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CLASSIFICAÇÃO DAS BACTÉRIAS E O PROCESSO BACTERIANO DE PATOGENICIDADE GRAM POSITIVA → tem uma camada de peptidoglicano espessa que contém ácidos teicoico e lipoteicoicos. o Possuem uma espessa camada de peptidoglicano (preenchendo o espaço púrpural). o Possuem PAREDE CELULAR espessa em múltiplas camadas constituída principalmente de peptidoglicano envolvendo a membrana. • Peptidoglicano é um exoesqueleto emaranhado, poroso e permite a difusão de metabólitos para a membrana plasmática. • O glicano se estende para fora da membrana plasmática como cerdas projetadas que são interligadas por curtas cadeias de peptídeos. • O peptidoglicano é essencial para a estrutura, para a duplicação e para a sobrevivência em condições hostis. • O peptidoglicano pode ser degradado pelo TRATAMENTO COM LISOZIMA. ▪ A lisozima é uma enzima presente na lágrima e no muco de humanos, mas também é produzida por bactérias. ▪ Ela degrada o glicano central do peptidoglicano. ▪ Desprovida do peptidoglicano a bactéria pode sofrer lise devido à grande diferença de pressão osmótica ao longo da membrana citoplasmática. ▪ A remoção da parede celular produz o PROTOPLASTO que sofre lise se não for osmoticamente estabilizado. ▪ A parede celular das Gram positivas pode incluir também: ácidos teicoico e lipoteicoico, polissacarídeos complexos (tipo C), proteína M nos estreptococos e R nos estafilococos. ▪ ÁCIDOS TEICOICOS → solúveis em água. Polímeros aniônicos e em fosfatos de polióis que estão ligados covalentemente ao peptidoglicano. • São essenciais para a viabilidade celular. • Ácidos teicoicos são importantes fatores de virulência ▪ ÁCIDOS LIPOTEICOICOS → contêm 1 ácido graxo e é ancorado na membrana. ▪ AMBOS são polímeros de ribose ou glicerol quimicamente modificados e conectados por fosfatos ▪ ESTAS MOLÉCULAS SÃO ANTÍGENOS DE SUPERFÍCIE COMUNS que diferenciam sorotipos bacterianos e promovem a ligação a outras bactérias e a adesão a células de mamíferos. • Ácidos lipoteicoicos são liberados no meio e no hospedeiro e podem iniciar respostas inatas protetoras. GRAM NEGATIVA → tem uma camada fina de peptidoglicano (linha preta única) + UMA MEMBRANA EXTERNA contendo lipopolissacarídeo, fosfolipídeos e proteínas. • Estruturas entre parênteses não são encontradas em todas as bactérias. • As paredes celulares das Gram negativas são mais complexas do que as das Gram positivas → tanto estrutural quanto químico. o Elas contêm 2 camadas externas à membrana citoplasmática. o Imediatamente externa à membrana celular está 1 camada de peptidoglicano. o A membrana + externa é peculiar às bactérias Gram negativas. o Na divisão celular a membrana e o peptidoglicano crescem um na direção do outro para a formação de um septo de divisão que separa as células-filhas. • Não há ácidos teicoico ou lipoteicoico na parede celular das Gram negativas. • Entre a superfície externa da membrana citoplasmática e a superfície interna da membrana externa está o ESPAÇO PERIPLASMÁTICO. o É um compartimento com sistemas de transporte de ferro, proteínas, açúcares e enzimas hidrolíticas importantes na degradação de grandes moléculas para o metabolismo. • Enzimas encontradas: proteases, fosfatases, lípases, nucleases e enzimas que degradam carboidratos. • GRAM NEGATIVAS PATOGÊNICAS têm muitos fatores de virulência (colagenases, hialuronidases, proteases e β-lactamases) no espaço periplasmático. • A parede de células Gram negativas é atravessada por diferentes sistemas de transporte como os SISTEMAS DE SECREÇÃO TIPOS I, II, III, IV e V. o Eles fornecem mecanismos para a captura e liberação de diferentes metabólitos e de outros compostos. o Tipo III → importante fator de virulência delas → tem estrutura complexa que atravessa as