MODULO 6: MICROORGANISMOS

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1 MODULO 6: MICROORGANISMOS TEMA 10: LOS MICROORGANISMOS CAUSANTES DE INFECCIONES INDICE 1. Introducción 2. Bacterias de multiplicación extracelular 3. Bacterias de multiplicación intracelular 4. Virus 5. Parásitos y levaduras 1. INTRODUCCIÓN Los microorganismos que causan infecciones se agrupan en: Bacterias: de multiplicación intracelular (facultativas u obligadas) Virus Parásitos: Protozoos, Helmintos y Artrópodos Levaduras Clasificación de los microorganismos Según el lugar de infección los microorganismos pueden dividirse en: Extracelulares e intracelulares Los extracelulares pueden localizarse en:: Espacio intersticial Generando una respuesta innata Sanguínea/linfática Generando una respuesta específica En superficie de mucosas Anticuerpos (IgA) Los intracelulares pueden darse en: Citoplasma generando una respuesta inmune citotóxica Vacuolas Generando una respuesta T-dependiente

2 2. BACTERIAS DE MULTIPLICACIÓN EXTRACELULARES Características de las bacterias extracelulares Superficie bacteriana muy compleja (gram - o gram +) La presencia de cápsula es un factor de virulencia muy importante, o No está presente en todas las bacterias de una misma especie o Posee una gran variabilidad incluso para una misma especie o Contiene polisacáridos con estructuras muy repetitivas que generaran una respuesta T- independiente, con producción rápida de IgM Muchas bacterias producen toxinas que es un factor de virulencia Mecanismos de inmunidad primaria: Barreras Mecánicas Unión íntima de células, flujo de aire en el epitelio (bronquios...), movimientos ciliares Barreras Químicas Ácidos grasos, enzimas, bajo ph, péptidos antibacterianos... Barreras Microbiológicas Flora intestinal produce sustancias antibacterianas Mecanismos de inmunidad secundaria: Sistema Inmune Innato Reconocimiento por células centinela: Las células centinela son los macrófagos, los mastocitos y las células dendríticas. Poseen receptores para patrones moleculares de respuesta innata, que reconocen estructuras exclusivamente bacterianas o virales, como LPS, flagelina, RNA de doble cadena... También poseen receptores para estructuras externas e internas: detección en vacuola... Aumento de permeabilidad vascular Se liberan TNF e IL-6, que inducen la aparición de moléculas de adhesión para favorecer la extravasación de neutrófilos, monocitos, linfocitos T. Síntesis de IL-12: Tiene como resultado el aumento del poder microbicida de los macrófagos. Pero es poco importante en este caso Sistema del Complemento Se puede activar por vía clásica (en presencia de Ac) o por la vía alterna (sin presencia de Ac). Para su activación necesita la presencia de polisacáridos complejos (LPS, cápsula...). Provocan la lisis celular, producción de quimiotaxinas (C3a, C4a...). Además, C3b sirve como ligando para el receptor CR3 de las células fagocíticas. Fagocitosis: Destrucción de bacterias: En general las consecuencias son: acidificación, producción de H 2 O 2, O 2 -, producción de NO, péptidos antimicrobiano, enzimas, competidores. Mecanismos de Inmunidad terciaria: Sistema Inmune Específico Linfocito B: producción de anticuerpos, esenciales en la inmunidad específica contra bacterias Linfocito T: basan su actividad en la cooperación en respuestas T-dependientes Linfocito B ZM: T-independientes: actúan contra antígenos muy repetitivos, produciendo IgM, sin acabar produciendo células memoria. Es una respuesta poco intensa pero rápida.

