5 - virulencia microbiana ( Especialização)

Prévia do material em texto

18/04/2013
1
Virulência microbiana
* Animais e plantas passam toda a vida em contato com 
microrganismos (simbiose)
* Muitos tipos de microrganismos habitam os animais e as 
plantas como comensais inócuos ou mutualísticos
* Porém, se os mecanismos de defesa enfraquecem:
comensais parasitas
* Outros patógenos podem invadir os organismos
doença
* Doença ou saúde resultam do equilíbrio das relações parasita-
hospedeiro
Introdução
2
HABITAT SUBSTRATO
VIAS DE DISPERSÃO
•Solo
•Água
•Vegetais
•Homem
•Animais
•Solo
•Água
•Vegetais
•Homem
•Animais
•Substratos diversos
•Ar atmosférico
•Água
•Homem
•Animais
•Insetos
Fatores de interferência
•Forma
•Tamanho 
•Quantidade
•Variabilidade
•Velocidade de dispersão
•Fatores climáticos
•Distância a ser percorrida
•Barreiras geográficas
•Nutrientes
•Fatores ambientais 
•Susceptibilidade do 
hospedeiro
As interações parasito-hospedeiro são complexas
� Depende:
� Condições de multiplicação dos tecidos
� Mecanismos de virulência dos microrganismos
� Mecanismos de resistência do hospedeiro
18/04/2013
2
As interações parasito-hospedeiro são complexas
• Hospedeiro 
Resistência
Susceptibilidade
Habilidade em repelir a doença 
por meio de seus mecanismos 
de defesa
Falta de resistência
São fatores de resistência do hospedeiro contra invasões;
Barreiras naturais (mecânicas e químicas) de defesa contra
invasão:
Mecanismos de Defesa 
(resistência)
Resistência Inespecífica Resistência Específica
Primeira Linha Segunda Linha
Pele intactaPele intacta
Membranas mucosas
Secreções
Microbiota normal
Leucócitos fagocitáriosLeucócitos fagocitários
Inflamação
Febre
Produtos antimicrobianos
Terceira Linha
Linfócitos especializados
(Células B e T)
Anticorpos
18/04/2013
3
Hospedeiro Microrganismo
Desequilíbrio = Doença
A capacidade de um microrganismo de causar doença é 
denominada patogenicidade 
Patógeno:
� Microrganismo capaz de causar doença;
� oportunistas
� primários
Patogenicidade:
� Capacidade de um agente infeccioso de provocar doença;
� Depende da capacidade do microrganismo:
� Aderir às superfícies do hospedeiro;
� Penetrar nos tecidos;
� Se multiplicar em seu interior;
� Produzir toxinas e/enzimas;
� Evitar ser atingido pelas defesas do hospedeiro;
� Disseminar e causar sinais e sintomas da infecção;
Toxigenicidade:
� Capacidade de um microrganismo de produzir uma toxina;
� Contribui para o desenvolvimento da doença;
Conceitos
Conceitos
As propriedades microbianas que acentuam a 
patogenicidade dos microrganismos são chamados de
fatores de virulência 
Virulência:
� Intensidade da doença produzida por um patógeno;
� Agentes virulentos causam doença quando introduzidos em
pequeno número;
� Capacidade quantitativa de um agente de provocar doença;
� Envolve a capacidade de invasão e toxigenicidade;
ASPECTOS GENÉTICOS DOS 
FATORES DE VIRULÊNCIA
Os fatores de virulência podem ser codificados por: 
• Plasmídios
• Transposons (SI, complexos, conjugativos)
• Ilhas de patogenicidade
18/04/2013
4
�Adesão
� Penetração (invasão)
�Multiplicação
�Resistir às defesas do hospedeiro
�Disseminação
� Prejudicar o hospedeiro (sinais e sintomas)
Para causar doença, a maioria dos 
patógenos deve:
Mecanismos de Patogenicidade Microbiana
