Fatores de Virulência

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Fatores de Virulência
Prof. Ma. Francine Maery Dias Ferreira-Romanichen
Fatores de Virulência
• Estruturas, produtos ou estratégias que contribuem para a
bactérias aumentar sua capacidade em causar uma
infecção;
• Envolvidos com a colonização e lesões do organismo;
• Para causar infecção os patógenos deve obter acesso ao
hospedeiro portas de entrada.
Portas de Entrada
• Membranas mucosas;
• Pele;
• Via parenteral.
Membranas mucosas
• Revestem os tratos respiratório, gastrintestinal,
geniturinário e a conjuntiva;
• Trato respiratório:
– Porta de entrada mais fácil e mais utilizada;
– Microrganismos são inalados para dentro da cavidade nasal ou
boca em gotículas de umidade ou partículas de pó;
– Resfriado, gripe, pneumonia, tuberculose, sarampo e varíola.
Membranas mucosas
• Trato gastrintestinal:
– Através da água, alimentos ou dedos contaminados;
– Maioria é destruído pelo ácido clorídrico e pelas enzimas
presentes no estômago, ou pela bile e enzimas no intestino
delgado;
– Poliomielite, hepatite A, febre tifoide, disenteria amebiana,
giardíase, shigelose (disenteria bacteriana) e cólera;
– São eliminados nas fezes e podem ser transmitidos a outros
hospedeiros.
Membranas mucosas
• Trato geniturinário:
– Porta de entrada de patógenos que são sexualmente
transmitidos;
– Podem entrar no organismo através de membranas mucosas
íntegras, outros requerem a presença de cortes ou abrasões de
algum tipo;
– DSTs: HIV, verrugas genitais, clamídia, herpes, sífilis e gonorreia.
Pele
• Importante barreira defensiva contra doenças;
• Pele íntegra é impenetrável;
• Microrganismos folículos pilosos e ductos sudoríparos;
• Larvas de ancilóstomo perfuram pele intacta;
• Fungos podem crescer na queratina da pele ou infectar a
pele em si.
Via parenteral
• Depositados diretamente nos tecidos sob a pele ou nas
membranas mucosas, quando essas barreiras são
penetradas ou danificadas via parenteral;
• Perfurações, injeções, mordidas, cortes, ferimentos,
cirurgias e rompimento da pele ou das membranas
mucosas por inchaço.
Fatores de Virulência
• Aderência ou adesão;
• Cápsulas;
• Componentes da Parede Celular;
• Enzimas;
• Invasão;
• Sideróforos;
• Toxinas;
• Evasinas;
Aderência
• Estratégias que as bactérias usam para se fixar nas células
e nos tecidos do organismo;
• Capacidade de aderir de maneira firme mediada por
estruturas da superfície da célula bacteriana adesinas;
• Adesinas  interagem com receptores existentes no
organismo, que estão localizados na superfície da célula
ou são proteínas da matriz extracelular.
Aderência
• Adesinas de bactérias Gram-negativas:
– Cepas enteropatogênicas de Escherichia coli  adesinas ou
fímbrias se aderem apenas a tipos específicos de células em
certas regiões do intestino delgado;
– Shigella spp. e E. coli  após aderência induzem a endocitose
como veículo para penetração e multiplicação;
– Treponema pallidum  extremidade afilada como um gancho;
– Listeria monocytogenes  adesina para receptor específico;
– Neisseria gonorrhoeae  fímbrias contendo adesinas, que
permitem sua adesão a células que possuem receptores
apropriados no trato geniturinário, olhos e faringe.
Aderência
• Adesinas de bactérias Gram-positivas:
– Staphylococcus spp., Streptococcus spp. e Enterococcus spp.
proteínas de superfície que interagem com proteínas da matriz
extracelular, principalmente a fibronectina;
– Expressão de certas fímbrias  induzida pelo contato da
bactéria com a célula;
– Algumas proteínas somente são secretadas depois que a
bactérias adere às células do organismo;
– Biofilmes  agregados bacterianos têm a forma de pilares oe
são atravessados por canais que permitem a difusão dos
nutrientes necessários ao crescimento bacteriano  proteção
contra defesas do organismos e ação dos antibióticos.
Aderência
– Resposta das células do hospedeiro varia de acordo com o tipo
de célula e de bactéria:
• Produzem citocinas;
• Incorporam a bactérias por fagocitose;
• Espécies de estreptococos da microbiota normal da boca e
uma espécie de Bacteroides (habitante normal dos intestinos)
 induz as células a produzirem um antibiótico ativo contra
Gram-positivos e Gram-negativos  manutenção do
equilíbrio ecológico da microbiota intestinal.