3 Respuesta T-dependiente: Es una repuesta contra antígenos proteicos, toxinas, e indirectamente, contra antígenos de polisacáridos. Se caracteriza por que los linfocitos B entran en lo folículos, generando linfocitos B memoria. Produce IgG de alta afinidad y una respuesta de mayor intensidad. En otros casos, como en las de defensa de mucosas, las células plasmáticas migran a las propias mucosas para la producción de anticuerpos, del isotipo IgA. El anticuerpo atraviesa el epitelio y ejerce su acción. Los anticuerpos potencian la fagocitosis en colaboración con el sistema del complemento. Los linfocitos T, en este tipo de respuesta, cooperan con los linfocitos B: o T h1: producción de IFN-γ, que activa a los macrófagos o T h2: favorece la respuesta con alta producción de anticuerpos, mediante la IL-4 Las funciones de los anticuerpos son o La neutralización de toxinas o La opsonización y fagocitosis o La activación del C` Respuesta a la reinfección Frente a una reinfección juegan un papel esencial de los Anticuerpos presentes Mecanismos de resistencia Presencia de cápsula Impide la fagocitosis porque no tiene receptores de inmunidad innata. Por lo tanto han de actuar la IgM temprana y el sistema del complemento, que provoca la fagocitosis por C3b y sus receptores CR3 Alta variabilidad Dentro de una misma especie existen variedades a las cuales se les denominan serotipos. Estos serotipos difieren en algún antígeno (como el antígeno O, LPS, antígeno K, etc...) 3. BACTERIAS DE MULTIPLICACIÓN INTRACELULARES Características de la bacterias intracelulares Cabe destacar la diferencia entre bacterias: De vida citoplasmática: Intervendrán Linfocitos T CD8+, al presentarse los péptidos de los antígenos en moléculas pmhc-i De vida vesicular: Intervendrán Linfocitos T CD4+, al presentarse los péptidos de los antígenos en moléculas pmhc-ii Características generales a estas bacterias son: Realizan la entrada al organismo por las mucosas Realizan un periodo de incubación más o menos largo Hay una coexistencia pacífica ya que la bacteria no produce ningún daño, sino que el daño está producido por la respuesta inmune, que es exagerada (hipersensibilidad de tipo IV) La consecuencia de esta coexistencia pacífica son infecciones crónicas Tomarán gran importancia los Linfocitos T efectores, que interacción con las células infectadas y secretan citoquinas (interleucinas, etc...) Los Anticuerpos no tomarán tanta importancia, ya que éstos no penetran en la célula. Sólo actuarán en fases extracelulares.

4 Tipos de Bacterias Intracelulares Facultativas Pueden vivir tanto dentro como fuera de las células. Principalmente colonizan macrófagos Obligadas No pueden vivir fuera de las células. Suelen colonizar células de naturaleza epitelial. En ambos casos la entrada de estas bacterias puede ser por 'Fagocitosis Activa', mediada por Anticuerpos o por el Complemento, o por 'Endocitosis pasiva', que está mediada por receptores. Al ser fagocitada, existen 3 posibilidades: Las bacterias salen al citoplasma Se inhibe la fusión fagosoma-lisosoma Se produce la unión fagosoma-lisosoma y se destruye a la bacteria Mecanismos de evasión Las bacterias intracelulares son capaces de evadir la respuesta inmune ya que son capaces de sobrevivir dentro de las células fagocíticas, ya que: Salen al citoplasma, escapando de las vesículas de fagocitosis Inhiben la fusión del lisosoma a la vesícula de fagocitosis o fagosoma En caso de que no realicen ninguno de estos mecanismos de evasión se produce la unión del lisosoma a la vacuola que contiene la bacteria y las enzimas destruyen a esta Respuesta inmune innata Polimorfonucleares, Neutrófilos Esenciales antes del estado intracelular Macrófagos Esenciales como secretores de citoquinas, y después como células efectoras tras su activación Células NK Esenciales en la producción de IFN- γ y como células efectoras Respuesta Inmune Adaptativa Los linfocitos T juegan un papel esencial T CD4+ Reconocen péptidos procendentes de endosomas, en pmhc-ii. Tras reconocer los péptidos, se diferencian en: o Th1: activan macrófagos, y destruyen patógenos intravesiculares o Th2: inducen la proliferación de Linfocitos B y diferenciación a células plasmáticas para producción de Anticuerpos. Linfocitos T h1 Los macrófagos producen IL-12, lo que activa la diferenciación de Linfocitos T virgenes a Th1. Los Linfocitos Th1 producen IFN- γ, lo que activa a los macrófagos aumentando su poder microbicida y estimulando la unión fagosoma-lisosoma y producción de radical NO (óxido nitroso), con poder bactericida. Existe un sistema de contención, que produce la formación de granulomas Un granuloma es una acumulación microscópica de macrófagos que se transforma en células epiteloides, rodeadas de un collar de linfocitos. Con frecuencia los macrófagos se fusionan y forman células gigantes en la periferia de los granulomas (sincitio). Las células gigantes están constituidas por una masa de citoplasma que contiene veinte o más núcleos dispersos por el mismo. Estas células tienen inclusiones citoplasmáticas que son las bacterias.

