MICROBIOTA NORMAL Y PATÓGENOS BACTERIANOS

MICROBIOTA NORMAL Y PATÓGENOS BACTERIANOS

• Relación hospedero/microorganismos-

Microbiota

• Barreras anatómicas para la infección y disbiosis• Nomenclatura de patógenos• Mecanismos de patogenicidad microbiana• Especificidad bacteriana hacia ciertos tejidos y

formas de infeccion• Factores de virulencia: Adhesinas, exoenzimas,

efectores, endo y exotoxinas

Cuerpo humano: 1013-1014 célulasMicrobiota: 1014-1015 MO

RELACIÓN 10/1 (MO/CÉLULA)

El cuerpo humano es un ecosistema

Microbiota o flora normal es el conjunto de MO que habitan el

cuerpo humano

SERES VIVOS - ambiente rico en nutrientes orgánicos y factores de crecimiento con pH, presión osmótica y Tº controlados -(quimioorganótrofos)

…..pero con matices…

HOMBRE Y ANIMALES

Epitelios (piel y mucosas) – superficies expuestas al medioambiente - difieren entre sí

Diferentes localizaciones - ambiente selectivo: privilegia el desarrollo de algunos MO

SECO - MO resistentes a la desecación(ej. Staphylococcus aureus)

RICO EN O2 - MO aerobios(ej. Mycobacterium tuberculosis)

Respiratorio

ANOXIGÉNICO - MO anaerobios obligados(Clostridium and Bacteroides)

Resto de órganos internos, sangre, linfa, sistema nervioso, útero – estériles

Colonización por MO = ENFERMEDAD

(Hooper et al. 2001 Science)

La idea de microbioma surgió de experimentosrealizados con ratones estériles

Ratones criados en medio asépticos :

• Disminuida la absorción de nutrientes

• Intestinos menos desarrollados- Absorción de nutrientes

disminuida y deficiencia de vitaminas

• Sistema immune subdesarrollado – ejemplo: aumenta la

sensibilidad a los patógenos -dosis infectiva con Salmonella: 10

células (para ratón normal: 106 células)

La gran mayoría (comensales o simbiontes) son beneficiosos y esenciales para mantener la salud

Microbiota normal

Patógenos

¿Para qué sirve?

Microbiota

1. Metabolizan azúcares complejos y esteroides, y producen ácidos orgánicos que se adsorben

2. Sintetizan vitaminas esenciales (K y B12) y esteroides modificados (de sales biliares)

3. Previenen la colonización por patógenos (competencia por nutrientes esenciales y sitios de unión)

4. Producen sustancias que inhiben o matan a otras especies (Antagonismo)- ej. ácidos grasos no específicos, peróxidos, bacteriocinas

5. Estimulan el desarrollo de ciertos tejidos (tejido intestinal, linfático, capilares)

6. Estimulan la producción de anticuerpos (mantienen activa la inmunidad innata-bajos niveles de anticuerpos activos contra la flora normal que reconocen también patógenos similares

7. Previenen el establecimiento y la invasión de patógenos

Salud

METAGENÓMICA – SECUENCIA DEL ARNr 16S a partir de muestrascolectadas de de varios individuos sanosy distintas localizaciones geográficas)

La mayoría son bacterias

Es único para cada individuoHay patrones conservados de colonización en cada nicho (macro y micronutrientes disponibles)

El microbioma humanoCONCEPTO ACTUALEs el genoma del conjunto de MO que se distribuyen en forma normal en las distintas localizaciones del cuerpo humano (nicho)

Major bacteria present

Prevotella

Streptococcus

Veillonella

HelicobacterProteobacteriaBacteroidetesActinobacteriaFusobacteria

EnterococciLactobacilli

BacteroidesBifidobacteriumClostridiumEnterobacteriaEnterococcusEscherichiaEubacteriumKlebsiellaLactobacillusMethanobrevibacter

(Archaea)PeptococcusPeptostreptococcusProteusRuminococcusStaphylococcusStreptococcus

Anus

Colon

IIeum

Jejunum

Duodenum

Largeintestine

Smallintestine

Stomach

Esophagus

OrganEsophagus

Major physiological processes

Secretion of acid (HCI)Digestion of macromoleculespH 2

Continued digestionAbsorption of monosaccharides,amino acids, fatty acids, waterpH 4–5

Absorption of bile acids, vitamin B12pH 7

< 104/g

103–105/g

108/g

1011–1012/g

La población bacteriana es distinta en las diferentes áreas del tracto GI y está influenciada por la dieta y las condiciones fisicoquímicas del sector.

