligomerizam-se na membrana citoplasmática das células alvo. O oligômero forma um poro, liberando todo o conteúdo celular e permitindo o influxo de compostos extracelulares e o efluxo de compostos intracelulares. As células eucarióticas tornam-se intumescidas e sofrem lise. Toxina AB A ação da toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae Enterotoxinas • Exotoxinas cujas atividades afetam o intestino delgado, provocando secreção de fluidos para o lúmen intestinal, o que resulta em diarreia. • Geralmente adquiridas pela ingestão de alimentos ou água contaminados. • Produzidas por vários microrganismos: S. aureus, C. perfringens, B. cereus, V. cholerae, E. coli e S. enteritidis Ação da toxina colérica ENDOTOXINADiarreia, vômitos, febre e choque potencialmente fatal Endotoxinas (LPS) da camada externa de Gram-negativas que estão ligadas à célula e liberadas em grandes quantidades quando as células sofrem lise. Propriedades Exotoxinas Endotoxinas Propriedades químicas Proteínas,excretadas por determinadas Gram-negativas ou Gram-positivas. Lipopolissacarídeo – liberado por lise celular - parte da membrana externa de Gram-negativas. Mecanismo de ação, sintomas Específico, geralmente ligam- se a receptores ou estruturas específicas, atuam como citotoxinas, enterotoxinas ou neurotoxina, com ação específica em células ou tecidos Geral, febre, diarreia, vômito Toxicidade Frequentemente muito tóxicas, algumas vezes fatais Pouco tóxicas, raramente fatais Potencial de febre Geralmente não produz febre Pirogênica, frequentemente induz febre no hospedeiro Fatores do hospedeiro na doença infecciosa � Fatores de risco do hospedeiro na infecção – contribuem para a susceptibilidade do hospedeiro • Idade - Crianças: patógenos intestinais têm maior chance de se estabelecer. - Idosos: mais susceptíveis às infecções respiratórias. • Estresse e dieta - Fontes de estresse fisiológico (fadiga, dieta pobre, desidratação, mudanças climáticas bruscas) – aumentam a incidência e gravidade das doenças infecciosas. • Hospedeiro comprometido - Um ou mais mecanismos de defesa estão inativados - Probabilidade de infecção é maior. • Imunidade natural ou inata: - Mecanismos de defesa presentes independente da presença de agentes infecciosos (barreiras físicas, químicas e anatômicas). • Imunidade adquirida ou específica: - Mecanismos de defesa estimulados pela exposição a substâncias estranhas - imunoglobulinas. � Fatores de proteção do hospedeiro na infecção Pele – barreira física, e sua microbiota normal inibe a colonização de patógenos A acidez estomacal inibe crescimento microbiano Microbiota normal compete com os patógenos O fluxo no trato urinário impede a colonização A lisozima da lágrima e outras secreções dissolvem as paredes celulares bacterianas O muco e os cílios que revestem a traqueia deslocam os microrganismos para fora do corpo O muco dos pulmões impede a colonização Proteínas sanguíneas e a linfa inibem o crescimento microbiano Rápida alteração do pH inibe o crescimento microbiano Microbiota normal compete com os patógenos Remoção de partículas, incluindo microrganismos Barreiras físicas, químicas e anatômicas
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