SEMINARIO 2 Patogenicidad bacteriana I

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1 UNIVERSIDAD de BUENOS AIRES FACULTAD de MEDICINA Departamento de Microbiología, Parasitología e Inmunología Microbiología I SEMINARIO 2 Patogenicidad bacteriana I

2 OBJETIVO Reconocer a la adherencia bacteriana como paso esencial para la colonización, el establecimiento y la cronicidad de las infecciones.

3 ADHERENCIA BACTERIANA Evento imprescindible para la colonización y/o infección Bacterias de Neisseria gonorrhoeae adhiriéndose al cérvix.

4 Adherencia = infección Adherencia = infección

5 CONSECUENCIAS de la ADHERENCIA BACTERIANA ADHERENCIA de las bacterias Colonización Formación de Biopelícula Invasión celular Producción de toxinas DAÑO INDUCCION de la RESPUESTA INMUNE

6 ESTRUCTURAS QUE PARTICIPAN EN LA ADHERENCIA BACTERIANA Adhesinas fímbricas y afímbricas Cápsula con ác. hialurónico (Ej. S. pyogenes) LPS con sacárido terminal clave (Ej. S. enterica serovar Typhi) FACILITADORES DE ADHERENCIA ( colaboran ) IgA proteasa Flagelo Proteínas que degradan matriz extracelular y mucus (sialidasa, proteasas, colagenasa, otras)

7 ADHESINAS BACTERIANAS Autoagregación Receptores del huésped Co-agregación Promueven la adherencia a los receptores del huésped, la auto y co-agregación de bacterias. Reconocen residuos carbohidratos de la célula a la cual se adhieren. Son lectinas que reconocen HC.

8 Tropismo tisular bacteriano Especificidad de especie Especificidad de tejido Bacteria Adhesina Carbohidrato Tejido Bordetella pertussis Epitelio ciliado del Hemaglutinina Glicolípidos sulfatados, tracto respiratorio filamentosa (FHA) heparina humano Escherichia coli Fimbria P Galabiosa Epitelio renal Pseudomonas aeruginosa Fimbria tipo IV Asialo gangliósidos GM1 y GM2 Epitelio respiratorio Las bacterias tienen diferente tropismo debido a la interacción de las adhesinas con el carbohidrato que reconocen.

9 Variedad y expresión de las adhesinas Una determinada especie bacteriana puede codificar tanto adhesinas fímbricas como afímbricas. A su vez, pueden expresarse en diferentes momentos durante la infección bacteriana.

10 Algunas adhesinas son altamente específicas y antigénicas Son atractivas candidatas a vacunas porque son esenciales para que ocurra la infección y se ubican en la superficie, lo que las hace muy accesibles para los anticuerpos.

11 Tipos de adhesinas bacterianas Fímbricas Afímbricas

12 Adhesinas fímbricas o pilis Son polímeros con estructura de apéndice anclado en la membrana externa bacteriana cuyas subunidades proteicas son llamadas fimbrinas o pilinas. En la punta de la fimbria se encuentra la adhesina (lectina).

13 Se ensamblan en el espacio extracelular, sobre la membrana externa en los gramnegativos o sobre la pared celular en los grampositivos.

14 Funciones de las adhesinas Adherencia a tejidos Adherencia a superficies inertes Formación de biopelículas Agregación bacteriana Invasión celular Movimiento (twitching)

15 Adhesinas fímbricas-ejemplo Uroepitelio ADHESINA Unión a residuos carbohidratos Fimbria tipo 1 se une a manosa Fimbria P se une a galabiosa Estructura polimérica de la fimbria Memb. ext. Periplasma Memb. int. E. coli uropatógena

16 Adhesinas fímbricas-ejemplo Las fimbrias tipo 1 se unen a residuos manosa de una proteína de superficie de las células de la vejiga. E. coli uropatógena

17 Adhesinas fímbricas-ejemplo Las fimbrias P están asociadas a pielonefritis, ya que su receptor el antígeno P (contiene galabiosa) abunda en el tejido renal. También aglutinan hematíes. E. coli uropatógena