La microbiota intestinal

Pero también hay arqueas metanógenas y

halófilas entre otras

¿Cómo se adquiere y que factores la afectan?

Microbiota

• Vía de nacimiento• Genética• Alimentación• Edad• Medio ambiente• Estrés o enfermedad• Uso de medicamentos (sobre todoAntiobióticos)

COLONIZACIÓN- Crecimiento de MO en contacto con los tejidos del hospedador - no alteran las funciones normales del organismo.

• Permanente (flora residente)

• Transitorio

ENFERMEDAD (Disbiosis o patógeno)- Cuando la interacción MO/hospedador se altera (proceso patológico que provoca daños)

Figure 22.34

Diferencias en la comunidad microbiana intestinal

RATÓN DELGADO RATÓN OBESO

VFA (ácidos grasos volátiles)

El microbioma intestinal humano

Tracto

respiratorio

superior

Tracto

respiratorio

inferior

Sinuses

Nasopharynx

Pharynx

Oral cavity

Larynx

Trachea

Bronchi

Lungs

Estafilococos

Estreptococos

Bacilos (diftericos)

Cocos Gram +

Sin microflora residente en individuos normales

Microbiota del tracto respiratorio

Microbiota del tracto urogenital

Microbiota residente en la uretra

Vejiga y riñones estériles

Alteraciones aumento de pH de la orina (pH~6) -colonización por bacterias residentes de la uretra como Escherichia coli y Proteus mirabilis (patógenos oportunistas-infecciones urinarias)

Mujer adultaAmbiente rico en glucógeno

(sustrato fermentable)(pH<5)

Niñez y menopausiaBaja producción glucógeno

Ausentes lactobacilos(pH ~ 7)

Epitelios mucosos: Barrera física y bioquímica

Mucus: secreción líquida que contiene glicoproteínas y proteínas -humedad y resistencia.sIgA: Inmunoglobulina A secretada -recubren MO facilitando su eliminación.AMPs: péptidos microbicidas -acción antimicrobiana.PRRs: receptores de moléculas de los MO (PG, LPS, flagelina, lipoproteínas, etc.) activan la respuesta inflamatoria e inmune.

Barrera funcional Barrera defectuosa

HOMEOSTASISINFECCIÓN/ENFERMEDAD

Piel: Barrera física y bioquímica

Tejido muy extenso con microambientes distintos según la región - distinta microbiota

• Seco (brazos/piernas)

• Húmedo (labios, nariz, detrás orejas, región genito-urinaria)

• Sebáceo (cuero cabelludo, rostro, espalda)

Muy influenciado por el medio ambiente y condiciones de higiene

Células ciliadas de la

nasofaringe - Remoción de

partículas y microorganismos

Piel- Barrera física (varias capas con

uniones estrechas que impiden el paso de

microorganismos entre las células) +

producción de ácidos grasos y péptidos +

microflora residente

Estómago (pH 2) inhibe el

crecimiento de muchos

microrganismos

Microflora residente-

competencia por

nutrientes con los

patógenos

Tracto urinario- el flujo de

orina y el pH eliminan

microorganismos

Lisozima en lagrimas y

otras secreciones –

acción bactericida

Mucus and cilias en la

tráquea – atrapan y

mueven microorganismos

hacia afuera

Mucus, péptidos microbicidas

y fagocitos profesionales en

pulmón- eliminación efectiva

de microorganismos

Sangre y linfa. Lactoferrina y

transferrina (proteínas que

inhiben el crecimiento

bacteriano por secuestro de

Fe), Anticuerpos y fagocitos

profesionales

Cambios rápidos de pH-

Inhibe el crecimiento de

algunas bacterias

MECANISMOS MÁS COMUNES DE RESISTENCIA INNATA A PATÓGENOS

LA MAYORIA DE LAS BACTERIAS PATÓGENAS TIENEN PREFERENCIA POR ESTABLECERSE Y CRECER EN CIERTOS TEJIDOS - DEBEN SUBVERTIR LOS MECANISMOS DE DEFENSA INNATOSY COMPETIR CON LA MICROFLORA RESIDENTE

FACTORES DE RIESGO PARA LA INFECCIÓN:

Compromiso del hospedador - uno o más mecanismos de resistencia innata disminuidos o inactivos

• Edad (niños y ancianos)• Estrés, enfermedad, injuria• Dieta• Genética• Ambiente

PATÓGENO - MO capaz de infectar o parasitar un individuo (hospedador) causando enfermedad

• ESTRICTOS - Siempre se asocian a enfermedad

• OPORTUNISTAS – constituyentes de la microflora normal del paciente. Pueden convertirse en patógenos en determinadas circunstancias (disminución permanente o transitoria de las defensas normales del hospedador.)