Cápsulas
• Ao redor da parede celular  aumenta a virulência da
espécie;
• Resiste às defesas do hospedeiro  impede a fagocitose
 natureza química impede que a célula fagocítica se
ligue à bactéria;
• Corpo humano produz anticorpos contra a cápsula 
bactérias encapsuladas são facilmente destruídas por
fagocitose.
Componentes da Parede Celular
• Streptococcus pyogenes  produz proteína resistente ao
calor e à acidez proteína M;
• Proteína M:
– Aderência da bactéria às células epiteliais do hospedeiro;
– Resistência bacteriana à fagocitose pelos glóbulos brancos.
• Mycobacterium tuberculosis:
– Ácido micólico:
– Resiste à digestão por fagócitos, permitindo que a bactéria possa
até mesmo se multiplicar dentro desses fagócitos.
Enzimas
• Enzimas extracelulares podem digerir o material entre as
células e induzir a formação ou degradação de coágulos
sanguíneos;
• Coagulases:
– Coagulam o fibrinogênio no sangue  formam coágulos de
fibrina que protege a bactéria da fagocitose e outras defesas do
hospedeiro;
– Gênero Staphylococcus spp.
Enzimas
• Quinases bacterianas:
– Degradam a fibrina e digerem os coágulos formados pelo
organismo para isolar a infecção;
– Injetada na corrente sanguínea a estreptoquinase  remove
alguns tipos de coágulos sanguíneos em casos de infartos
causados pela obstrução das artérias coronárias.
• Hialuronidase:
– Streptococcus spp.;
– Hidrolisa ácido hialurônico, polissacarídeo que une certas células
do corpo necrose de ferimentos infectados;
– Auxilia na dispersão do microrganismos do seu sítio inicial de
infecção.
Enzimas
• Colagenase:
– Clostridium spp.
– Quebra a proteína de colágeno, que forma os tecidos conectivos
de músculos e outros órgãos e tecidos.
• Proteases IgA:
– Neisseria gonorrhoeae e N. meningitidis;
– Destroem anticorpos IgA.
Invasão
• Citoplasma de células eucarióticas citoesqueleto;
• Citoesqueleto microfilamentos, filamentos intermediários
e microtúbulos;
• Principais componente do citoesqueleto  proteína actina
 usados por microrganismo para entrar na célula
hospedeira e se mover entre diferentes células;
Invasão
• Salmonella spp. e Escherichia coli  produzem proteínas
de superfície (Invasinas) que quando entram em contato
com a membrana plasmática do hospedeiro  rearranjo
dos filamentos de actina do citoesqueleto;
• Salmonella typhimurium  invasinas fazem com que a
aparência da membrana plasmática se assemelhe a uma
gota que se espalha ao atingir uma superfície sólida
(enrugamento da membrana);
• Shigella spp. e Listeria spp.  quando dentro das células
utilizam a actina para propelir-se através do citoplasma da
célula e de uma célula hospedeira para outra.
Sideróforos
• Ferro  necessário para o crescimento da maioria das
bactérias;
• Concentração de ferro livre muito pequena;
• Para obterem ferro livre, alguns patógenos secretam
proteínas denominadas sideróforos;
• Sideróforos são liberados no meio onde removem o ferro
das proteínas transportadoras se ligando de forma ainda
mais intensa aos átomos de ferro  complexo sideróforo-
ferro é formado e se liga a receptores de sideróforos na
superfície da bactéria sendo absorvido por ela.
Toxinas 
• Substâncias venenosas produzidas pelos microrganismos;
• Toxigenicidade  capacidade do microrganismo produzir
toxinas;• São transportadas pelo sangue ou pela linfa;
• Febre, distúrbios cardiovasculares, diarreia e choque;
• Inibem síntese proteica, destruem células e vasos
sanguíneos e danificam o SNC;
• São de dois tipos principais:
– Exotoxinas e endotoxinas.
Exotoxinas
• Produzidas no interior de algumas bactérias, como parte
de seu crescimento e metabolismo e então secretadas no
meio circulante ou liberadas após lise celular;
• São proteínas e enzimas  mesmo em pequenas
quantidades são bastante perigosas;
• Gram-positivas ou Gram-negativas;
• Genes carreados por plasmídeos bacterianos e fagos;
• Solúveis em fluidos corporais  se difundem facilmente
no sangue, sendo rapidamente transportada por todo o
corpo.
Exotoxinas
• Destruem partes das células do hospedeiro ou inibem
funções metabólicas  altamente específicas;
• Doenças  causadas por quantidades mínimas dessa
substância e não pela bactéria em si;
• Antitoxinas promovem imunidade contra as exotoxinas;
• Inativadas por calor ou pelo uso de formaldeído, iodo ou
outra substância química  não causam mais doença e
ainda são capazes de estimular o sistema imune a produzir
antitoxina toxoides;
• Toxoides injetados no corpo vacina (difteria e o tétano).