18 Escherichia coli UROPATÓGENA La falta de uropatogenicidad se asocia a la ausencia de fimbrias tipo 1 y P

19 Adhesinas fímbricas-ejemplo Fimbrias tipo 4 Asociadas con movimiento NO flagelar, llamado twitching El movimiento se da por extensión y retracción reversible de la fimbria, mientras que la adhesina propiamente dicha permanece firmemente adherida a su blanco. Neisseria meningitidis

20 Adhesinas fímbricas-ejemplo N. meningitidis coloniza 10-30% individuos Cavidad nasal Fimbria tipo IV Neisseria meningitidis llega por aerosoles al epitelio nasal adhieriéndose firmemente a través de las fimbrias de tipo IV. Las fimbrias tipo IV le confieren a N. meningitidis movimiento especial sobre superficies semisólidas como la mucosa epitelial. Neisseria meningitidis

21 Adhesinas fímbricas-ejemplo Fimbrias tipo IV 1. ADHERENCIA Cavidad nasal Adición fosfoglicerol 3. LIBERACIÓN 2. AGREGACIÓN Mucosa respiratoria Submucosa La bacteria se adhiere (1), se duplica (microcolonia) (2), luego se adiciona fosfoglicerol a las fimbrias tipo IV (evento postraduccional) que provoca el despegue de las bacterias que invaden las células o se liberan y colonizan otro huésped. (3)

22 Adhesinas afímbricas Son proteínas o gliproteínas monoméricas, que actúan como lectinas (reconocen carbohidratos) ancladas a la membrana externa de las bacterias gramnegativas, o a la pared celular de las grampositivas. Algunas se asocian al tropismo de la bacteria.

23 Adhesinas afímbricas-ejemplo Haemophilus influenzae No capsulados Adhesina HMW Infección en el tracto respiratorio Adhesina Hia Conjuntivitis Entonces, las conjuntivitis o infecciones del tracto respiratorio ocasionadas por H. influenzae no capsulados se inician por la acción de una adhesina afímbrica específica

24 LAS ADHESINAS CAMBIAN de FASE La expresión de la adhesina puede ser encendida o apagada durante la infección. Adhesina Fimbriadas Sin fimbrias ORINA E. coli EXPRESA Orina saturada de bacterias E. coli Ej. Infección urinaria por Escherichia coli uropatógena NO EXPRESA Bacterias multiplicandose en orina

25 LAS ADHESINAS SUFREN VARIACIÓN ANTIGÉNICA Cambios en la composición de aminoácidos de la adhesina Fimbria Adhesina (tip) Receptor adhesina Fimbria Nueva Adhesina (tip) Otro receptor Célula huésped Nuevas variantes bacterianas aparecen durante la infección, dando lugar a una población heterogénea que evade la respuesta inmune y también le confiere la capacidad de reconocer nuevos receptores.

26 OTRAS ESTRUCTURAS QUE INTERVIENEN EN LA ADHERENCIA BACTERIANA LPS Cad. lateral oligosacáridos O- específico Residuo terminal clave Lípido A EXT INT Core oligosacarídico Internalización células epiteliales Ej. S. enterica serovar Typhi

27 OTRAS ESTRUCTURAS QUE INTERVIENEN EN LA ADHERENCIA BACTERIANA Cápsula Ej. Streptococcus pyogenes Cápsula con ác.hialurónico CD44 (receptor) INVASIÓN TISULAR Célula epitelial Rearreglo citoesqueleto Apertura uniones intercelulares

28 OTRAS ESTRUCTURAS QUE INTERVIENEN EN LA ADHERENCIA BACTERIANA IgA1 proteasa IgA Endopeptidasa que degrada la IgA humana

29 OTRAS ESTRUCTURAS QUE INTERVIENEN EN LA ADHERENCIA BACTERIANA FLAGELO La organela que define que las bacterias sean móviles o no móviles es el flagelo. No confundir el movimiento impartido por las fimbrias tipo IV con bacterias móviles.