Superfícies do corpo como sítios de 
infecções microbianas e de disseminação 
microbiana. Setas verdes indicam 
infecção; setas roxas indicam 
disseminação
18/04/2013
5
A aderência constitui a primeira etapa
do processo infeccioso;
Ao penetrarem no hospedeiro as
bactérias devem aderir às células
teciduais;
� Se não conseguem são eliminadas pelo muco ou
líquidos que banham a superfície tecidual;
Adesão
• Obtida através de moléculas de superfície do patógeno 
que que se ligam a proteínas da matriz extracelular 
(fibronectina, colágeno, laminina, etc) , ou diretamente a 
receptores na superfície das células do hospedeiro
• Adesinas (glicoproteínas e lipoproteínas)
• Receptores (açúcares)
Adesinas não fimbriais
Fimbrias⁄Pili
Adesão hidrofóbica
Adesão
 
Adesinas na 
 parede bacteriana 
Membrana celular 
do hospedeiro 
Receptor 
Adesinas não fimbriais: Proteínas 
ou polissacarídeos não filamentosos
que participam da ligação com as 
células do hospedeiro
Ex: 
� Proteína F (Streptococcus pyogenes),
� Ácidos teicóicos (bactérias Gram +)
fibronectinafibronectina
Ác. LipoteicóicoÁc. Lipoteicóico
Proteína FProteína F
FÍMBRIAS ⁄PILI
Estrutura proteica filamentosa que 
participa da ligação com as células 
do hospedeiro
PILIPILI⁄⁄FIMBRIASFIMBRIAS
ADESINAS
BACTERIANAS
ADESINAS
BACTERIANAS
Pilina
Pili ou fimbria
Adesina específica
Carboidrato 
receptor:
•D-manose
•Ácido siálico
18/04/2013
6
• Glicocálice⁄Slime: polímeros extracelulares que se
estendem para fora da célula com a função de
aderência.
• Cápsula: polímero que circunda firmemente a
superfície bacteriana com função de aderência e
inibição da fagocitose
� A invasão do epitélio do hospedeiro é essencial
no processo infeccioso;
� Interação direta com receptores da célula hospedeira
� deslocamento de proteínas bacterianas para fazer rearranjo da 
membrana do hospedeiro, induzindo endocitose
� Invasão extra-celular – Patógeno quebra as 
barreiras de um tecido e se dissemina, 
permanecendo fora da célula do hospedeiro. 
� Substâncias que promovem a invasão são 
denominadas INVASINAS;
Invasão
• HIALURONIDASE
• COLAGENASES
• NEURAMINIDASES
• ESTREPTOQUINASE 
E ESTAFILOQUINASE
• FOSFOLIPASES
• LECITINASES
• HEMOLISINAS
• COAGULASE 
ESTAFILOCOCICA
• PROTEASES
• LIPASES
• GLUCOHIDROLASES
• NUCLEASES
PROTEÍNAS EXTRACELULARES 
QUE PROMOVEM⁄AUXILIAM
INVASÃO
18/04/2013
7
Interações microbianas com as membranas mucosas: (a) associação frouxa;
(b) adesão; (c) invasão
Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al., 2004
25
Evasão
Capacidade dos micro-organismos de escapar dos
mecanismos de defesa do hospedeiro
Apresentam substâncias ou estruturas denominadas
EVASINAS.
� Encapsulamento e formação de Biofilmes
� Mimetismo antigênico
� Mascaramento antigênico
� Desvio antigênico
� Produção de proteases anti-imunoglobulinas
� Destruição de fagócitos
� Inibição da quimiotaxia
� Inibição da fagocitose
� Inibição da fusão do fagolisossomo
� Resistência às enzimas lisossomiais
� Replicação intracelular
Cápsula bacteriana
O componente C3b do complemento 
tende a fixar-se sobre a superfície 
bacteriana, porém isso é mais difícil se a 
bactéria possui cápsula, pois a célula 
fagocítica não consegue interagir 
adequadamente com a bactéria para 
realizar a fagocitose e eliminação desta.