PATOGENOS BACTERIANOS

Postulados de Koch –permitieron demostrar la causa de una enfermedad infecciosa

Bacillus anthracis

PATOGENICIDAD - Es la habilidad de un patógeno de provocar daño en el hospedador.

Depende no sólo del patógeno sino de la resistencia o susceptibilidad del hospedador y del ambiente.

VIRULENCIA - Es una medida cuantitativa de la patogenicidad. Es la habilidad relativa del patógeno para causar enfermedad (número de bacterias necesarias para causar la enfermedad)-dosis letal 50 (LD50)

SALUD vs.

ENFERMEDAD


VIRULENCIA

COLONIZACIÓN BACTERIANACapacidad de las bacterias para establecerse y multiplicarse en piel o mucosa del huésped manteniendo cierto número poblacional (Microbioma).Su presencia no causa respuestas clínicas ni inmunes de relevancia.

INFECCIÓN BACTERIANAEntrada, establecimiento y multiplicación desproporcionada de bacterias patógenas (estrictas u oportunistas) en o sobre las células del huéspedEn general tiene manifestación clínica. Puede cursar en el lugar de ingreso o, dependiendo del patógeno y/o el tratamiento inadecuado, la infección puede diseminarse a otros órganos o tejidos.

INFECCIÓN INAPARENTE o SUBCLÍNICA (ASINTOMÁTICA)Establecimiento de bacterias que induce una respuesta orgánica específica pero sin causar manifestaciones clínicas

ENFERMEDAD INFECCIOSA o INFECCIÓN CLÍNICAEnfermedades causadas por agentes patógenos (bacterias, virus, hongos o parásitos). Evidencia signos y síntomas de relevancia.


BACTERIEMIA:

Presencia de bacterias en el torrente sanguíneo. Se manifiesta por temblores y aumentos de temperatura.

SEPTICEMIA:

Infección sistémica (generalizada de todo el organismo) y grave. Puede desencadenar inflamación masiva, shock séptico y muerte.

INFECCIÓNES BACTERIANA SEVERAS

Tenericutes

Fusobacteria

Gemmatimonadetes

Lentisphaerae

Fibrobacteres

Verrucomicrobia

Chlamydiae

Cyanobacteria

Plastids

Chlorobi

Spirochaetes

Thermodesulfobacteria

Chloroflexi

Deinococcus–Thermus

AquificaeThermotogae

Epsilonproteobacteria

Deltaproteobacteria

Mitochondria

Alphaproteobacteria

Gammaproteobacteria

Nitrospira

Acidobacteria

Bacteroidetes

Actinobacteria

Firmicutes

Betaproteobacteria

Origin of life

LUCABACTERIA

CATEGORIAS TAXONÓMICAS

(o Reino)

Al igual que otros microrganismos, se les asigna un nombre científico una vez completada su caracterización y el trabajo taxonómico: GÉNERO y ESPECIE.

• el nombre del GÉNERO proviene del nombre del descubridor o describe la morfología del microorganismo (primera letra en mayúscula)

• el nombre de la ESPECIE describe usualmente alguna característica (color), origen, patogenicidad, lugar de donde provienen, etc. (primera letra en minúscula)

Siempre se escriben en itálica.

Ejemplos: Bacillus subtilis; Escherichia coli; Salmonella enterica; Staphylococcusaureus; Streptococcus pyogenes; Streptomyces coelicolor; Serratia marcescens

Si ya se nombró, se puede abreviar usando la primera letra del género seguida de punto. Ejemplo B. subtilis.

Las reglas y métodos del sistema de Nomenclatura Bacteriana se encuentran en el Código Internacional de Nomenclatura Bacteriana.

¿Cómo se nombran las bacterias patógenas?

Las bacterias que conforman una cepa son genotípica y

fenotípicamente idénticas. También se las denomina ”aislamiento”

ya que en general se han obtenido de un MO aislado a partir de

una muestra biológica o ambiental.

Nomenclatura de bacterias patógenasPara individualizarlas aún mas bacterias pertenecientes a una especie,

(especialmente las patógenas) se las sub-divide en base a otras

características. Estas subdivisiones agrupa cepas o “aislamientos”

RELEVANCIA EPIDEMIOLÓGICA.

Nomenclatura de bacterias patógenas

Pathotype(2)

Serovar(2500)

(enf. Sistémica)

Typhi, Paratyphi A o C

(gastorenteritis)

TyphimuriumEnteriditis, etc.