membranas interna e externa e injeta proteínas dentro de células. • A MEMBRANA EXTERNA é como um saco inflexível envolvendo a bactéria. o Ela mantém a estrutura bacteriana e é uma barreira de permeabilidade às grandes moléculas (lisozima) e moléculas hidrofóbicas (alguns antibióticos). o Ela também fornece proteção como: ex. sistema digestivo do hospedeiro. o A membrana externa tem uma estrutura assimétrica de dupla camada que difere de qualquer outra membrana biológica. • FACE INTERNA contém fosfolipídeos. • FACE EXTERNA é composta por lipopolissacarídeo (LPS) (único local onde se encontra LPS). ▪ LPS é chamado de ENDOTOXINA (potente desencadeador de respostas imunológicas inatas). ▪ LPS é liberado a partir da bactéria para o meio e para o hospedeiro. ▪ LPS ativa os linfócitos B e induz os macrófagos, CD e outras células a liberarem IL-1, IL-6, TNF e outros fatores. ▪ LPS induz à produção de febre e pode causar choque séptico. ▪ A reação de Shwartzman (coagulação intravascular disseminada) se segue à liberação de grande quantidade de endotoxina na corrente sanguínea. • A variedade de proteínas na membrana externa de Gram negativos é LIMITADA, mas em um conteúdo total é maior do que o da membrana citoplasmática. o Muitas das proteínas atravessam toda a bicamada lipídica → TRANSMEMBRANA. o Um grupo dessas proteínas são as PORINAS → formam poros que permitem a difusão de moléculas hidrofílicas como metabólitos e antibióticos hidrofílicos. • A membrana externa também contém proteínas estruturais, moléculas receptoras de bacteriófagos e outros ligantes e componentes de sistemas de transporte e de secreção. • A membrana externa está conectada à membrana citoplasmática em sítios de aderência e é ligada ao peptidoglicano por lipoproteínas. o A lipoproteína é ligada covalentemente ao peptidoglicano e é ancorada na membrana externa. • SÍTIOS DE ADERÊNCIA criam uma rota membranosa de liberação de componentes de membrana externa recém-sintetizados para a membrana externa. • A membrana externa é mantida estruturada por ligações de cátions divalentes (Mg+2 e Ca+2 ) entre fosfatos no LPS e por interações hidrofóbicas entre LPS e proteínas. o Isso torna a membrana resistente e inflexível mas que se rompe por antibióticos (ex. polimixina) ou pela remoção de íons de Mg e Ca (quelação com ácido etilenodiaminotetracético [EDTA] ou por tetraciclina). o RUPTURA DA MEMBRANA EXTERNA → enfraquece a bactéria e leva ao aumento da permeabilidade a moléculas grandes e hidrofílicas. • A adição de lisozima às células, rompendo a membrana externa, produz os esferoplastos que são, como os protoplastos, osmoticamente sensíveis. • COLORAÇÃO DE GRAM → teste rápido que permite a diferenciação entre as 2 classes de bactérias, permitindo um diagnóstico inicial para começar a terapêutica. o Bactérias são fixadas (pelo calor ou de outra forma) na superfície de uma lâmina → coradas pelo cristal violeta. o Corante em excesso e não ligado é removido pelo descorante (acetona e água). o Um contracorante (safranina) é adicionado corando todas células descoradas. o Gram positivas adquirem cor púrpura → corante fica retido pela camada de peptidoglicano, estrutura espessa de moléculas interligadas, que envolve a célula. o Gram negativas → a fina camada de peptidoglicano não retém o corante cristal violeta, dessa forma a célula é contracorada pela safranina e se torna vermelha. • Gram negativas são visualizadas pelo contracorante vermelho o Devido à degradação do peptidoglicano, a coloração de Gram NÃO é um teste utilizável para bactérias em privação → metabolicamente inativas (ex., culturas velhas ou em fase estacionária) ou tratadas por antibióticos. o BACTÉRIAS QUE NÃO PODEM SER CLASSIFICADAS PELA COLORAÇÃO DE GRAM → MICOBACTÉRIAS por terem uma camada externa