• inibe fagocitose
• inibe a ligação da célula fagocítica a bactéria
• aumenta a virulência da bactéria
Bacillus anthracis
Streptococcus pneumoniae
Klebsiella pneumoniae
Streptococcus mutans
Cápsula
18/04/2013
8
� Comunidades microbianas complexas, envoltas por uma 
matriz, geralmente polissacarídica, que se formam e sofrem 
alterações ao longo do tempo, promovendo aderência 
inespecífica a materiais inertes ou estruturas do hospedeiro 
e proteção contra, fagocitose, desidratação, antimicrobianos 
etc
BIOFILME 
Ex : Staphylococcus epidermidis, 
Streptococcus mutans,
Pseudomonas aeruginosa
Desenvolvimento de um biofilme. (a) Colonização primária de um substrato; (b) crescimento, divisão 
celular e produção do exopolissacarídeo (EPS), com o desenvolvimento de microcolônias; (c) coadesão de células individuais, de 
células coagregadas e grupos de células idênticas, originando um biofilme jovem, de múltiplas espécies; (d)maturação e formação
de mosaicos clonais no biofilme maduro. 
31
Termo usado para designar um mecanismo de comunicação 
celular (bactérias) mediado pela densidade populacional, 
que promove a ativação ou repressão de vários genes, 
levando a novos fenótipos 
Quorum Sensing
Oi! Posso ativar 
os teus genes?
Quorum Sensing
Bioluminescência
Formação de biofilmes
Produção de antibióticos
Esporulação
Expressão de genes de virulência
Transferência de DNA
Bioluminescência
Formação de biofilmes
Produção de antibióticos
Esporulação
Expressão de genes de virulência
Transferência de DNA
18/04/2013
9
Variação Antigênica
• Capacidade de ativar ou desativar genes que 
codificam para os antígenos de superfície
� Proteína A
� Proteína G
� Mimetismo...
DIMORFISMO DOS 
FUNGOS
 Y M 
ALFA GLUCANA 38,2 - 
BETA GLUCANA 6,2 25,1 
GALACTOSE TRAÇOS 7,5 
MANOSE TRAÇOS 15 
37oC Y-Y 37-25 Y-M 25-37 M-Y 
+ síntese alfa 
glucana 
+ enzimas B- 
glucanase e 
redutase proteica 
- síntese alfa 
glucana 
- redutase proteica 
- síntese alfa 
glucana 
fibras entrelaçadas 
 
 
 
 
 
MODELO DE PATOGENICIDADE
Fungos dimórficos
• 25 C- FASE M
• 37 C- HOSPEDEIRO
MECANISMO DE DEFESA 
ÍNTEGRO
MECANISMO DE DEFESA 
DEFICIENTE
FAGÓCITOS ATUAM RÁPIDO
B-GLUCANASE
DIGERE FASE M
FAGÓCITOS NÃO ATUAM 
RÁPIDO
M-Y
FASE M
GALACTO-MANANA
IMUNOGÊNICA
FASE Y
MENOS
NÃO IMUNOGÊNICA
INFECÇÃO EVITADA INFECÇÃO DISSEMINADA
Liberação de toxinas Impede a opsonização
Inibição da formação do 
fagolisossomo
Evasão para dentro do 
citoplasma
Resistência ‘a morte
18/04/2013
10
Uma vez que patógenos invadem a célula do hospedeiro, eles podem
causar lesão:
À medida que retiram nutrientes da célula;
Pelos subprodutos do crescimento (ácidos, gases), tóxicos para os
tecidos;
Pela produção de:
� Toxinas (endotoxinas e exotoxinas);
� Enzimas degradativas;
� Superantígenos (Antígenos que induzem doença auto-imune)
Fatores de Lesão
Para proliferar, a bactéria deve encontrar no organismo os nutrientes
necessários;
Destaca-se o ferro que a bactéria usa para sintetizar seus citocromos e
proteínas;
O ferro no organismo humano não se mostra disponível, pois forma complexo:
Lactoferrina;
Ferritina;
Transferrina;
Hemina;
As bactérias devem ter a capacidade de retirar o ferro destes complexos;
