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Interação de Bactéria e Hospedeiro
Ana Carolina Morais Apolônio | Thaís Oliveira de Paula | Alessandra Barbosa Ferreira Machado
Introdução
Ainda no século XVI, já dizia o poeta inglês John Donne que “nenhum homem é uma ilha,
completo em si próprio”. Naquela época, a microbiologia tal como a conhecemos ainda não
existia. Os pequenos animálculos ainda estavam sendo descritos por Antonie van
Leeuwenhoek, e só muito tempo depois seriam chamados de microrganismos. Imagine então
pensar naquela época sobre a interação de bactéria e hospedeiro? Hoje sabemos que no corpo
humano existem milhares de microrganismos que expressam diferentes formas de interações.
Essas interações podem ser tanto benéficas quanto maléficas ao homem, hospedeiro que
abriga diversificada microbiota. Neste capítulo, serão abordados os aspectos específicos que
as interações de bactéria e hospedeiro humano envolvem.
Microbiota
Os microrganismos, tanto individualmente quanto em conjunto, desempenham importantes
papéis quando interagem com o ser humano. Essa interação se dá de várias maneiras, de
acordo com os tipos e a quantidade de microrganismos, com o local no corpo humano em
que se localizam e com o tempo transcorrido. O resultado da interação de microrganismo e
hospedeiro pode ser benéfico ou maléfico para o ser humano, determinando os processos de
saúde ou doença.
O conhecimento científico a respeito dessas interações aumenta a cada dia, e nossa
percepção a respeito dos microrganismos muda de acordo com cada descoberta. No início do
reconhecimento de que os microrganismos faziam parte do corpo humano, inclusive na
cavidade bucal, acreditava-se que a eliminação dos mesmos seria o caminho para obtenção e
manutenção da saúde, especialmente em se tratando de integridade de estrutura dental e
suporte periodontal.
Atualmente, aceita-se que a maioria dos microrganismos não é intrinsecamente nociva,
mas sim estabelecida como colonos persistentes e coadaptados em equilíbrio com seu
ambiente, fornecendo bens e serviços úteis a seus anfitriões e obtendo benefícios dessa
associação. Esses microrganismos estabelecidos são denominados microbiota. O termo
microbiota refere-se, então, aos 39 trilhões de células de microrganismos simbióticos,
principalmente bactérias, que cada pessoa abriga. Os estudos de pesquisa mais recentes,
devido às novas técnicas de estudo utilizadas, criaram um novo termo: microbioma. Este
termo tem sido utilizado erroneamente por muitos indivíduos, como sinônimo de microbiota.
Entretanto, o termo microbioma refere-se aos genes que as células da microbiota carregam.
O corpo humano apresenta vários sítios anatômicos que são colonizados por
microrganismos, mas os microrganismos da microbiota não são os mesmos, nem estão na
mesma quantidade nesses diferentes locais. Cada região representa um nicho ecológico que
será habitado por uma comunidade microbiana distinta daquela dos demais nichos. A
cavidade bucal apresenta sítios que têm propriedades distintas daquelas de todas as outras
regiões do corpo humano. Cada região, tal como mucosa jugal, dorso da língua, gengivas e
mesmo a estrutura dental, será colonizada por diferentes comunidades microbianas. Além
disso, o elemento dental apresenta características únicas que favorecem a colonização
microbiana. É constituído por tecidos rígidos como esmalte, cemento e dentina, que não
descamam e que favorecem a fixação e manutenção dos microrganismos. Outro fenômeno
incomum é que a estrutura mineralizada do dente passa através dos tecidos, de modo que
uma parte deste é exposta ao ambiente externo enquanto outra se encontra no interior do
tecido conjuntivo.