lipídica e são diferenciadas por coloração de álcool-acidorresistência e os MICOPLASMAS porque são desprovidos de peptidoglicano. • A estrutura dos componentes e funções das PAREDES CELULARES diferenciam as bactérias Grampositivas das Gram negativas. • Os componentes das paredes celulares também são peculiares para as bactérias e suas estruturas repetitivas contribuem para as respostas da imunidade inata. PROCESSO BACTERIANO DE PATOGENICIDADE • Bactérias possuem características que a permitem penetrar (invadir) o ambiente, permanecer em um nicho (aderir ou colonizar), ganhar acesso a recursos de nutrientes (enzimas degradativas) e escapar da eliminação pelas respostas protetoras imunes e não imunes do hospedeiro (ex., cápsula). • Quando um número suficiente de bactérias está presente (quorum) → elas ativam funções para sustentar a colônia, incluindo a produção de BIOFILME. • Muitos mecanismos que as bactérias usam para manter o crescimento (ex., ácidos, gases) causam danos e problemas para o corpo. o Muitas dessas características são FATORES DE VIRULÊNCIA → aumentam a patogenicidade. • Algumas bactérias destroem diretamente o tecido, outras já liberam toxinas que são disseminadas pelo sangue, causando patogênese generalizada. • As estruturas de superfície bacteriana são poderosos estimuladores da resposta do hospedeiro [fase aguda: IL-1, IL-6, TNF-α, que podem ser protetoras, mas são frequentemente as maiores colaboradoras para os os sintomas da doença ( ex., sepse)]. o A doença é = combinação de danos causados pela bactéria + consequências da resposta inata e imune à infecção. • O corpo é colonizado por inúmeras bactérias (microbiota normal) → muitas desempenham funções importantes nos seus hospedeiros. o Bactérias da microbiota normal auxiliam na digestão de alimentos, produzem vitaminas (K), protegem o hospedeiro de colonização por micróbios patogênicos, e ativam a resposta inata do hospedeiro. o Residem no trato GI, boca, pele e trato respiratório superior. o A microbiota normal pode ser alterada por antibióticos, dieta, estresse e mudança da resposta do hospedeiro à microbiota. o A perda da microbiota normal por antibióticos de amplo espectro permite o crescimento de Clostridium difficile (colite pseudomembranosa), além de ocorrer resposta imune inapropriada, causando doenças intestinais inflamatórias. • Bactérias da microbiota normal causam doenças se adentrarem sítios corporais estéreis. • BACTÉRIAS VIRULENTAS → promovem seu crescimento à custa do tecido do hospedeiro ou das funções dos órgãos. • BACTÉRIAS OPORTUNISTAS → tiram vantagens de condições preexistentes, como imunossupressão, para crescer e causar doenças importantes. o Ex: vítimas de queimaduras e pulmões com fibrose cística → Pseudomonas aeruginosa; o AIDS → bactérias de crescimento intracelular, tais como as micobatérias. • A severidade da doença depende do órgão afetado e da extensão do dano. • A cepa bacteriana e quantidade de bactérias inoculadas são fatores importantes para determinar se a doença ocorrerá; no entanto, o limiar para a produção da doença é diferente para diferentes bactérias. • Defeitos congênitos, estado de imunodeficiência e outras condições relacionadas a doenças e ao hospedeiro devem também aumentar a suscetibilidade à infecção. • Quanto mais tempo a bactéria permanece no corpo, maior será seu número → ocasionará uma maior resposta do hospedeiro. • Muitos dos fatores de virulência consistem em complexas estruturas ou atividades que são expressas apenas sob condições especiais. o Os componentes dessas estruturas estão codificados juntos numa ilha de patogenicidade. • ILHAS DE PATOGENICIDADE são grandes regiões no cromossomo ou em plasmídeos que contêm sequências de genes que codificam numerosos fatores de virulência que