As baixas [ferro] estimulam as bactérias a produzirem sideróforos;
Substâncias que apresentam grande afinidade pelo ferro;
Algumas bactérias obtém o ferro internalizando as proteínas de transporte;
Fatores Nutricionais
Bacteria Sideróforo Proteínas 
portadoras
Célula 
Fe3+
Fe3+
Fe3+Fe
3+
Transferrina
Lactoferrina 
Hemoglobina 
Fe2+
Fe2+
Receptor
Fe2+
Enzimas Hidrolíticas 
São enzimas que degradam componentes da matriz
extracelular;
Podem dissolver coágulos sanguíneos e desorganizar a
estrutura dos tecidos;
A degradação dos componentes da matriz celular gera uma
série de nutrientes;
18/04/2013
11
– Lecitinase: degrada a lecitina do tecido;
– Colagenase: degrada o colágeno do tecido conjuntivo fibroso;
• Clostridium sp;
– Coagulase: atua na coagulação do fibrinogênio no sangue;
• Staphylococcus sp
– Fibrinolisina : dissolvem os coágulos que isolam a infecção;
• S. pyogenes (estreptoquinase) e S. aureus (estafiloquinase)
– Hialuronidases: hidrolisam o ácido hialurônico do tecido conjuntivo;
• Streptococcus sp e Clostridium sp;
– Hemolisinas: dissolvem os eritrócitos;
– Leucocidinas: destroem os leucócitos
– IgA1 Proteases: clivam os anticorpos encontrados na superfície das 
mucosas.
• Neisseria gonorrhoeae e Neisseria meningitidis.
Enzimas Hidrolíticas Consequências das atividades 
enzimáticas
Superantígenos
• São um grupo especial de toxinas
• Não são processadas pelos macrófagos
• Ligam-se, simultaneamente a MHC II e 
receptores em linfócitos T gerando uma 
resposta imune exacerbada, 
potencialmente fatais
• Toxinas são produtos bacterianos que provocam lesão 
tecidual direta ou disparam atividades biológicas 
destrutivas;
• O termo toxemia refere-se à presença de toxinas no 
sangue;
•
Fatores de Lesão
Atualmente existem mais de 240 diferentes toxinas bacterianas conhecidas
18/04/2013
12
As toxinas podem ser classificadas de acordo:
• padrão de liberação (endotoxina, exotoxina);
• alvo tecidual : enterotoxinas, neurotoxinas, 
leucotoxinas, hemolisinas, etc.
• mecanismo de ação : toxinas que atuam na 
membrana celular; toxinas que causam danos 
à membrana; toxinas que atuam 
intracelularmente
Toxinas produzidas por fungos
(Adapted from Richard JL: Mycotoxins and human disease. In Anaissie EJ, McGinnis MR, Pfaller MA, editors: 
Clinical mycology, New York, 2003, Churchill Livingstone.)
Toxinas produzidas por algas
Maré vermelha
São solúveis nos líquidos corporais e
podem se difundir facilmente no sangue;
Atuam destruindo partes das células
hospedeiras ou inibindo funções
metabólicas;
O corpo produz anticorpos denominados
antitoxinas que fornecem imunidade;
Podem ser:
Citotoxinas;
Neurotoxinas;
Enterotoxinas
"São toxinas produzidas no interior de algumas bactérias como parte de seu 
crescimento e metabolismo, sendo secretadas no meio circundante ou liberadas 
após a lise bacteriana"
Toxinas bacterianas
Exotoxinas
18/04/2013
13
Citotoxina
Provocam morte celular
Enterotoxina
Perda de nutrientes celulares
Neurotoxina
Acetilcolina
Atuam no sistema nervoso
Doença sp atividade da toxina
Botulismo C. botulinum Neurotoxina, paralisia
Cólera V. cholerae Perda de fluidos, vômitos
Intox. 