Animales de sangre fría, plantas, ambiente

Animales de sangre caliente

Ejemplo- nombre abreviado: S. Typhi; completo:Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhi

(6 o7)

(2)

Ej. Denominacion con serotipo: S. Typhimurium 4,5,12:i:−

Denominación según patotipo:EPEC – enteropatogénicaEHEC – hemorrágicaETEC – enterotoxigénicaEAEC – enteroadherenteEIEC – enteroadherenteDAEC – difusiva-adherenteUPEC – uropatogénicaNMEC – meningitis neonatal

Nomenclatura de bacterias patógenasPatologías que producen:• Diarrea• Infecciones del tracto urinario• Enfermedad sistémica• Meningitis

Ejemplo: EHEC O157 H7

Vía parenteral

PATOGENOS BACTERIANOS- VÍAS DE ENTRADA

MECANISMOS DE PATOGENICIDADEstrategias que usa el patógeno para establecer la infección

1. Colonización y Adhesión a superficies y mucosas

2. Establecimiento –con o sin penetración o invasión en las células

3. Multiplicación en o sobre los tejidos y producción de factores de virulencia y toxinas – Infección

4. Interferencia con las defensas del hospedador, Toxicidad y Diseminación

5. Daño a los tejidos - Enfermedad

1 2 3 45

EL PATÓGENO EXPRESA FACTORES DE VIRULENCIA ESPECÍFICOS EN CADA ETAPA

FACTORES DE VIRULENCIASon moléculas (proteínas) que produce el patógeno para lograr la infección

• Flagelo y Factores de adherencia (fimbrias, pili, adhesinas) – permite llegar y adherirse a la superficie de la célula hospedadora para posibilitar la infección

• Sideróforos – secuestro y captación de Fe

• Vías metabólicas no comunes (ventaja en ciertos nichos)

• Sistemas de secreción Tipo I, Tipo III, Tipo IV – transportan efectores bacterianos a la célula hospedadora.

• Factores de persistencia (enzimas que sirven para obtener nutrientes o protegerse de los mecanismos de defensa del hospedador)

• Factores de invasión – median la entrada de la bacteria a la célula eucariota.

• Efectores – modulan las funciones celulares del hospedador en beneficio del patógeno (citoesqueleto, vías de señalización, tráfico intracelular, etc)

• Endo y Exotoxinas – destruir y/o afectar la función de la célula eucariota (algunas actúan fuera del sitio de infección)

FlageloAdhesinas tipo fimbriasOtros componentes de la envolturaCapacidad de variación de Antígenos de superficieBiofilmCapsulaEnzimas

Efectores (con y sin actividad enzimática)Sideróforos (Fe)Toxinas

ToxinasEfectores

FlageloBiofilmCapsulaOtros componentes de la envolturaCambios en la morfología celular

ENFERMEDAD INFECCIOSA

FACTORES DE VIRULENCIADISTINTOS FACTORES SON REQUERIDOS EN LAS DIFERENTES ETAPAS DE LA INFECCIÓN

OBJETIVO SOBREVIVIR Y MULTIPLICARSE

SEÑALES DEL AMBIENTE• oxígeno• pH• osmolaridad• nutrientes• Tº

Flagelo

Biofilm o cambiomorfología

ModificarLPS

Toxinas

Sideroforos

Adhesinas

Invasinas

AMBIENTE

EXTERNO

HOSPEDADOR

Enzimasextracelulares

FACTORES DE VIRULENCIA

MONITOREO CONSTANTE DEL AMBIENTE

LOCALIZACIÓN

RESPUESTA RAPIDA Y COORDINADA SEGÚN EL ENTORNO REGULACIÓN ESTRICTA DE LA EXPRESIÓN DE

LOS FACTORES DE VIRULENCIA


REGULACIÓN COMPLEJA Y ESTRICTAA distintos niveles: • TRANSCRIPCIONAL (reguladores transcripcionales)• POSTRANSCRIPCIONAL (ARN regulatorios)• POSTRADUCCIONAL (inhibición de la actividad/degradación)

OBJETIVO: Los distintos factores de virulencia se deben expresan única y exclusivamente cuando son requeridos y de manera coordinada en las distintas etapas de la infección (coordinación espacio-temporal)

NO EXPRESIÓN-EXPRESIÓN RÁPIDA-NO EXPRESIÓN

La expresión prematura o descoordinada pude alertar prematuramente a los sistemas de defensa del hospedador y/o ser metabólicamente desfavorable, llevando a su eliminación.