5 Linfocitos Th2 Son poco relevantes en la resolución de este tipo de infecciones, aunque sí toman importancia en la regulación de la Respuesta Inmune Th1 y evitar una respuesta exagerada que lleve a una hipersensibilidad. Una de predominancia de Th2 sobre Th1 implica una agravación del curso de la enfermedad Linfocitos T-CD8 o citotóxicos Realizan un papel diferente en función del patógeno Son más relevantes en bacterias intracitoplamáticas, mientras que en las bacterias intravesiculares son más relevantes lo T-CD4 Estos Linfocitos contactan constantemente con células, en busca de células infectadas. Se encargan de controlar tumores y cánceres, reconociendo proteínas cancerígenas enclavadas en pmhc-i, cuando reconocen un pmhc-i, se encargan de inducir la apoptosis. Tras la apoptosis, se liberan al medio los microorganismos y se eliminan mediante anticuerpos. En estos casos puede tener lugar fenómenos de cross-presentación Cross-presentación Los péptidos de un microorganismo que está en una vesícula y que por tanto son presentados en MHC-II, y reconocidos por linfocitos T-CD4. En ocasiones estos péptidos se pueden filtrar hasta el citoplasma, y por lo tanto, serán procesadas y presentadas en MHC-I, y reconocidas por T CD8 4. VIRUS Características de los virus Se trata de microorganismos intracelulares obligados e intracitoplasmáticos o intravesiculares La respuesta inmunitaria es similar a la desarrollada en las bacterias. La entrada se suele dar por las mucosas y heridas La primera extensión del virus suele ser de una célula a su célula vecina. Los virus libres o fagocitados llegan a ganglio linfático Pueden llegar a sangre provocando una viremia y así alcanzar cualquier órgano Patrones de infección Infección aguda que evoluciona rápido pero también se resuelve muy rápidamente Infección aguda seguida de otra latente, en este caso existe una curación con latencia, es decir se elimina teóricamente al microorganismo, pero el ADN se integra al cromosoma y en condiciones de inmunodepresión reaparece la infección Infección Aguda seguida de otra persistente, estas infecciones tienen una evolución rápida al principio que no llega a resolverse y permanece indefinidamente Respuesta Innata La respuesta inmune innata esta mediada por: Células NK, que destruyen las células infectadas para erradicar la infección El IFN-1 (α y β) o Es secretado por células infectadas en presencia de ARN bicatenario (propio de los virus), o Inhibe la síntesis de proteínas en células infectadas, así evita que se sinteticen proteínas víricas o Incrementa la capacidad citolítica de las células NK, al igual que IL-12, IFN- γ y el TNF-α. o Favorecen la diferenciación a Th1 Otras citoquinas o IL-12, INF- γ y TNF-α o Potencian la actividad citolítica a de linfocitos T-CD8 y células NK o Favorecen la diferenciación a Th1

6 o o o INF- γ activa a los macrófagos TNF-α favorece la extravasación de neutrófilos y células NK TNF-α coopera con IFN-1 Los macrófagos y células dendríticas que presentan antígeno y producen IL-12. Respuesta Adaptativa Linfocitos B Los linfocitos B actuarán en infecciones con virus produciendo anticuerpos neutralizantes. Son muy importantes en primoinfecciones, Esenciales en la protección frente a la reinfección. Intervienen en la citotoxicidad mediada por anticuerpos (ADCC): los anticuerpos cubren la superficie de las células infectadas. Después, las células NK reconocen los anticuerpos, y reciben la señal de matar a la célula. Así, inducen la muerte celular en células infectadas por virus con membranas. Intervienen en la citotoxicidad a través del sistema del complemento. Los anticuerpos inducen a las proteínas del complemento a provocar la lisis celular (vía clásica del complemento) Respuesta T-independiente, siendo una respuesta más rápida pero menos intensa Cooperación T:B es más importante. Producen anticuerpos que participan en el bloqueo de los virus, impidiendo la inclusión de éstos en la célula, o provocando la aglutinación. Linfocitos T Linfocitos CD4+: reconocen pmhc-ii Linfocitos CD8+: reconocen pmhc-i Resultan esenciales para la eliminación de una infección instaurada. Los T-CD4 + colaboran con los linfocitos B para producción de células plasmáticas de larga vida. Los linfocitos Th1: son los más importantes: segregan INF-α e IL-12 La IL-12 favorece la diferenciación y proliferación de linfocitos T CD8+. En estos casos puede haber Cross-presentación, siempre que no se infecten las células dendríticas. Los linfocitos Th2 juegan un papel importante en la regulación de la respuesta inmunológica. Los T-CD8 limitan la extensión de la infección y erradican la misma, por medio de citotoxicidad. o Virus citopáticos: lisis vía perforínas o Virus no citopáticos: muerte vía Fas donde intervienen INF-γ y del TNF Resumen: las armas de la Respuesta adaptativa: Anticuerpos: Efectivos frente a los virus en fase extracelular, Poco efectivos frente a células infectadas. No tiene efecto frente a células infectadas latentes. Linfocitos T citotóxicos: Efectivos únicamente frente a células infectadas. No reacciona frente a virus en fase extracelular ni contra células infectadas latentes. Mecanismos de evasión: Los tres más importantes son: Inhibición de la presentación de MHC-I Inmunosupresión Variación antigénic