As comunidades de microrganismos são selecionadas de acordo com o ambiente nos
diferentes sítios e estão em um estado de equilíbrio dinâmico. Acreditava-se que, no útero, o
feto se encontrava em um ambiente isento de microrganismo, porém, estudos recentes têm
demonstrado que a colonização microbiana pode se iniciar ainda na vida intrauterina. Esses
estudos apontam que a placenta é composta por um microbioma restrito, porém
metabolicamente rico e semelhante ao microbioma bucal humano. Os microrganismos que
habitam os diversos sítios anatômicos do corpo humano podem ser dispostos em dois grupos:
microbiota indígena e microbiota transitória.
Microbiota indígena
A expressão microbiota indígena define a microbiota que convive em harmonia com o
hospedeiro, em condições de saúde. Também chamada microbiota residente, normal ou
autóctone, está presente em números constantes em determinado sítio, mas varia de um local
para outro quanto ao número e ao tipo.
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Quando em equilíbrio com o hospedeiro, os microrganismos da microbiota indígena são
comensais, ou seja, beneficiam-se do hospedeiro sem causar danos. Enquanto o equilíbrio for
harmônico, os membros da microbiota indígena podem beneficiar o hospedeiro de várias
maneiras:
Constituindo uma barreira contra a instalação de microrganismos patogênicos,
ocupando os sítios de adesão que seriam utilizados pelos patógenos, ou inibindo e
limitando a colonização pelo patógeno
Modulando o sistema imunológico do hospedeiro e, assim, mantendo as respostas do
hospedeiro em níveis aceitáveis
Produzindo substâncias utilizáveis pelo hospedeiro; as bactérias intestinais, por
exemplo, produzem grande quantidade de vitaminas B e K ao homem
Degradando substâncias que seriam tóxicas para o ser humano.
Entretanto, esses mesmos microrganismos, quando em desequilíbrio com o hospedeiro,
podem produzir alterações fisiológicas dos tecidos do hospedeiro, levando ao
desenvolvimento de doenças e sendo, portanto, considerados patógenos oportunistas. Essa
relação entre microbiota indígena e hospedeiro é denominada relação anfibiôntica. O caráter
anfibiôntico dos microrganismos da microbiota indígena é então explicado pela habilidade
apresentada por eles de conviver e pela capacidade de agredir o hospedeiro.
Embora a microbiota indígena esteja sempre presente no hospedeiro, a expressão
portador ou estado de portador não a representa. Esta expressão é utilizada no contexto
médico em referência a uma pessoa que apresenta infecção assintomática ou que se
recuperou de uma doença infecciosa mas ainda carreia o microrganismo, podendo albergá-lo
por um longo período. Esse indivíduo pode representar uma fonte de infecção para terceiros.
Há também necessidade de distinguirmos o termo colonização, que se refere à aquisição
de um novo microrganismo, embora os seres humanos sejam colonizados pelos
microrganismos da microbiota indígena. Após a colonização por um novo microrganismo,
este pode causar uma doença infecciosa ou pode ser eliminado pelas defesas do hospedeiro.
Eventualmente, a pessoa colonizada por esse novo microrganismo pode transmiti-lo a
terceiros, atuando, assim, como um reservatório.
Microbiota transitória
A expressão microbiota transitória define a microbiota que persiste por horas ou meses sob
certas condições em qualquer um dos sítios em que é encontrada a microbiota indígena. É
também chamada de microbiota transiente ou alóctone. Em geral, os microrganismos que
constituem a microbiota transitória não são patogênicos ou são potencialmente patogênicos, e
passam “temporariamente” pelo hospedeiro. Alguns microrganismos transitórios têm pouca
importância, desde que a microbiota indígena esteja em equilíbrio.