30 Fimbrias Swarming, es el desplazamiento flagelar en medios sólidos. Algunas bacterias usan un flagelo lateral para su desplazamiento. Este mecanismo ha sido asociado a la formación de biopelículas y a virulencia bacteriana. El flagelo no interviene en la adherencia en si, pero la facilita mediante la motilidad de las bacterias que los poseen pues les permite llegar a los receptores blancos de las fimbrias.

31 En algunos casos, la adherencia interviene en la formación de biopelículas o biofilm Son comunidades bacterianas que crecen embebidos en una matriz de exopolisacáridos y adheridos a una superficie inerte o a un tejido vivo.

32 Pasos en la formación de biopelículas Adhesión inicial reversible (Colonización) Monocapa adherida. Adherencia irreversible. Formación de microcolonias y Agregación. Diferenciación a biofilm maduro. Formación matriz. Comunicación célula-a-célula.

33 Las biopelículas pueden estar constituidas por una o por varias especies y pueden ser benignas en su interacción con el huésped Biofilm en la orofaringe Biofilm en el intestino Ejemplo: la flora normal bacteriana

34 Las biopelículas como factor de cronicidad de la infección Algunas bacterias escapan de las biopelículas, lo cual da lugar a un nuevo ciclo de formación de biopelículas en otro sitio distante. Ej.: Infecciones pulmonares de P. aeruginosa en Pacientes con Fibrosis Quística.

35 Las biopelículas como mecanismo de resistencia a antibióticos Las biopelículas protegen a las bacterias del efecto de los antibióticos.

36 Las biopelículas ayudan en la evasión a la respuesta inmune Los neutrófilos no pueden penetrar las biopelículas.

37 Las biopelículas se forman gracias a la comunicación entre bacterias. El quorum sensing o autoinducción es un mecanismo de control de la expresión genética dependiente de la densidad celular.

38 Cómo opera el sistema de quorum sensing o autoinducción Respuesta Las bacterias liberan a su entorno moléculas difusibles o autoinductores, que a medida que la población crece se acumulan en el exterior. Al alcanzarse la concentración umbral del autoinductor, se modifica la expresión de determinados genes (ej. genes del exopolisacárido de la biopelícula). Autoinductor Bacteria

39 Infecciones asociadas a biopelículas NARINA Catéter intravenoso BOCA Implante coronario Prótesis Más del 60 % de las infecciones microbianas causadas por la produccón de biopelículas. son

40 Infecciones asociadas a biopelículas Infección urinaria recurrente: E. coli uropatógena Infección oído medio: H. influenzae Infección pulmonar (fibrosis quística): P. aeruginosa Infección dientes y encías: Streptococcus spp, Fusobacterium spp, Porphyromonas spp Infección ósea: S. aureus Infección asociada a dispositivos implantados y endocarditis: S. aureus, Staphylococcus coagulasa negativos

41 PREGUNTAS 1. En qué circunstancias algunas bacterias de la flora normal pueden causar daño en el huésped? 2. Cualquier adhesina puede ser candidata para formular una vacuna? Nombre un ejemplo. Cuál elegiría para E. coli uropatógena? 3. Por qué algunos individuos son más propensos a sufrir infecciones urinarias con frecuencia? 4. El cambio de fase, puede ocurrir simultáneamente a la variación antigénica? La modificación ocurre de forma sincrónica en toda la población? Cúal es el efecto final? 5. Pueden adherirse las bacterias si no poseen estructuras que faciliten ese proceso? Ejemplifique.

42 PREGUNTAS 6. La biopelícula puede tener un papel protector benéfico? Ejemplifique. 7. Cómo está compuesta la biopelícula? 8. Cómo es la estructura de la biopelícula? Qué efectos provoca su formación durante la infección? 9. Por qué las biopelículas pueden ser un problema de salud pública?

43 Bibliografía recomendada Microbiología Médica de Murray y col Capítulo 18. Bacteriología Médica de Sordelli y col Capítulo 20. Consultas:

44 UNIVERSIDAD de BUENOS AIRES FACULTAD de MEDICINA Departamento de Microbiología, Parasitología e Inmunología Microbiología I - General MUCHAS GRACIAS

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