patogenia bacteriana

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Temario 4
Patogenia bacteriana: glosario, postulados de Koch, transmisión y proceso infeccioso.
Patogenicidad bacteriana, factores de virulencia: adhesinas, invasión, toxinas, enzimas, biofilms, etc.
Patogenia bacteriana
La patogenia de la infección bacteriana es un proceso que comprende el comienzo del proceso infeccioso y los mecanismos que provocan la aparición de los signos y síntomas de la enfermedad. 
Algunas de las características de las bacterias patógenas son:
Transmisibilidad.
Adhesión a las células hospedadoras.
Persistencia.
Invasión de las células y tejidos hospedadores.
Toxigenicidad.
Capacidad para evadir o sobrevivir al sistema inmunitario del hospedador. 
La resistencia a los antimicrobianos y desinfectantes también contribuye a la virulencia, o a la capacidad que tiene cada microorganismo para producir una enfermedad.
Glosario:
Adhesión: proceso por medio del cual las bacterias se unen a las superficies de las células hospedadoras. Los términos adherencia, adhesión y unión se utilizan en forma indistinta.
Portador: persona o animal con una infección asintomática que puede transmitir a otra persona o animal susceptible. 
Infección: multiplicación de un microorganismo infeccioso dentro del organismo. La multiplicación de las bacterias que forman parte de la microbiota normal no suele considerarse infección.
Invasión: proceso a través del cual las bacterias, parásitos animales, hongos y virus penetran en las células o tejidos del hospedador y se diseminan dentro del organismo
Microbiota: flora microbiana que habita en las personas sanas. 
No patógenos: un microorganismo que no es patógeno también puede formar parte de la microbiota normal. 
Patógeno oportunista: microorganismo con el potencial de producir una enfermedad sólo cuando la resistencia del hospedador es deficiente (Ej: inmunodeprimidos). 
Patógeno: microorganismo que puede causar una enfermedad. 
Patogenicidad: potencial de un microorganismo infeccioso de producir una enfermedad.
Superantígenos: toxinas formadas por proteínas que activan el sistema inmunitario fijándose al complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) y los receptores de linfocitos T (TCR, T-cell receptors) y que estimulan a un gran número de linfocitos T para que produzcan cantidades masivas de citocinas.
Toxigenicidad: potencial de un microorganismo de producir una toxina que contribuye a la enfermedad. 
Virulencia: potencial cuantitativo de un microorganismo de producir una enfermedad. Los microorganismos virulentos generan la enfermedad cuando un pequeño número se introduce en el organismo. 
Postulados de Koch
En 1884, Robert Koch propuso una serie de postulados que se han aplicado de manera extensa con el fin de vincular una serie de especies de bacterias con determinadas enfermedades.
TRANSMISIÓN DE LA INFECCIÓN
Las vías de entrada de bacterias patógenas al cuerpo más frecuentes son los sitios donde las mucosas se unen con la piel:
Aparato respiratorio (vías respiratorias superiores e inferiores).
Tubo digestivo (principalmente la boca).
Aparato genital y urinario. 
Las áreas anormales de mucosas y piel (laceraciones, quemaduras, etc).
PROCESO INFECCIOSO
La mayor parte de las bacterias que generan enfermedades lo hacen al adherirse a las células del hospedador (casi siempre son epiteliales). 
Una vez que las bacterias han establecido un sitio primario de infección, se multiplican y diseminan directamente a través de los tejidos o por el sistema linfático hasta el torrente sanguíneo. 
Esta infección (bacteriemia) puede ser transitoria o persistente. 
La bacteriemia permite la diseminación de las bacterias en el organismo hasta llegar a los tejidos que son en especial adecuados para su multiplicación.
GENÓMICA Y PATOGENICIDAD BACTERIANA
Elementos genéticos móviles
Son elementos importantes para el intercambio de información genética entre las bacterias. Estos son:
Plásmidos son fragmentos extracromosómicos de DNA con potencial para multiplicarse. 
Transposones son segmentos altamente móviles de DNA que se desplazan de una parte de éste a otra. 
Puede ocurrir la recombinación entre el DNA extracromosómico y el cromosómico, haciendo que los genes que codifican factores de virulencia se tornan cromosómicos. 
Fagos son virus que infectan bacterias.
La transferencia de estos elementos genéticos móviles entre miembros de una sola especie o diferentes especies, tiene como resultado la transferencia de factores de virulencia, incluidos genes de resistencia antimicrobiana. 
Fago
Plásmido en conjugación
Islas de patogenicidad
Son grandes grupos de genes relacionados con patogenicidad, de 10 a 200 kb, que se ubican en el cromosoma bacteriano. 