REDES DE REGULACIÓN

FACTORES DE VIRULENCIAExpresión en momento y lugar adecuado

Monitoreo del ambiente – regulación de la expresión

Helicobacter pylori

FLAGELO

(variaciones en flagelina

algunas bacterias)

(algunas bacterias)

Adhesión específica a las células del hospedado- Interacciones entre moléculas de superficie del patógeno (adhesinas) y del hospedador (receptores no dedicados)

TROPISMO DE TEJIDO

INICIO DE LA INFECCIÓNFACTORES DE VIRULENCIA –ADHERENCIA

Adhesina

Membranacélula

hospedadora

Receptor

PATÓGENO

E. coli enteropatógena (EPEC)


Fimbrias, Pilis u otras proteínas o glicoproteínas de superficie

• Pilis o Fimbrias y adhesinas asociadas

• Proteínas o glicoproteinas de envoltura

• Ácido Lipoteicóico - Streptococcus pyogenes

• Capa SStaphilococcussobre células de piel


Además de la adhesión inicial para establecer una infección el patógeno necesita sobrevivir y multiplicarse.

ESTABLECIMIENTO DE LA INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – COLONIZACION Y

SUPERVIVENCIA DENTRO Y FUERA DEL HOSPEDADOR

• Contar con nutrientes y condiciones adecuadas (Tº, pH, presencia/ausencia de O2; factores de crecimiento) para crecer- COMPETENCIA CON LA MICROBIOTA RESIDENTE

• Protegerse de los mecanismos de defensa del hospedador - FAGOCITOSIS

• Hemolisinas (destruyen glóbulos rojos para obtener Fe del Hemo)

• Fosfolipasas (lisar las célula del hospedador)

• Proteasas

• Nucleasas

• Ureasa

Enzimas para facilitar el acceso a nutrientes-Exoenzimas:

Streptococcus pyogenes Clostridium perfrigens

Producción de sideróforos (quelantes de Fe de alta afinidad)

ESTABLECIMIENTO DE LA INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – OBTENCIÓN DE NUTRIENTES

ESTABLECIMIENTO DE LA INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – OBTENCIÓN DE NUTRIENTES

Vías metabólicas no comunes (uso de fuentes de C y N raras o aceptores de e-)

Salmonella: 1-2 propanodiol (fte C), etanolamida(fte N) y Tetrationato (aceptor)

Brucella: Eritritol (fte C abundante en placenta)

Proteger a la bacteria de mecanismos de defensa del hospedador Moléculas de superficie:

• Glycocalis (Cápsulas o capa S) – S. mutans o B. anthracis

• Capa cerosa y ácidos micólicos- Mycobacterium tuberculosis

• Variación antigénica-moléculas de superficie

Secreción de enzimas- Exoenzimas:

• Coagulasa (coagula fibrinógeno)- protección – Staphylocuccus aureus

• Proteasas (destruyen anticuerpos de las secreciones-IgA)

ESTABLECIMIENTO DE LA INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – PROTECCIÓN

Bacillus anthracis - capsula

INFECCÓNFACTORES DE VIRULENCIA – ESTABLECIMIENTO Y

SUPERVIVENCIA DENTRO O FUERA DEL HOSPEDADOR

Patógenos que invaden la células y tejidos del hospedador

Patógenos que NO invaden la células y tejidos del hospedador

• Los efectores que sirven para alterar o manipular las funciones celulares: citoesqueleto, transportadores de membrana, tráfico intracelular, producción de moléculas de señalización, funcionamiento de las mitocondrias, ciclo celular, etc.

• Muchos de los efectores son multifunciones -partes de la misma proteína desempeñan distintas funciones (interaccionar con distintas proteínas del hospedador) y cumplir estas funciones en diferentes localizaciones celulares (citoplasma, núcleo, o mitocondria de la célula hospedadora)

• Algunos efectores funcionan además como exotoxinas (son citolíticos o generan diarrea por inhibición de los transportadores de iones y agua).

INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – EFECTORES

El patógeno produce y secreta un arsenal de efectores (proteínas o con o sin actividad enzimática) con el objetivo de manipular la

célula hospedadora en su beneficio, asegurar su supervivencia y multiplicarse para luego diseminarse.

INFECCION

BACTERIA PATÓGENA

¿Cómo llegan los factores de persistencia y efectores al hospedador?Sistemas de secrecións (SS)

SISTEMAS DE SECRECIÓN Y VESICULAS DE MEMBRANA

EXTERNA

T4SST6SS


Algunos patógenos invaden las células del hospedador mientras que otros actúan desde afuera.

