Variabilidade genética e fatores de virulencia (1)

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Mecanismos de patogenicidade e de variação genética bacteriana
Profa Nadia
Mecanismo de Patogenicidade
Profa Nadia
Um microrganismo é um patógeno se for capaz de causar doença
Exposição – Colonização - Doença
Exposição – contato com o mundo microbiano
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Infecção ou colonização - presença e multiplicação de uma bactéria em um hospedeiro, sem sinais e sintomas perceptíveis de doença. Infecção pode existir sem doença detectável. 
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Doença - alteração do estado normal do organismo 
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Fatores de virulência
Como as bactérias causam danos às células hospedeiras?
Invasão e inflamação: 
Bactérias podem aderir às células do hospedeiro, penetrar e se multiplicar no local nos tecidos sadios, induzindo a resposta inflamatória (eritema, edema, calor e dor).
Produção de toxinas e/ou enzimas: 
Exotoxinas: polipeptídeos secretados pelas células; 
Endotoxinas: LPS presentes na parede celular de Gram negativas. 
Como as bactérias causam danos às células hospedeiras?
Dano direto: 
A própria aderência e invasão da bactéria causa danos e lise das células hospedeiro. 
Utilização de nutrientes do hospedeiro: 
Removem ferro das proteínas transportadoras do hospedeiro.
Ex: Shigella, E. coli, Salmonella e N. gonorrhoeae 
Ex: Salmonella
Fatores de virulência relacionados à adesão
Estruturas bacterianas de adesão:
Fímbrias 
Glicocálice,
Cápsula
Fatores de virulência relacionados à Invasão
Importante estratégia para causar infecção.
Processo induzido pela ação da invasina bacteriana com a finalidade de garantir a proteção do microrganismo contra os mecanismos de defesas do hospedeiro.
Vantagem para a bactéria:
Crescer no citoplasma da célula hospedeira rico em nutrientes
Disseminar-se de uma célula para outra
Permanecer dentro de vacúolos e serem transportadas para outros tecidos
Proliferação dentro do vacúolo*
Bactérias Extra e Intracelular*
As bactérias patogênicas podem crescer e se multiplicar fora e dentro das células do organismo.
As primeiras são chamadas de extracelulares e as últimas, de intracelulares.
Neisseria gonorrhoeae
Staphylococcus aureus
Fatores de virulência: Toxinas
Toxina: qualquer substância de origem microbiana capaz de causar danos ao organismo.
São classificadas em exotoxinas e endotoxinas
Exotoxinas: 
Produzidas e liberadas continuamente, de modo a difundirem-se pelo organismo através dos líquidos orgânicos (ex. sangue). 
Secretadas por bactérias G+ e G-
Relativamente instáveis, altamente antigênicas e altamente tóxicas.
Podem ser: citotóxicas, neurotóxicas, enterotóxicas
Fatores de virulência: Toxinas
Endotoxinas:
Integrante da parede celular de bactérias G- 
São libertadas após a destruição dos microrganismos
Fracamente imunogênicas e moderamente tóxicas.
	Classificação das Exotoxinas	Características
	GRUPO I – Superantígenos e Toxinas Termoestáveis	Não são processados por macrófagos, induz uma resposta imunológica incompleta.
Agem apenas na superfície celular.
	GRUPO II – Hemolisinas	Lesam a membrana da célula hospedeira (podem levar a morte)
Destroem hemácias para retirada do ferro da hemoglobina
Provoca o aparecimento de poros na membrana da célula hospedeira
	GRUPO III (Sub-unidades A e B)	Sub-unidade A: porção enzimaticamente ativa – penetra na célula e exerce os efeitos biológicos da toxina
Sub-unidade B: ligação da toxina ao seu receptor celular
	Outras Toxinas Protéicas	São injetadas pela bactéria diretamente no citoplasma da célula alvo, exercendo diversas funções intracelulares
Fator de Virulência: Produção de enzimas
Fator de Virulência: Produção de enzimas
Fator de Virulência: Evasinas
Fatores de virulência usados pelas bactérias para contornar ou vencer as defesas do organismo.
Defesas: fagocitose, complemento, citocinas, linfócitos citotóxicos e anticorpos
Mecanismo de Variação genética
Estrutura e Função do Material Genético
GENOMA: informação genética de uma célula.
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CROMOSSOMO: o genoma de uma célula é organizado em cromossomos. São estruturas de DNA que transportam a informação hereditária, eles contêm genes.
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GENES: São segmentos de DNA que codificam os produtos funcionais. Determinam todas as características hereditárias e controlam todas as atividades que ocorrem dentro da célula. Os nucleotídeos formam os genes.
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ESTRUTURA E FUNÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO
DNA
(ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLÉICO)
É uma macromolécula composta por unidades repetidas denominada nucleotídeos. Dupla Hélice. Mantidas por pontes de Hidrogênio.
Nucleotídeos: consistem de uma base nitrogenada: Adenina (A), Timina(T), Citosina(C), Guanina(G), uma desoxirribose, grupo fosfato (ácido fosfórico) e uma base contendo nitrogênio. 
As bases Púricas (purinas) são as A e G, pois são estruturas de anel duplo e a Pirimídicas (pirimidinas) são T, C e U, são estruturas de anel simples.
ESTRUTURA E FUNÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO
RNA
(ÁCIDO RIBONUCLÉICO)
É produzido a partir do DNA.
Auxilia o DNA no controle da expressão de características hereditárias. Fita simples.