podem requerer expressão coordenada. o Esses genes são acionados por simples estímulo (ex. temperatura do intestino, o pH de um lisossomo). o A ilha de patogenicidade está em um transpóson e se transfere como uma unidade para diferentes sítios dentro de um cromossomo ou para outra bactéria. • Ex. ilha de patogenicidade SPI-2 da Salmonella é ativada pelo pH ácido de uma vesícula fagocítica dentro de um macrófago. • Isso promove a expressão de ±25 proteínas que se reúnem em um dispositivo molecular em forma de seringa (sistema de secreção tipo III) que injeta proteínas dentro da célula hospedeira pra facilitar a sobrevivência intracelular da bactéria e seu crescimento. • O biofilme formado por Pseudomonas é disparado quando há bactérias suficientes (um quorum) produzindo quantidade suficiente de N-acetil-homoserina lactona (AHL) para ativar a expressão de genes para produção de polissacarídeos. ENTRADA NO CORPO HUMANO • Os mecanismos de defesa e barreiras naturais → pele, mucosa, epitélio ciliar e secreções → contêm substâncias antibacterianas (ex., lisozima, defensinas) → dificultam a penetração. • A pele possui uma camada espessa (camada córnea) de células mortas que protegem o corpo. • Aberturas naturais são protegidas por defesas naturais como muco e o epitélio ciliar que limitam o trato respiratório superior, a lisozima e outras secreções antibacterianas na lágrima e no muco, e o ácido e a bile no trato GI. • Porém, muitas bactérias não são afetadas ou têm meios de evasão dessas defesas. o Ex: membrana externa das Gram-negativas torna-as mais resistentes a lisozima, ácido e bile. o ENTEROBACTÉRIAS infectam o trato GI. Colonização, adesão e invasão • Bactérias diferentes colonizam partes diferentes do corpo com ou sem disseminação. • Em alguns casos a colonização requer estruturas e funções especiais para permanecer no sítio, sobreviver e obter alimento. • Bactérias que aderem às camadas de células epiteliais da bexiga, intestino e vasos sanguíneos podem não ser removidas → colonização do tecido. o Ex: a função natural da bexiga elimina qualquer bactéria não fixada na parede da bexiga. • Escherichia coli e outras possuem ADESINAS que se ligam no endotélio da bexiga e impedem de serem removidos. o Muitas dessas proteínas adesinas estão presentes nas FÍMBRIAS (PILI - são microfibrilas proteicas que se estendem da parede celular em muitas espécies) e ligam-se a açúcares no tecido-alvo → as LECTINAS. • Ex: cepas de E. coli que causam pielonefrite produzem uma ADESINA FIMBRIAL denominada fímbria P. ▪ Ela se liga a α-D-galactosil-β-D-galactosídeo (Gal-Gal) no antígenos do grupo P do sangue em eritrócitos e células uroepiteliais. ▪ Pili de Neisseria gonorrhoeae são importantes fatores de virulência; eles se ligam a receptores oligossacarídeos em células epiteliais. ▪ Espécies de Yersinia, Bordetella pertussis e Mycoplasma pneumoniae expressam proteínas adesinas que não são fímbrias. ▪ Streptococcus pyogenes usa ácido lipoteicoico e proteína F (liga-se à fibronectina) para ligar-se às células epiteliais. ▪ • BIOFILME → é uma adaptação bacteriana que facilita a colonização, especialmente em equipamentos cirúrgicos tipo válvulas e cateter intravenosos. o Bactérias em biofilme são unidas por uma rede viscosa de polissacarídeos que conectam as células umas às outras e à superfície. o PRODUÇÃO de biofilme REQUER UM NÚMERO SUFICIENTE de bactérias (quorum sensing). o A PLACA DENTAL é outro exemplo de biofilme. o A matriz do biofilme protege a bactéria de defesas do hospedeiro e antibióticos. • Bactérias não podem atravessar a pele intacta, mas podem atravessar a membrana mucosa e destruir a barreira ou penetrar nas células da barreira. • SHIGELLA, SALMONELLA E YERSINIA são bactérias entéricas que usam a fímbria para ligar-se às