Ruffling

Salmonellatyphimurium

Salmonella produce y secreta invasinas –proteínas efectoras que sirven para manipular el citoesqueleto de actina del hospedador produciendo pliegues en la membrana celular.Como resultado la bacteria logra penetrar en las células del hospedador rodeada de membrana (vacuola) donde puede sobrevivir y multiplicarse

E. coli entoropatógena (EPEC) y enterohemolítica (EHEC) producen y secretan efectores para manipular el citoesqueleto de actina de la célula intestinal para formar un pedestal característico sobre la superficie y establecersesobre el mismo para causar la infeccion. Estas bacterias no penetran en las células del hospedador

Listeria y Shigellainvaden, luego se liberan de la vacuola en el citoplasma y producen otros efectoresespecíficos que les permiten reclutar actina para formar “cohetes de actina” y salir de esa célula para invadir células vecinas –diseminación de una célula a otra.



Alteran o manipulan distintas funciones celulares en beneficio del patógeno

MANIPULACIÓN DEL

CITOESQUELETO Y TRAFICO

INTRACELULARMANIPULACIÓN

DE LA RESPUESTA

INFLAMATORIA

DAÑO CELULAR Y APOPTOSIS

ALTERACIONES DE LA PERMEABILIDAD

CELULAR Y LA INTEGRIDAD DE LOS

TEJIDOS


Ejemplo de un efector multifuncional: EspFdistintas partes o dominios de la proteína desempeñan distintas funciones en distintas localizaciones subcelulares

Infección por E. coli EAEC

Algunos patógenos no sólo se adhieren a las células del hospedador, sino que también se adhieren entre sí formando biopelículas (biofilms).

INFECCIÓN Y DISEMINACIÓNFACTORES DE VIRULENCIA – BIOFILM

Dependiendo del patógeno, la formación de biofilm es esencial para producir la patología y/o posibilitar la diseminación.

Pseudomonas auriginosa

Infección por EAEC

INFECCIÓN Y DISEMINACIÓN

FACTORES DE VIRULENCIA –

BIOFILM

Pseudomonas-Biofilm en vías aéreas y pulmón de pacientes con Fibrosis quística

Placa dental-biofilm mixto (distintos bacterias)

• Estreptoquinasa (digiere la malla de fibrina)- estreptococos, estafilococos

• Hialuronidasa (hidroliza ácido hialurónico-matriz intercelular)-estreptococos, estafilococos y clostridios

• Colagenasa (hidroliza colágeno- matriz intercelular piel)-clostridios que causan gangrena gaseosa

DISEMINACIÓNFACTORES DE VIRULENCIA – EXOENZIMAS

Exoenzimas: Staphilococcus aureus

La infección puede cursar en el lugar de ingreso o, dependiendo del patógeno y/o tratamiento inadecuado, la infección puede diseminarse a otros órganos.

Ejemplo: infección urinaria causada por E. coli(UPEC) complicada-Daño Renal

E. coli (UPEC) sobre células de vejiga humanas

DISEMINACIÓN

COLONIZACIÓN/INFECCIÓN/DISEMINACIONINFECCIONES POR E. coli UROPATOGÉNICA

Infecciones urinarias causadas por E. coli uropatogénica (UPEC)Invasión y persistencia intracelular y extracelular• Cambios en la morfología• Biofilm intracelular• Cuerpos quiescentes

Algunas bacterias causan la enfermedad a través de toxinas que pueden inhibir las células del hospedador y/o matarlas o producir alteraciones en su funcionalidad-muchas actúan a distancia

INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – TOXINAS

Sindrome urémico hemolítico (SUH)E. coli enterohemorragica-EHEC

CóleraVibrio colerae

TétanoClostridium tetani

Proteínas producidas dentro del patógeno.Muchas codificadas en fagos lisogénicos.Liberación por lisis celular o secreción.Efectos específicos. Muy inmunogénicas.Gram+ y Gram-

Porcion lipídica del lipopolisacarido (LPS-Lipido A) o ácidos lipoteicoicos. Se liberan cuando la bacteria muere o la envoltura se degrada.Efectos no específicos. Baja toxicidad excepto en cantidades excesivas

EXOTOXINAS ENDOTOXINAS

Exotoxina liberadaClostridium botulinum, produce la toxina botulínica

Endotoxina: LPS (lípido A)

Salmonella typhimurium

INFECCIONFACTORES DE VIRULENCIA – TOXINAS

Clases de exotoxinas:• Citolíticas- alteran la integridad de la MP• Toxinas AB- acción citotóxica, enterotóxica o

neurotóxica• Super antígenos-estimulan la respuesta inflamatoria

Son Exoenzimas que las bacterias secretan

MODO DE ACCION: ALTERAN LA PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA PLASMATICA DEL HOSPEDADOR

Formación de canales:– Hemolisinas – lisa globulos rojos (placas de agar

sangre)– Leucocidinas: lisa glóbulos blancos (células

inmunitarias)– Toxina α de estafilococos: elimina células

nucleadas y no nucleadas (globulos rojos)- se une a la MP y oligomerizan en heptámetros formando poros.