Fatores de virulência
Fatores de virulência são estruturas, produtos ou estratégias que contribuem para o aumento
da capacidade da bactéria de causar doença. Esses fatores permitem a fixação e manutenção
no hospedeiro e, eventualmente,
o desenvolvimento da doença infecciosa. A capacidade de expressar inúmeros diferentes
fatores de virulência determina a virulência da bactéria. Diferentes espécies bacterianas
possuem fatores de virulência distintos. Mesmo dentro da própria espécie existem linhagens
mais ou menos virulentas, ou seja, queexpressam diferentes fatores de virulência. Entre os
fatores de virulência estruturais, as adesinas se destacam e estão localizadas em estruturas de
superfície da célula, como cápsula, flagelos, fímbrias e pilus, e interagem, geralmente de
maneira específica, com receptores das células do hospedeiro, promovendo a aderência
bacteriana. O tipo de fímbria de Porphyromonas gingivalis, por exemplo, influi na sua
patogenicidade, sendo a do tipo II fimA relacionada com doença. Além de ser importante
para a aderência, a cápsula é considerada um fator antifagocitose, pois está envolvida no
bloqueio da fagocitose e, por isso, é um mecanismo de escape do sistema imunológico do
hospedeiro.
Muitas bactérias potencialmente patogênicas produzem, durante o metabolismo, diversas
enzimas (p. ex., coagulase, hialuronidase, colagenase e invasinas) e toxinas que podem
alterar o metabolismo normal da célula ou de tecidos dos hospedeiros, com efeito deletério
nos mesmos.
A produção de fatores de virulência específicos também determina o tipo de doença
causado pela bactéria. O tipo de exotoxina de Escherichia coli, por exemplo, pode gerar
diferentes quadros clínicos, sendo as enterotoxinas termolábil (LT, do inglês labile toxin) e
termoestável (ST, do inglês stable toxin) relacionadas com uma diarreia aquosa (não
sanguinolenta), enquanto a exotoxina denominada toxina Shiga (por ser muito similar às
toxinas produzidas por espécies de Shigella) provoca diarreia sanguinolenta.
Defesas do hospedeiro
As principais defesas do hospedeiro são a resposta imunológica inata e a resposta
imunológica adquirida (celular e mediada por anticorpos). Ambas compõem o sistema
imunológico. A microbiota indígena desempenha importante papel na indução, manutenção e
funcionamento do sistema imunológico do hospedeiro. Em contrapartida, o sistema
imunológico mantém os indivíduos da microbiota em número e estados apropriados de modo
a manter a relação simbiótica do hospedeiro com os microrganismos. O adequado
relacionamento entre sistema imunológico e microbiota permite a indução de respostas
protetoras a patógenos e a manutenção de vias regulatórias envolvidas na manutenção da
tolerância a antígenos inócuos.
O sistema imunológico possui uma rede complexa e diversificada de componentes com
extraordinária capacidade de adaptação e resposta, especialmente aqueles associados à
resposta imunológica adaptativa. Esses componentes não fazem parte do escopo deste livro e,
portanto, não serão aqui abordados.
Patogênese
Bactérias potencialmente patogênicas podem estabelecer relações danosas ou prejudiciais
com o hospedeiro humano. A patogênese ou patogenia corresponde a etapas ou mecanismos
envolvidos no desenvolvimento de uma doença. Dessa forma, uma série de etapas deve
ocorrer para que a doença se estabeleça.
De modo geral, a patogênese inicia-se pela exposição do hospedeiro às células
bacterianas, ou seja, o potencial patógeno deve ter acesso aos tecidos do hospedeiro. Esse
acesso é possível pelas portas de entrada, que correspondem basicamente às membranas
mucosas, pele e via parenteral. Essa etapa é seguida pela aderência da bactéria às células
hospedeiras, invasão em determinados casos e colonização, em que há aumento da população
bacteriana. Esse crescimento altera a homeostase do hospedeiro e causa danos a ele.
Finalmente, a bactéria deixa o hospedeiro pelas portas de saída, que, em muitos casos,
correspondem às portas de entrada.
Portas de entrada
As membranas mucosas que recobrem o sistema respiratório, o sistema gastrintestinal, o
sistema geniturinário e a conjuntiva correspondem a portas de entrada frequentemente
utilizadas pelas bactérias.
Muitas bactérias têm acesso ao corpo entrando pelas membranas mucosas que revestem o
sistema respiratório. Essas bactérias são frequentemente inaladas para dentro da cavidade
nasal ou da boca em gotículas de umidade. Bordetella pertussis, Mycobacterium tuberculosis
e Streptococcus pneumoniae, agentes etiológicos da coqueluche, da tuberculose e da
pneumonia, respectivamente, são bactérias que têm como porta de entrada o sistema
respiratório.