células M (micropregas) do cólon e injetar proteínas que estimulam a célula a interiorizá-la. o Elas produzem sistema de secreção tipo III que INJETA FATORES FORMADORES DE POROS e moléculas efetoras na célula hospedeira. o Proteínas efetoras podem facilitar a captura, invasão, sobrevivência intracelular e replicação da bactéria ou morte por apoptose da célula hospedeira. • E. coli enteropatogência secreta proteínas dentro da célula hospedeiracriando SISTEMA DE ANCORAMENTO PORTÁTIL para si; • Salmonella promove sua INTERNALIZAÇÃO NA VESÍCULA → a permite viver intracelularmente dentro do macrófago. • Shigella usa um sistema de secreção tipo III para entrar nas células e depois USA ACTINA CELULAR para polimerizar e ir para a célula adjacente. AÇÕES PATOGÊNICAS DAS BACTÉRIAS DESTRUIÇÃO DO TECIDO • SUBPRODUTOS do crescimento bacteriano são Tóxicos ao tecido (ácidos, gás e outras substâncias). • Em adição, muitas bactérias liberam ENZIMAS DEGRADATIVAS para romper o tecido → promovendo disseminação de nutrientes. TOXINAS • São produtos bacterianos que prejudicam diretamente o tecido ou desencadeiam atividades biológicas destrutivas. • Toxinas e substâncias com atividade tipo toxinas são ENZIMAS DEGRADATIVAS que causam a lise celular ou de proteínas específicas em tecido-alvo específico. • Em adição, ENDOTOXINAS (porção lipídica A do polissacarídeo) e proteínas superantígenos promovem estimulação excessiva das respostas imunes. • A toxina pode ser responsável por causar os sintomas característicos da doença. o Ex: toxina pré-formada presente em alimentos é responsável pela intoxicação alimentar por S. aureus e Bacillus cereus e o botulismo causado por Clostridium botulinum → o efeito é como ingerir veneno, e a bactéria não necessita crescer para os sintomas ocorrerem. o Os sintomas podem aparecer em sítios distantes do sítio de infecção pela disseminação no sangue. EXOTOXINAS • São proteínas que podem ser produzidas por Gram-positivas e Gram-negativas e incluem ENZIMAS CITOLÍTICAS e receptores de proteínas que alteram a função ou destroem a célula. • Em muitos casos, o gene da toxina é codificado no plasmídeo ou fago lisogênico. o ROMPEM AS MEMBRANAS, tais como α-toxina (fosfolipase C) produzida por C. perfringens, as quais rompem as membranas fosfolipídicas. o HEMOLISINAS se inserem e rompem eritrócitos e outras membranas celulares. o TOXINAS FORMADORAS DE POROS (estreptolisina O) → vazamento de íons e água da célula e alterar as funções celulares ou causar lise da célula. o Muitas toxinas são diméricas (toxinas A-B) com subunidades B que ligam-se a receptores específicos da superfície celular, e A que promovem danos à célula. • Os tecidos-alvo dessas toxinas são bem definidos e limitados. • Seus alvos incluem ribossomos, mecanismos de transporte e sinalizadores intracelulares (produção de AMPc, função de proteína G) → gerando diarreia até disfunção neural e morte. • SUPERANTÍGENOS = grupo especial de toxinas. o Ativam as células T ligando-se simultaneamente ao receptor de célula T e ao MHC II numa célula apresentadora de antígeno sem requerer o antígeno. o Superantígenos ativam inúmeras células T → gera muitas IL-1, TNF, a IL-2 → (TEMPESTADE DE CITOCINAS). o Podem ocasionar a morte células T ativadas. o Superantígenos incluem a toxina da SÍNDROME DO CHOQUE TÓXICO de S. aureus, as enterotoxinas estafilocócicas e as toxinas enterogênicas A ou C de S. pyogenes. • Endotoxina e Outros Componentes da Parede Celular • A presença de componentes da parede celular bacteriana age como um sinal de infecção que promove um multialarme poderoso avisando o corpo para ativar os sistemas de proteção do hospedeiro. • Os padrões moleculares associados a patógenos - PAMP ligam-se a receptores TOLL-LIKE (TLR) e a outras moléculas e estimulam