Alteración de la integridad de MP– Fosfolipasas o lecitinasas: Toxina α de

Clostridium perfringens – placas con yema de huevo.

– Estreptolisina O de estreptococos: afecta los esteroles de la MP

EFECTO: DAÑO EN EL TEJIDO POR MUERTE CELULAR

EXOTOXINASTOXINAS CITOLÍTICAS

MP

Influjo de compon. extracel.

Eflujo de compon. Intracel.

α-Toxina

Out

In

TOXINA ALFA DE ESTAFILOCOCO

La bacteria produce y libera o secreta la toxina inactivada

El componente B reconoce el receptor especifico en la célula hospedadora

La exotoxina A-B entra en la célula hospedora por endocitosis mediada por el receptor

Exotoxina A-B durante el trafico intracelular

El componente A se separa y se activa para alterar la función en el hospedador (ej: síntesis de proteínas). El componente B se excreta

DNA

ExotoxinmRNA

Exotoxinpolypeptides

A (active)

B (binding)

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

B

A

Bacterium

Receptor

Plasmamembrane

Nucleus

Cytoplasm

Host cell

Protein

1

2

3

4

5

Formada por dos subunidades (o un polipéptido con 2 dominios)

A – tiene la actividad (se secreta inactiva)B – se une al receptor en la superficie de la célula

hospedadora y media la internalización

Se liberan por lisis (profago) o secreción

La activación de A ocurre en la célula hospedadora

EXOTOXINASTOXINAS AB

Ejemplos: Toxina Shiga (EHEC O157-H7 y Shigella dysenteriae)-

dos subunidades codificadas en un fago lisogénico tipo λ / receptor específico (GB3) en riñon

Toxina diftérica (Corynebacterium diphtheriae)- un único polipéptido codificado en el fago lisogénico β / receptor específico (HB-EGP) en epitelio respiratorio

Exotoxina A (Pseudomonas auriginosa)- un único polipéptido que se secreta / receptor específico (CD91)

MODO DE ACCION: BLOQUEO DE LA ELONGACIÓN DEL POLIPEPTIDO NACIENTE

EFECTO: MUERTE CELULAR POR APOPTOSIS

EXOTOXINASTOXINAS AB-CITOTÓXICA

INHIBEN SINTESIS DE PROTEINAS

Corynebacterium diphtheriaeToxina diftérica – acción sobre epitelio respiratorio- Paciente: Dificultad respiratoria

EHEC O157-H7 y Shigella dysenteriae

Toxina Shiga –acción sobre epitelio intestinal y renal- Paciente:Falla renal (SUH)

RECONOCEN UN RECEPTOR ESPECIFICO EN CIERTOS TEJIDOS

EXOTOXINASTOXINAS AB-ENTEROTOXINAS

MODO DE ACCION: ACTIVA LA ADENILATO CICLASA INCREMENTANDO LA SECRECIÓN DE ELECTROLITOS Y AGUA EN EL INTESTINO DELGADO

EFECTO: DESBALANTE IONICO Y DESHIDRATACION SEVERA

EXOTOXINASTOXINAS AB-NEUROTOXICAS

ANTESDESPUES

SEÑAL DE

EXITACIÓN

DEL SNC

Músculo

Normal

La Aceticolina (A) induce la

contracción de la fibra muscular

Botulismo

La toxina bloquea la liberación de A

inhibiendo la contracción del músculo

Toxina botulínica

Interneurona

inhibitoria

Inhibición

Toxina

tetánica

Normal

La liberación de Glicina (G) por las interneuronas

inhibitorias bloquea la liberación de Acetilcolina

(A) permitiendo la relajación del músculo

Tétano

La toxina se une a la interneurona

inhibitoria previniendo la liberación

de G y la relajación del músculo

SEÑAL DE

EXITACIÓN

DEL SNC

Músculo

Clostridium botulinum Clostridium tetani

MODO DE ACCION: INTERFIEREN CON LA TRANSMICIÓN DE LA SEÑAL NERVIOSA AL MUSCULO

EFECTO: FALLA MOTORA-MUERTE POR PARO CARDIO-RESPIRATORIO

EXOTOXINASSUPERANTIGENOS

MODO DE ACCION: SOBREESTIMULAN LA RESPUESTA INMUNE-INCREMENTO DE LA LIBERACION DE CITOQUINAS PROINFLAMATORIAS

EFECTO: FIEBRE, NAUSEAS VOMITOS, DIARREA, SHOCK Y MUERTE

Ejemplo de bacterias productoras de super antígenos: S. aureus - síndrome shock tóxico. S. pyogenes (toxina eritrogénica)- produce Escarlatina