Nucleotídeos: consistem de uma base nitrogenada: Adenina (A), Uracila (U), Citosina(C), Guanina(G), uma ribose, grupo fosfato (ácido fosfórico) e uma base contendo nitrogênio. 
Material Genético Bacteriano
As bactérias possuem material genético, o qual é transmitido aos descendentes no momento da divisão celular. 
Genoma está disperso no citoplasma - forma o Nucleóide.
Material Genético Bacteriano
NUCLEÓIDE ou CROMOSSOMO BACTERIANO: 
constituído por uma única molécula de DNA fita dupla, circular, não delimitado por membrana nuclear, e é capaz de autoduplicação.
Seus genes contém todas as informações necessárias à sobrevivência da célula.
Possuem apenas uma cópia de seu cromossomo
Material genético está ancorado no mesossomo
E. coli – 3.500 genes; peso 2,56x109 dáltons
Material Genético Bacteriano
Plasmídeo
Moléculas de DNA fita dupla, frequentemente circulares, tamanho 2 a 100Kb
Capazes de replicação independente da replicação cromossomo
Tipos de Plasmídeos
Plasmídeos F= Fertilidade
Dotados de capacidade sexual
Possuem capacidade de autotransferência – passam de uma bactéria para a outra, por meio de conjugação
Indispensáveis para o processo de conjugação das bactérias Gram negativas (síntese da fímbria sexual)
Plasmídeos R
Presença de genes de resistência (antibióticos e metais pesados – Mercúrio e Prata, por exemplo)
Pode conter mais de um determinante de resistência
Podem ser conjugativos ou não
Tipos de Plasmídeos
Plasmídeos de Virulência
Transportam genes que codificam a síntese de fatores de virulência ou patogenicidade (Fatores de aderência, Enterotoxinas, Invasina, Antígeno de colonização, etc)
Não são conjugativos 
Plasmídeos Metabólicos
Propriedades metabólicas extras às bactérias – capacidade de fermentar açúcares
Variabilidade genética em BACTÉRIAS
Finalidade:
Formação de clones com propriedades distintas do clone “selvagem”
MUTAÇÃO: alteração na seqüência de bases nitrogenadas do DNA, geralmente resultante de deleção, inserção ou substituição de um ou mais nucleotídeos; esta alteração genética pode modificar o produto (proteína).
As mutações podem ser neutras, desvantajosas ou benéficas.
RECOMBINAÇÃO: processo de variabilidade genética que envolve transferência de material genético entre duas células.
Mecanismos de Variabilidade Genética
Conjugação (Lederberg & Tatum (1946)
Processo de transferência de plasmídeo ou cromossomo de uma bactéria para outra, envolvendo o contato entre as duas células
A conjugação está associada à presença de Plasmídios F. 
Estes plasmídeos contêm genes que permitem a transferência do DNA plasmidial de uma célula para outra ou, em outras palavras, a capacidade conjugativa.
Quando a célula porta um plasmídeo de natureza F é denominada F+, doadora, enquanto células desprovidas de tais plasmídeos são denominadas F-, receptoras.
Conjugação
F+/HFr
F-
Conjugação
F+
F-
F+
F+Mecanismos de Variabilidade Genética
Transformação (Griffith – 1928)
Incorporação de DNA livre, geralmente decorrente da lise da célula
Várias bactérias são naturalmente transformáveis, entretanto, dentro de um gênero, nem todas as espécies o são.
O processo ocorre quando uma célula sofre lise, liberando seu DNA. 
Este, por ser de grande tamanho tende a sofrer quebras, originando centenas fragmentos de aproximadamente 15 Kb (o equivalente a cerca de 15 genes). 
Como uma célula absorve poucos fragmentos, apenas uma pequena proporção de genes podem ser transferidos.
Experimento de Griffith
Evidência da transformação bacteriana (Streptococcus pneumoniae)
*As bactérias não-encapsuladas vivas absorveram material genético das encapsuladas mortas pelo calor e passaram a produzir cápsula, o que lhes conferiu a capacidade de causar doença. As bactérias não-encapsuladas foram transformadas em encapsuladas. Experimentos subseqüentes comprovaram que o fator de transformação era DNA.
	Experimento	Bactéria recuperada
	1	Bactéria encapsulada (alta virulência, intensa proliferação, fagocitose ineficiente)
	2	Bactéria não-encapsulada (fagócitos controlaram a proliferação bacteriana)
	3	Nenhuma
	4*	Bactéria encapsulada (alta virulência, intensa proliferação, fagocitose ineficiente)
Mecanismos de Variabilidade Genética
Transdução (Lederberg & Zinder (1951)
É a transferência de DNA entre uma célula doadora para uma receptora dentro de um vírus que infecta bactéria (Bacteriófago ou Fago)
Vírus bacterianos (bacteriófago) capta um trecho de DNA de uma célula bacteriana e injeta em outra
Há dois tipos: Especializada e Generalizada
Transdução
Especializada
ocorre quando o material genético de uma bactéria é transportado para outra por um vírus bacteriano;
Generalizada
o bacteriófago é um fago lítico (virulento);
o DNA viral (profago) se combina como o cromossoma bacteriano (latência);
a ativação pode ocorrer pela estimulação: calor, agentes químicos e UV;
produção de novas partículas virais, onde um ou mais genes bacteriano pode ser integrado no bacteriófago (resistência a antibióticos).
Ex. Escherichia coli, Salmonella sp
não se incorpora ao genoma da células bacteriana ou plasmídio;
captura fragmento de DNA bacteriano durante a construção de novas partículas virais e transporta para outras células.
Ex. Salmonella, Staphylococcus sp
Transdução especializada
Transdução generalizada