a produção de citocinas. • ENDOTOXINA → é uma fração do lipídio A do lipopolissacarídeo (LPS). o É um ativador poderoso de fase aguda e reações inflamatórias. o SOMENTE GRAM-NEGATIVAS PRODUZEM ENDOTOXINA e a liberam durante a infecção. o Respostas semelhantes às da endotoxina mas mais fracas podem ocorrer devido a estruturas bacterianas das Gram-positivas → como ácido teicoico e lipoteicoico. o A endotoxina liga-se a receptores específicos (CD14 e TLR4) em macrófagos, células B e outras → estimula a produção e liberação de citocinas de fase aguda (IL-1, TNF-α, IL-6 e prostaglandinas) além de estimular o crescimento de células B. • ENDOTOXINA EM BAIXAS [ ] → estimula o desenvolvimento de respostas protetoras: febre, vasodilatação e a ativação de resposta imune e inflamatória. • ENDOTOXINA EM ALTAS [ ] → como sepse por Gram-negativas (bactérias no sangue) → choque e possível morte. o Altas [ ] → também ativam um caminho alternativo de complemento e produção de anafilatoxinas (C3a, C5a) → vasodilatação e extravasamento capilar. • Em combinação com TNFα e IL-1, isso pode levar a hipotensão e choque. MECANISMOS DE ESCAPE ÀS DEFESAS DO HOSPEDEIRO • Bactérias evitam o reconhecimento e morte pelas células fagocíticas, inativam ou evitam o sistema do complemento e anticorpos, e até crescem dentro das células para se protegerem das respostas do hospedeiro. • A CÁPSULA é um dos fatores de virulência mais importantes. o Protegem de respostas imunes e fagocitárias. o São constituídas de polissacarídeos e têm baixa imunogenicidade. o A cápsula de algumas bactérias não permite o reconhecimento pelo sistema imune. o É uma cobertura escorregadia → difícil de ser agarrada e que se rompe quando é capturada por um fagócito. o Ela também protege a bactéria da destruição dentro do FAGOLISOSSOMO de um macrófago ou leucócito. o Tudo isso estende o tempo da bactéria no sangue (bacteremia) antes de ela ser eliminada pelas respostas do hospedeiro. o O biofilme, que é feito de material capsular, pode evitar que o anticorpo e o complemento capturem a bactéria. • Bactérias podem EVITAR A RESPOSTA DOS ANTIBIÓTICOS por: variação antigênica, pela inativação de anticorpos ou pelo crescimento intracelular. • Para destruir bactérias intracelulares (como micobactéria, francisellae, brucela, clamídia e riquétsia) → requer respostas de células T para ativar macrófagos para destruir ou criar uma parede (GRANULOMA) ao redor das células infectadas (como a M. tuberculosis). • Bactérias evitam a ação do complemento prevenindo acesso de componentes à membrana por um espesso peptidoglicano nas Gram-positivas e o longo antígeno O do LPS da maioria das Gram- negativas. • Bactérias podem ESCAPAR DOS PRINCIPAIS FAGÓCITOS BACTERIANOS (neutrófilo e macrófago) por produção de enzimas capazes de promover a lise das células fagocitárias (ex., estreptolisina produzida por S. pyogenes ou a α-toxina produzida pela C. perfringens). o Podem inibir fagocitose, impedir a destruição após serem fagocitadas por bloqueio de fusão de fagolisossoma (espécies de Mycobacterium), resistência enzimática ou mediada pela cápsula às enzimas lisossômicas ou substâncias bacterianas, e até sair do fagossomo antes de ser exposto às enzimas lisossômicas. • S. aureus escapa por bloqueio de acesso ao sítio de infecção → produz COAGULASE → converte fibrina a fribrinogênio → gerando uma barreira tipo coágulo. • Outras bactérias são PIOGÊNICAS (formadores de pus) por morte de neutrófilos → limita o acesso de anticorpos e antibióticos à bactéria. • M. tuberculosis sobrevive por granuloma, onde elas permanecem durante toda a vida da pessoa infectada. o A bactéria pode reassumir crescimento se houver um declínio no status imune do indivíduo.
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