El macrófago ingiere la bacteria Gram negativa

La bacteria es degradada en la vacuola liberando LPS que estimula en el macrófago la producción y liberación de citoquinas (IL-1 y TNF-).

A través de la sangre, las citoquinas llegan al hipotálamo cerebral

Estimulan la producción de prostaglandinas por parte de las células del hipotálamo- produce fiebre

Nucleo

Macrófago

Endotoxina

Bacteria

Liberación de

la Endotoxina

Liberación de citoquinas

Vacuola

Vaso sanguineo

Hipotálamo

Prostaglandinas

Fever

Gandula pituitaria

1 2 3 4

ENDOTOXINASLPS DE GRAM NEGATIVAS

MODO DE ACCION: ESTIMULA LA LIBERACIÓN DE CITOQUINAS (INFLAMACIÓN LOCAL) POR PARTE DEL MACROFAGO Y, COMO CONSECUENCIA, LA PRODUCCIÓN DE PROSTAGLANDINAS (PIRÓGENOS ENDÓGENOS) EN EL CEREBRO

EFECTO: INFLAMACION Y FIEBRE MUY ALTA – SHOCK SÉPTICO Y MUERTE

Simpson et al., Nat Rev Microbiol 17, 403–416 (2019). https://doi.org/10.1038/s41579-019-0201-x

ENDOTOXINASLPS DE GRAM NEGATIVAS

Las modificaciones en el Lípido A-KDO2

contribuyen a que la bacteria pueda evadirmás efectivamente la respuesta immune del hospedador.

Reducción de cargas negativas- protege contra peptidos microbicidas (AMP)

Modificación de grupos acilo- disminuye la respuesta inflamatoria en ratones

PLASMIDOS DE

VIRULENCIA

ISLAS DE PATOGENESIS

PROFAGOS

DISEMINADOS POR EL

CROMOSOMA


¿Dónde están codificados?

ADQUIRIDOS POR TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES

ISLAS DE PATOGÉNESIS (PI)

• Elementos genéticos distintivos (islas genómicas)

• Presentes en bacterias patógenas y NO en bacterias no patógenas.

• Adquiridas por transferencia horizontal de genes

• Contienen genes que codifican para sistemas de secreción, factores de virulencia y/o nuevas vías metabólicas y sistemas para regular y coordinar su expresión.

• Sirven para adaptarse a un nicho particular (tejido del hospedador)



Salmonella entérica - SPI2

PROFAGOS

¿Que es?Forma de dormancia reversible de un bacteriófago en la que no se produce la expresión de los genes del fago para producir nuevos fagos.Por una situación de estrés se revierte el estado de dormancia y se activa la expresión de los genes del fago (ciclo lítico) y junto con esos genes se producen factores de virulencia codificados en el profago. Ejemplo: Toxina Shiga



PROFAGOS



ATENCIÓN: La toxina se liberan por lisis (activación del profago)NO USAR ANTIBIOTICOS PARA TRATAR ESTAS INFECCIONES PORQUE SE EMPEORA EL CUADRO

PLASMIDOS DE VIRULENCIA



Plásmidos de virulencia de Shigella flexneri(pWR501) y de S. Typhimurium (pSLT2)

PLASMIDOS DE VIRULENCIASistemas Toxina/Antitoxina que evitan la pérdida del plásmido de Virulencia

• Toxina y antitoxina son proteínas

• La Toxina es mas estable que la antitoxina

• La degradación rápida de la antitoxina en la bacteria que perdió el plásmido provoca la muerte celular por acción de la Toxina

Brock. Biology of Microorganisms. Madigan, Martinko, Bender, Buckley and Sthal (2015)-14ª edición. Pearson Education, Inc. (o 13° edición)- Cap. Microbial Interactions withhumans

Parker y col. Microbiology- American Society for Microbiology, 2016 –Cap. 15: Microbial Mechanisms of Pathogenicity – DISPONIBLE ON LINE

Bibliografía

Documents

MICROBIOTA NORMAL Y PATÓGENOS BACTERIANOS