Muitas bactérias potencialmente patogênicas podem ter acesso ao trato gastrintestinal
através da água ou de alimentos. Para causarem doenças, essas bactérias devem resistir às
condições adversas presentes ao longo do sistema gastrintestinal, como lisozima na boca,
baixo pH no estômago e sais biliares no intestino. O sistema gastrintestinal é porta de entrada
para bactérias como Shigella spp., Salmonella e os patotipos de Escherichia coli.
O sistema geniturinário é porta de entrada de patógenos sexualmente transmissíveis como
Neisseria gonorrhoeae, Treponema pallidum, Chlamydia trachomatis, agentes etiológicos de
gonorreia, sífilis e uretrite, respectivamente. Alguns desses potenciais patógenos podem ter
acesso ao hospedeiro através de membranas mucosas íntegras. Entretanto, outros requerem a
presença de cortes, ferimentos e abrasões.
A pele íntegra é impenetrável para a grande maioria das bactérias; por isso, corresponde a
uma importante barreira de defesa do hospedeiro. Entretanto, a presença de cortes,
ferimentos, picadas e injeções favorece a entrada de potenciais patógenos, como Clostridium
tetani, Rickettsia rickettsii e Clostridium perfringens, agentes etiológicos do tétano, da febre
maculosa e da gangrena gasosa, respectivamente.
Aderência, invasão e colonização
Após a entrada do potencial patógeno pelas portas de entrada, a bactéria deve aderir às
células do hospedeiro. De modo geral, as bactérias aderem de maneira específica e seletiva a
determinadas células. Por exemplo, Vibrio cholerae se liga especificamente às
microvilosidades do intestino. Estruturas celulares como a cápsula, flagelos, fímbrias e pili
presentes na superfície bacteriana medeiam o processo de aderência e, por isso,
correspondem a fatores de virulência.
Muitos patógenos são capazes de invadir o epitélio, em um processo denominado invasão
e que é importante para sua patogenicidade. O próprio processo de aderência e invasão da
bactéria pode causar danos e lise às células do hospedeiro.
Após terem acesso ao tecido do hospedeiro, as bactérias iniciam a colonização utilizando
os nutrientes encontrados no hospedeiro para se multiplicarem, aumentando sua população.
Além de nutrientes, a temperatura, a disponibilidade de oxigênio e o pH afetam
consideravelmente a multiplicação microbiana.
Danos ao hospedeiro
Durante a colonização, as bactérias produzem diversos metabólitos, como enzimas e toxinas,
que causam danos ao hospedeiro. Das enzimas, as mais importantes são coagulase,
hialuronidase, colagenase e invasinas. As coagulases produzidas por Staphylococcus aureus
estão envolvidas na transformação do fibrinogênio em fibrina, com formação de um coágulo.
O coágulo protege a bactéria da fagocitose e a isola de outras defesas do hospedeiro. A
colagenase produzida por Streptococcus spp. e C. perfringens hidrolisa o colágeno que forma
o tecido conjuntivo dos músculos e de outros tecidos, tornando as células do hospedeiro
fracamente aderidas, o que promove a disseminação bacteriana. As invasinas, produzidas por
algumas espécies de Salmonella spp., causam o rearranjo dos filamentos de actina do
citoesqueleo celular, facilitando a internalização da bactéria na célula hospedeira.
O sideróforo é um fator de virulência produzido por algumas bactérias como Salmonella
e E. coli. Denominado enterobactina, apresenta alta afinidade com o ferro, e por isso
corresponde a uma estratégia de remoção de ferro das proteínas transportadoras do
hospedeiro, permitindo a utilização desse nutriente pela bactéria.