Exotoxinas
• Tipo de célula hospedeira afetada: 
– Neurotoxinas (afetam células nervosas);
– Cardiotoxinas (células cardíacas);
– Leucotoxinas (leucócitos);
– Enterotoxinas (células que revestem o trato gastrintestinal);
– Citotoxinas (afetam ampla variedade de células). 
• A partir da doença à qual estão associadas: 
– Toxina diftérica (difteria) e Toxina tetânica (tétano).
• A partir do patógeno específico que as produz:
– Toxina botulínica (Clostridium botulinum);
– Enterotoxina colérica (Vibrio cholerae).
Exotoxinas
• Exotoxinas são divididas em três tipos principais, com base 
em sua estrutura e função: 
– Toxinas A-B;
– Toxinas danificadoras de membrana;
– Superantígenos.
Toxinas A-B
• Maioria das exotoxinas;
• São divididas em duas partes: parte A é o componente 
ativo (enzima) e parte B o componente de ligação;
• Ex: toxina diftérica.
Toxinas danificadoras de membrana
• Causam a lise da célula hospedeira pela degradação de
sua membrana plasmática;
• Algumas toxinas agem através:
– Formação de canais proteicos na membrana plasmática
(exotoxina do Staphylococcus aureus);
– Degradação da porção fosfolipídica da membrana (toxina de
Clostridium perfringens).
• Causam morte de células do hospedeiro, especialmente
fagócitos;
• Auxiliam bactérias escapar de vesículas no interior de
fagócitos (fagossomos) para o citoplasma da célula.
Toxinas danificadoras de membrana
• Leucocidinas  toxinas danificadoras de membrana que
matam os leucócitos fagocíticos (glóbulos brancos):
– Agem pela formação de canais proteicos;
– São ativas contra os macrófagos;
– Staphylococcus spp. e Streptococcus spp.
• Hemolisinas  destroem os eritrócitos (glóbulos
vermelhos):
– Formação de canais proteicos;
– Staphylococcus spp. e Streptococcus spp. (estreptolisinas).
• Estreptolisina O (SLO) e Estreptolisina S (SLS).
Superantígenos
• Antígenos que provocam uma resposta imunológica muito
intensa;
• Proteínas bacterianas;
• Estimulam a proliferação de células imunológicas
denominadas células T  leucócitos (linfócitos) que agem
contra organismos e tecidos estranhos, e regulam a
ativação e a proliferação de outras células do sistema
imune;
• Células T são estimuladas  enormes quantidades de
substâncias químicas denominadas citocinas;
Superantígenos
• Citocinas  regulam as respostas imunológicas e
medeiam a comunicação célula-célula;
• Níveis excessivamente altos de citocinas febre, náusea,
vômito, diarreia, às vezes choque e até mesmo a morte;
• Incluem as toxinas estafilocócias que causam a intoxicação
alimentar e a síndrome do choque tóxico.
Exotoxinas
• Toxina diftérica:
– Corynebacterium diphtheriae;
– Toxina A-B;
– Produz a toxina somente quando é infectada por um fago 
lisogênico que carreia o gene Tox;
– Inibe síntese proteica em células eucarióticas.
• Toxinas eritrogênicas:
– Streptococcus pyogenes;
– Superantígenos;
– Danificam a membrana citoplasmática de células dos capilares
sanguíneos sob a pele, gerando exantema caracterizado pela cor
avermelhada.
Exotoxinas
• Toxina botulínica:
– Clostridium botulinum;
– Neurotoxina A-B;
– Age nas junções neuromusculares (junções entre os nervos e as
células musculares) e impede a transmissão de impulso dos
neurônios para o músculo;
– Se liga às células nervosas e inibindo a liberação de um
neurotransmissor acetilcolina  paralisia flácida (músculo perde
o tônus).
Exotoxinas
• Toxina tetânica:
– Clostridium tetani;
– Toxina A-B;
– Atinge o SNC e se liga aos neurônios que controlam a contração
de vários músculos esqueléticos  essas células nervosas
normalmente enviam impulsos inibitórios que impedem as
contrações aleatórias e finalizam as contrações completas;
– Ligação da neurotoxina tetânica bloqueia via de relaxamento
muscular  contrações musculares descontroladas, gerando os
sintomas convulsivos (contrações espasmódicas) típicos do
tétano.
Exotoxinas
• Enterotoxina colérica:
– Vibrio cholerae;
– Toxina A-B;
– Subunidade B da toxina se liga às células epiteliais e a
subunidade A faz com que células secretem grandes
quantidades de fluidos e eletrólitos (íons);
– Contrações musculares normais são prejudicadas  diarreia
intensa e vômito.
• Enterotoxina estafilocócica:
– Staphylococcus aureus;
– Superantígeno;
– Afeta os intestinos de maneira similar à enterotoxina colérica.