alimentar 
estafilocócica
S. aureus Náuseas, vômitos, Diarréia
Difteria C. diphteriae Citotoxina, Paralisia, 
cardiopatias
Disenteria 
bacilar
S. 
dysenteriae
Neuropatias, diarréia
Tétano C. tetani Neurotoxina – contração 
espasmódica
Escarlatina S. pyogenes Exantema
Coqueluche B. pertussis Tosse paroxísmica, vômito
Exotoxinas
18/04/2013
14
Botulismo
Botulismo de ferimento
Botulismo alimentar
Botulismo infantil
Tétano
São parte da porção externa da parede celular de bactérias Gram –;
A porção lipídica dos lipopolissacarídios (LPS), denominada lipídio A é a
endotoxina;
São liberadas quando a bactéria morre e sua parede sofre lise;
Também podem ser liberadas durante a multiplicação bacteriana;
Exercem seu efeito estimulando macrófagos a liberar citocinas;
Podem ativar as proteínas de coagulação do sangue (coágulos) � morte
tecidual;
Todas as endotoxinas produzem os mesmos sinais e sintomas:
Calafrios;
Febre;
Fraqueza;
Dores generalizadas;
Choque � morte.
Endotoxinas Endotoxin of 
Gram-negatives
Memb.
celular.
peptidoglIcana
Memb. externa.
Gram-
negativa 
Lipídio A Núcleo 
polissacarídeo
O cadeia lateral
A parte tóxica
Ajuda a solubilizar o Lipídio A Antígeno somático
Lipopolissacarídeo
(LPS)
Endotoxina de Gram 
Negativa 
18/04/2013
15
Além de IL-1 a maioria dos efeitos das endotoxinas são 
mediados por TNF
O termo choque refere-se a qualquer perda de pressão arterial com risco de morte;
O choque causado por bactérias é denominado choque séptico (endotóxico);
A fagocitose da bactéria faz o fagócito secretar o fator de necrose tumoral (TNF);
O TNF liga-se a muitos tecidos e altera seu metabolismo em uma série de formas;
O efeito do TNF é o aumento da permeabilidade;
Os capilares perdem grandes quantidades de líquido � queda da pressão � choque;
As endotoxinas não promovem a formação de antitoxinas efetivas;
Microrganismos que produzem endotoxinas:
Salmonella typhi;
Proteus spp.;
Neisseria meningitidis;
Endotoxinas
Atividades de lipopolisacarideo(LPS). Esta endotoxina bacteriana ativa quase todos os 
mecanismos imunológicos, bem como a coagulação percurso que, em conjunto, faz o LPS 
um dos mais poderosos estímulos imunes conhecidos. DIC, coagulação intravascular 
disseminada; IFN-γ interferon-γ; IgE, imunoglobulina E; IL-1, interleucina-1; PMN, 
polimorfonucleares (neutrófilos) leucócitos; TNF, fator necrose tumoral.
18/04/2013
16
Choque séptico
Coagulação intravascular disseminada
Endotoxina
EXOTOXINASEXOTOXINAS ENDOTOXINASENDOTOXINAS
• Excretadas
• G+ e G-
• Proteínas
• Instáveis (lábil)
• Muito antigênicas
• Muito tóxicas
• Convertidas em 
toxoides
• Atividade enzimática
• Não Pirogênicas
• Parte de parede celular
• G-
• LPS
• Estáveis
• Pouco antigênicas
• Toxicidade moderada
• Não convertidas em 
toxoides
• Não tem atividade 
enzimática
• Pirogênicas
TOXINAS BACTERIANAS