Sus principales propiedades son:
Poseen uno o más genes de virulencia.
Aparecen en el genoma de patógenos de una especie, mas no en los miembros no patógenos.
Son grandes.
Tienen una relación guanina-citosina (G + C) distinta al resto de los genomas bacterianos.
Suelen estar vinculados con genes de tRNA.
Se les encuentra relacionados con elementos genéticos del movimiento.
Poseen inestabilidad genética.
Representan estructuras de mosaico con componentes adquiridos en distintos momentos. 
FACTORES DE VIRULENCIA BACTERIANA
1.- Factores de adhesión
Importante para adherir la bacteria a las células de una superficie hística. 
Diversos factores desempeñan funciones importantes para la adhesión:
Hidrofobicidad de superficie y la carga neta de la superficie.
Las moléculas de unión en las bacterias (ligandos) y sus interacciones con los receptores celulares del hospedador. 
Presencia de pilosidades, que participan en la adhesión de la bacteria a la superficie de las células hospedadoras. Ej: E. coli.
Otros mecanismos específicos entre ligando y receptor. Ej: Estreptococo del grupo A tiene una prot. M que interactúa con la fibronectina, que actúa como molécula receptora en la célula del hospedador. 
Después de la adhesión, se producen cambios de la conformación de la célula hospedadora que permiten que el microorganismo sea absorbido por la célula. 
2.- Invasión de las células y tejidos del hospedador
La invasión del epitelio del hospedador es fundamental en el proceso infeccioso.
Especies de Salmonella invaden tejidos a través de las uniones entre células epiteliales. 
Especies de Yersinia, N. gonorrhoeae y Chlamydia trachomatis invaden tipos específicos de las células epiteliales del hospedador y pueden entrar subsecuentemente al tejido. 
Las shigellas se adhieren a las integrinas situadas en la superficie de las células M de las placas de Peyer, son fagocitadas y atraviesan a estas células hacia el conglomerado subyacente de macrófagos. 
Legionella pneumophila infecta a los macrófagos pulmonares y genera neumonía. 
N. gonorrhoeae utiliza pilosidades como adhesinas principales y proteínas asociadas a la opacidad (Opa) como adhesinas secundarias a las células hospedadoras. 
3.- Toxinas
Las toxinas producidas por bacterias se clasifican en dos grupos: 
Endotoxina, que se encuentra en la membrana externa de los bacilos gramnegativos.
Toxinas que son secretadas, como las enterotoxinas y exotoxinas. 
A. Exotoxinas
Muchas son patógenas. 
Tienen vacunas, llamadas toxoides, que son elaboradas a base de exotoxinas que se modifican para que ya no sean tóxicas. 
Muchas exotoxinas consisten en:
Subunidad A, proporciona actividad tóxica
Subunidad B, controla la adhesión del complejo de toxina a una célula hospedadora y ayuda a que la exotoxina penetre en la célula hospedadora
Ejemplo: C. diphtheriae, C. tetani, C. botulinun 
B. Exotoxinas relacionadas con enfermedades diarreicas e intoxicación alimentaria
Las exotoxinas relacionadas con enfermedades diarreicas son llamadas a menudo enterotoxinas y muchas pertenecen a la familia de toxina tipo III.
Ejemplo: V. cholerae serotipo O1 (y O139), S. aureus 
C. Lipopolisacáridos de las bacterias gramnegativas
Los LPS (endotoxina) de las bacterias gramnegativas, forman parte de la pared celular bacterianay a menudo son liberados cuando la bacteria es lisada.
Los LPS en el torrente sanguíneo se fijan a las proteínas circulantes, las cuales interactúan con los receptores de macrófagos, neutrófilos y otras células del sistema reticuloendotelial. Se liberan citocinas proinflamatorias como IL-1, IL-6, IL-8, TNF-α y otras, y se activan las cascadas del complemento y la coagulación. 
En la clínica se observa: fiebre, leucopenia e hipoglucemia; hipotensión y choque con hipoperfusión de los órganos vitales (p. ej., cerebro, corazón, riñón); coagulación intravascular y muerte por disfunción masiva de órganos.
D. Peptidoglucano de las bacterias grampositivas
Las bacterias gram positivas poseen mucho más peptidoglucano en la pared celular que las bacterias gramnegativas. 
El peptidoglucano liberado durante la infección comparte muchas de las actividades biológicas de los LPS, aunque el peptiglucano es mucho menos potente que el LPS.
4.- Enzimas
A. Enzimas que degradan tejidos
Colagenasa, que degrada colágena (principal proteína del tejido conjuntivo fibroso) y fomenta la diseminación de la infección en los tejidos (Ej: C. perfringens).