Algumas bactérias produzem toxinas que podem ser classificadas como exotoxinas e
endotoxinas. Existem diferenças importantes entre exotoxinas e endotoxinas. Basicamente,
as exotoxinas são produzidas dentro das bactérias, mais comumente das Gram-positivas,
como resultadode processos metabólicos, e as endotoxinas constituem a porção lipídica dos
lipopolissacarídeos que fazem parte da membrana externa das bactérias Gram-negativas.
As endotoxinas estão presentes apenas nas bactérias Gram-negativas, pois as bactérias
Gram-positivas não são dotadas de membrana externa. As exotoxinas podem ser produzidas
tanto por bactérias Gram-positivas como Gram-negativas. As exotoxinas correspondem a um
produto metabólico e a endotoxina é um componente estrutural. As exotoxinas são proteínas,
e a endotoxina é um lipídio. As exotoxinas têm efeitos específicos para determinada estrutura
ou função do hospedeiro; já as endotoxinas produzem o mesmo efeito no hospedeiro. As
exotoxinas não são pirogênicas como as endotoxinas (Quadro 10.1).
Quadro 10.1 Diferenças entre exotoxinas e endotoxinas.
Características Exotoxinas Endotoxinas
Componente metabólico Sim Não
Componente estrutural Não Sim
Produzidas por bactérias Gram-negativas Sim Sim
Produzidas por bactérias Gram-positivas Sim Não
Proteínas Sim Não
Lipídios Não Sim
Efeitos especí!cos no hospedeiro Sim Sim
Pirogênicas Não Sim
Fonte: as autoras.
A endotoxina é um componente estrutural presente na membrana externa de bactérias
Gram-negativas. Especificamente o lipídio A está envolvido na resposta pirogênica. Quando
bactérias Gram-negativas são mortas, por exemplo, por fagocitose, ocorre a liberação do
lipídio A, o que induz a produção de citocinas como interleucina 1 (IL-1) e fator de necrose
tumoral alfa (TNF-α) pelos macrófagos. Essas citocinas são liberadas pelos macrófagos na
corrente sanguínea e são transportadas até o hipotálamo, no cérebro. Nesse sítio, as citocinas
induzem a produção de prostaglandinas, alterando o “termostato” corporal para temperaturas
mais elevadas, dessa forma provocando febre. Além de elevação da temperatura corporal, o
lipídio A está envolvido em processo inflamatório, diarreia, coagulação do sangue e, em
determinados casos, choque.
Algumas bactérias Gram-positivas e Gram-negativas sintetizam exotoxinas que são
toxinas produzidas durante o metabolismo e liberadas no ambiente em que as bactérias se
encontram, causando danos no hospedeiro. As exotoxinas podem ser classificadas como
citotoxina, neurotoxina e enterotoxina. As citotoxinas provocam lise das membranas de
diferentes células do hospedeiro. As neurotoxinas atuam no sistema nervoso e as
enterotoxinas promovem danos no sistema intestinal. As toxinas botulínica e tetânica,
produzidas, respectivamente, por Clostridium botulinum e C. tetani, são exemplos de
neurotoxinas. A toxina botulínica atua nas junções neuromusculares e impede a transmissão
de impulsos para o músculo e este não se contrai. Em uma condição normal, o
neurotransmissor acetilcolina induz a contração das fibras musculares. Entretanto, no
botulismo, a toxina botulínica bloqueia a liberação de acetilcolina, inibindo a contração
muscular.
A enterotoxina produzida pelo Vibrio cholerae é um fator de virulência importante na
patogênese da cólera. Essa enterotoxina provoca aumento da secreção de líquidos e
eletrólitos pelas células intestinais, promovendo diarreia intensa. Em condições normais,
sódio se movimenta do lúmen para o sangue, sem deslocamento líquido de cloreto.