7 5. PARÁSITOS Y LEVADURAS Entre los parásitos podemos citar a los protozoos, los helmintos y los artrópodos. A las levaduras y a los parásitos los podemos dividir según la respuesta inmune que induzcan, en dos grupos: Protozoos y levaduras Helmintos y artrópodos Protozoos y levaduras Características comunes Son unicelulares Tienen ciclos biológicos con fases extracelulares e intracelularess Respuesta inmune En la respuesta inmune tomaran importancia o Los anticuerpos, durante la fase extracelular o Los linfocitos T y las células NK, durante la fase intracelular La fagocitosis o Los neutrófilos son eficaces a lo hora de fagocitar a estos microorganismos o Los macrófagos no siempre son eficaces a la hora de fagocitar levaduras o protozoos ya que muchos de estos microorganismos tienen la capacidad de sobrevivir y multiplicarse dentro de los macrófagos, se puede dar el caso de que el protozoo o levadura pueda: Resistir la unión del lisosoma a la vacuola que los contiene y por tanto permanezcan en vesículas. Por ejemplo Leishmania sp o Candida sp En estos casos el macrófago segrega IL-12 para solicitar ayuda a: Celulas NK, Ante la presencia de IL-12 responden con secreción de INF-γ que potenciara el poder microbicida de los macrófagos Linfocitos T Los linfocitos T vírgenes (Th0) ante la presencia de IL-12 se diferencian a Th1 que segregaran INF-γ y activarán a los macrófagos Escapar del fagosoma (vacuola) al citoplasma. Por ejemplo Toxoplasma sp o Trypanosoma sp En estos casos el protozoo es procesado y presentado en MHC-I, activando: Linfocitos T-CD8 o citotóxicos, que eliminarán al macrófago infectado Células NK, también eliminarán al macrófago infectado Anticuerpos o Los linfocitos B contactarán con los protozoos en su fase extracelular, y se lo presentarán a los linfocitos T para recibir cooperación. Los linfocitos T responderán con secreción de IL-2 e INF-γ que provocará un cambio de isotipo y la diferenciación a células plasmáticas. Estas células plasmáticas segregaran IgG la cual neutralizará al protozoo o levadura Los linfocitos Th2 o Estos linfocitos regulan la respuesta exacerbada de los Th1 evitando que estos puedan lesionar los órganos del individuo o Producen IL-4 y otras citoquinas (IL-5, IL-6, IL-10) que neutralizan a la IL-12 y al INF-γ o Una alta producción de IL-4 puede conducir a la muerte del individuo

8 Helmintos y artrópodos Características comunes Son pluricelulares y relativamente grandes No pueden ser fagocitados (son mayores que las células fagocíticas) Requieren mecanismos especiales para su destrucción Respuesta inmune La respuesta inmune innata tienen poca importancia, ya que resisten la fagocitosis tanto de macrófagos como de neutrófilos Los linfocitos B secretan IgG e IgE específica o Los helmintos producen unos antígenos de excreción-secreción o La IgG tienen un efecto directo contra los helmintos o La IgE activa a los Mastocitos que producen factores vasoactivos y permiten la infiltración de eosinófilos Los esosinofilos o Se activan ante la presencia de: Antígenos de los helmintos Mastocitos (factores vasoactivos que permiten su extravasación) EAF e IL-5, producidos por las células Th2 IL-3, TNF-α, GM-CSF, EAF Y PAF, producidos por los macrófagos o Vierten el contenido de sus gránulos Proteínas catiónicas (proteína básica, peroxidasa y proteína catiónica eosinofilica) Radicales de oxígeno (O 2, y H 2 O 2 ) Enzimas (fosfolipasa D, Catalasa, Lisofosfolipasa) Citoquinas y quimioquinas (IL-1, IL-6, IL-10, TNF-α, IL-8, MIP-1α, RANTES) Los linfocitos Th1 tiene un efecto perjudicial Los linfocitos Th2 son cruciales para la eliminación de estos microorganismos o La IL- 4 secretada por los Th2, lleva a cabo mecanismos para la eliminación del agente Estimula a las células caliciformes Estimula la contracción del músculo liso Evasión de la respuesta inmune De forma general los parásitos y levaduras tienen en común dos mecanismos para burlar al sistema inmune Evasión del sistema del complemento Descompensación de la respuesta Th1-Th2 Otros protozoos extracelulares como Trypanosoma sp tienen cientos de genes que codifican glicoproteínas de superficie que varían durante la infección, de tal manera que cuando se han generado anticuerpos para una glicoproteína, el protozoo cambia de glicoproteína y así no es reconocido por el anticuerpo.