Coagulasa, que actúa en conjunto con una serie de factores sanguíneos para coagular el plasma (ej: S. aureus).
Hialuronidasas, hidrolizan ácido hialurónico, componente de la sustancia base del tejido conjuntivo (Ej: estafilococos, estreptococos y anerobios).
Estreptocinasa (fibrinolisina), sustancia que activa a una enzima proteolítica del plasma que puede disolver el plasma coagulado y quizá ayuda a la diseminación rápida del estreptococo en los tejidos. 
Hemolisinas, eliminan eritrocitos
Leucocidinas, aniquilan células hísticas o leucocitos
B. Proteasas IgA1
Degradan a la IgA1 en enlaces específicos prolina-treonina o prolina-serina en la región bisagra e inactivan su función de anticuerpo. 
Es un factor importante de virulencia para las bacterias patógenas N. gonorrhoeae, N. meningitidis, H. infl uenzae y S. pneumoniae.
5.- Factores antifagocíticos
Sirven para evadir la fagocitosis o los mecanismos microbicidas leucocíticos al adsorber componentes del hospedador sano en su superficie celular:
S. aureus posee una proteína A de superficie que se une a la porción Fc de IgG. 
Otras bacterias tienen cápsulas de polisacáridos. 
S. pyogenes (estreptococo del grupo A) posee una proteína M.
 
N. gonorrhoeae (gonococo) tiene pilosidades
Otras (Ej: Bordetella) producen factores solubles o toxinas que inhiben la quimiotaxia de los leucocitos y de esta manera evaden la fagocitosis por un mecanismo distinto
6.- Patogenicidad intracelular
Algunas bacterias (p. ej., M. tuberculosis, L. monocytogenes, especies de Brucella y especies de Legionella) viven y crecen en un ambiente hostil dentro de los polimorfonucleares, macrófagos o monocitos.
Lo hacen gracias a una serie de mecanismos:
Evitan la entrada a los fagolisosomas y viven en el citosol del fagocito. 
Evitan la fusión del fagosoma con el lisosoma y viven dentro del fagosoma.
Son resistentes a las enzimas lisosómicas y sobreviven dentro del fagolisosoma
7.- Heterogeneidad antigénica
Las estructuras de superficie de las bacterias tienen gran variedad antigénica. Con frecuencia estos antígenos se utilizan como parte de un sistema de clasificación serológica para las bacterias. Ej:
La clasificación de las 2 000 especies de Salmonellae se basa principalmente en los tipos de los antígenos O (cadena lateral de lipopolisacáridos) y antígenos H (flagelar). Asimismo, existen más de 150 tipos de E. coli O y más de 100 tipos de E. coli K (capsular). 
El tipo antigénico de la bacteria en ocasiones indica la virulencia.
Ej: V. cholerae con antígeno O1 y antígeno O139 producen toxina del cólera.
8.- Sistemas de secreción bacterianos
Estos sistemas de secreción participan en las funciones celulares como el transporte de proteínas que forman las pilosidades o flagelos y en la secreción de enzimas o toxinas hacia el medio extracelular. 
Las bacterias tienen una vía de secreción general llamada Sec, que participa en la inserción de la mayor parte de proteínas de la membrana bacteriana y proporciona la vía principal para que las proteínas atraviesen la membrana citoplasmática bacteriana. 
Los microorganismos gramnegativos poseen otros seis mecanismos de secreción de proteínas:
Los sistemas de secreción (SS) 1, 2, 3, 4, 5, 6.
Los tipos 2 y 5 son dependientes de Sec, mientras que los tipos 1, 3, 4 y 6 no dependen del Sec.
9.- Necesidades de hierro
El hierro es un nutriente esencial para la proliferación y metabolismo de casi todos los microorganismos.
La capacidad que tiene un microorganismo patógeno de obtener con eficiencia hierro a partir del hospedador es indispensable para causar enfermedad. 
La reserva de hierro repercute en la virulencia de muchos microorganismos patógenos. El tratamiento con suplemento de hierro aumenta las infecciones mortales.
10.- Función de las biopelículas bacterianas
Una biopelícula es un conglomerado de bacterias interactivas adheridas a una superficie sólida o unas a otras y encerradas dentro de una matriz de exopolisacárido.
En la biopelícula:
La bacteria puede protegerse de los mecanismos inmunitarios del hospedador. 
La matriz de exopolisacárido puede funcionar como barrera de difusión para algunos antimicrobianos, pero otros se fijan a ésta. 
Ej: 
Infecciones del catéter venoso central por Staphylococcus epidermidis y S. aureus
Placa dental
Prótesis articulares.