Entretanto, a ingestão de água ou alimento contaminado com V. cholerae pode levar a
colonização do sistema gastrintestinal e produção de toxina por essa bactéria. A subunidade
B da toxina se liga ao receptor GM1 dos enterócitos, com a consequente internalização da
subunidade A. A subunidade A ativa a adenilato ciclase, que transforma trifosfato de
adenosina (ATP) em monofosfato de adenosina cíclico (CAMP), o que promove bloqueio de
sódio do lúmen intestinal para o sangue e, ao mesmo tempo, passagem de cloreto,
bicarbonato e grande quantidade de água do sangue para o lúmen, provocando diarreia
intensa.
Portas de saída
As bactérias deixam o hospedeiro por portas de saída que geralmente são as mesmas de
entrada, como as mucosas dos sistemas respiratório, gastrintestinal e geniturinário e a pele.
As bactérias podem sair do hospedeiro por meio de secreções, excreções ou tecidos que
descamam. Alguns patógenos podem apresentar várias portas de saída e, dessa forma,
disseminar-se mais facilmente entre hospedeiros suscetíveis.
Doença infecciosa
Ocorre doença quando o hospedeiro sofre danos em nível suficiente para perturbar a
homeostase, levando a sinais e sintomas que denotam o estado anormal da fisiologia de
tecidos e órgãos. As doenças infecciosas são doenças cujo fator etiológico é o
microrganismo, e ocorrem quando os microrganismos superam as defesas do hospedeiro.
Podem ser classificadas de acordo com a origem e a quantidade de microrganismos. A
doença infecciosa é endógena quando o equilíbrio entre os microrganismos da microbiota
indígena e o hospedeiro se altera a favor do microrganismo, ou exógena quando um
microrganismo externo é o agente da infecção. É chamada infecção monomicrobiana quando
um único patógeno é o agente etiológico, e polimicrobiana ou mista quando existe uma
associação de vários tipos microbianos para o desenvolvimento da doença.
Uma vez que a presença do microrganismo é determinante para o desenvolvimento das
doenças infecciosas, várias etapas são necessárias desde o contato do microrganismo com o
hospedeiro até a instalação da doença propriamente dita.
Bibliografia
Belkaid Y, Hand TW. Role of the microbiota in immunity and inflammation. Cell. 2014;157(1):121-
41.
Board on Global Health; Institute of Medicine. Microbial Ecology in States of Health and Disease
Workshop Summary. Forum on Microbial Health. Washington (DC): National Academies Press
(US); 2014 Feb 18. ISBN-13: 978-0-309 a 29062-3ISBN-10: 0-309-29062-7.
Levinson W. Microbiologia e imunologia médicas. 13. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016.
Lindhorst TK. Small molecule ligands for bacterial lectins: letters of an antiadhesive glycopolymer
code. Glycopolymer Code: Synthesis of Glycopolymers and their Applications. 2015; 15:1-16.
Madigan MT, Martinko JM, Dunla PV et al. Microbiologia de Brock. 12. ed. Porto Alegre: Artmed,
2010. 1160 p.
Tortora GJ, Funke BR, Case CL. Microbiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.
Uma vez que a presença do microrganismo é determinante para o desenvolvimento das
doenças infecciosas, várias etapas são necessárias desde o contato do microrganismo com o
hospedeiro até a instalação da doença propriamente dita.
Bibliografia
Belkaid Y, Hand TW. Role of the microbiota in immunity and inflammation. Cell. 2014;157(1):121-
41.
Board on Global Health; Institute of Medicine. Microbial Ecology in States of Health and Disease
Workshop Summary. Forum on Microbial Health. Washington (DC): National Academies Press
(US); 2014 Feb 18. ISBN-13: 978-0-309 a 29062-3ISBN-10: 0-309-29062-7.
Levinson W. Microbiologia e imunologia médicas. 13. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016.
Lindhorst TK. Small molecule ligands for bacterial lectins: letters of an antiadhesive glycopolymer
code. Glycopolymer Code: Synthesis of Glycopolymers and their Applications. 2015; 15:1-16.
Madigan MT, Martinko JM, Dunla PV et al. Microbiologia de Brock. 12. ed. Porto Alegre: Artmed,
2010. 1160 p.
Tortora GJ, Funke BR, Case CL. Microbiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.