Endotoxinas
Endotoxinas
• Liberadas quando as bactérias Gram-negativas morrem e
suas células sofrem lise  leva a uma piora imediata dos
sintomas;
• Condição do paciente melhora à medida que as
endotoxinas vão sendo degradadas;
• Endotoxinas  estímula macrófagos a liberarem citocinas
em concentrações bastante elevadas;
• Produzem os mesmos sinais e sintomas, independente da
espécie de microrganismos intensidade diferentes;
Endotoxinas
• Sintomas: calafrios, febre, fraqueza, dores generalizada e
alguns casos, choque e até mesmo morte, podendo induzir
aborto também.
• Ativa proteínas envolvidas na coagulação sanguínea,
causando a formação de pequenos coágulos  obstruem
os vasoscapilares decréscimo no suprimento de sangue
resultante  morte tecidual  Coagulação intravascular
disseminada (CID).
Febre
Febre
Endotoxinas
• Choque  qualquer decréscimo da pressão sanguínea 
com risco à vida;
• Choque séptico  chaque causado pela presença de 
bactérias;
• Choque produzido pelas endotoxinas está relacionado à 
secreção de citocinas pelos macrófagos;
• Fagocitose de bactérias Gram-negativas  fagócitos 
secretam o fator de necrose tumoral (TNF)  dano aos 
capilares sanguíneos  permeabilidade é aumentada r 
perda de grandes quantidades de fluidos  queda na 
pressão sanguínea  choque;
Endotoxinas
• Não promovem a formação de antitoxinas efetivas contra
seu componente carboidrato;
• Anticorpos são produzidos para controlar os efeitos 
intensificam seu efeito;
• Microrganismos que produzem endotoxinas:
– Salmonella typhi (febre tifoide);
– Proteus spp. (infecções urinárias);
– Neisseria meningitidis (meningite meningocócica).
Evasina
• Fatores de virulência e estratégias usadas pelas bactérias
para contornar ou vencer as defesas inata e adquirida do
organismo;
• Defesas são representadas pela:
– Fagocitose;
– Complemento;
– Citocinas;
– Linfócitos citotóxicos;
– Anticorpos.
Fagocitose
• Evitar o contato  se instalam em regiões inacessíveisa 
estas células ou impedem a quimiotaxia;
• Mascarar a superfície com substâncias próprias do 
organismo, como fibrina (estafilococos) e fibronectina
(Treponema pallidum);
• Provocar morte do fagócito;
• Impedir sua digestão;
• Inibir a fusão do fagossomo com o lisossomo;
• Escapar do fagossoma;
• Resistir ao conteúdo do fagolisossoma.
Complemento 
• C5-C9:
– Interferência direta;
– Forma um complexo de ataque do complemento  MAC;
– Se insere na membrana citoplasmática provocando a lise e morte 
da bactéria.
• C3b:
– Interferência indireta;
– Funciona como uma opsonina  contribui para fagocitose.
Complemento 
• C3a e C5a:
– Interferência indireta;
– Elementos chave da resposta inflamatória.
• Para as bactérias se livrarem do complemento:
– Evitar sua ativação  impedindo o contato de MAC com a
membrana plasmática, ou destruí-lo;
– Manter o LPS e o peptideoglicano encobertos pela cápsula;
– Haemophilus influenzae e Neisseria meningitidis modificam o
LPS adicionando à superfície resíduos de ácido siálico 
substância incapaz de ativar o complemento;
– Produzir substâncias capazes de destruir componentes do
complemento (elastase de Pseudomonas aeruginosa).
Citocinas
• Síntese de citocinas  controladas pelo fator de
transcrição NF-ĸβ  dentro do núcleo induz a expressão
do gene de IL-1, TNF, IL-8, GM-CSF e peptídeos glicanos;
• Ativação do NF- ĸβ  controlada pelas proteínas Iĸ, que
quando acopladas a ele impede sua translocação pela
membrana nuclear  translocação da membrana nuclear
só ocorre quando Ikβ fosforilada é degradada;
• Várias espécies bacteriana interferem na fosforilação de
Iĸβ e controla a síntese de citocinas.
Anticorpos e Linfócitos Tóxicos
• Anticorpos:
– Neutralizam toxinas;
– Bloqueiam adesão;
– Colaboram com a fagocitose;
• Linfócitos citotóxicos:
– Destroem células infectadas com bactérias intracelulares.
Referências
• PELCZAR, M. J.; CHAN, E. C. S.; KRIEG, N. R.
Microbiologia: Conceitos e Aplicações, 2ª ed., vol. 1, 1997.
• TRABULSI, L. R.; ALTERTHUM, F. Microbiologia, 5ª ed.
2008.
• TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L.
Microbiologia. 10ed. 2012.