Factores de virulencia. Lic. en Biología Molecular 2017

Transcripción

1 Factores de virulencia Lic. en Biología Molecular 2017

2 Objetivos Definir factor de virulencia, patógeno, virulencia, infección, enfermedad infecciosa, patógeno primario, patógeno oportunista, toxicidad-invasividad Identificar los factores de virulencia que participan en el proceso de infección y en la patogenicidad Nombrar los métodos de evasión del sistema inmune y describir los mecanismos antifagocitarios Clasificar y describir el mecanismo de acción de las exotoxinas Describir la estructura de la endotoxina y sus efectos tóxicos en el hospedador Establecer las diferencias entre endotoxina y exotoxina

3 Interacciones entre los Microorganismos y el Hombre Muy pocos microorganismos producen enfermedad Algunos son potencialmente patógenos La mayoría de los microorganismos no producen enfermedad

4 La patogénesis es un proceso multifactorial que depende de la especie o cepa del microorganismo (factores de virulencia) del estado inmune del hospedador y del número de organismos en la exposición inicial. Edad Sexo Estrés Malnutrición Enfermedad recurrente Estado inmunitario HOSPEDADOR PATÓGENO AMBIENTE Triángulo de enfermedad infecciosa

5 Qué es un factor de virulencia? Toxinas Flagelo Pili Cápsula Plásmido Membrana externa LPS Cualquier característica genética, bioquímica o estructural que le permite al microorganismo producir enfermedad infecciosa en el hospedador.

6 Definiciones Infección crecimiento y multiplicación del patógeno en o sobre el hospedador. El patógeno tiene acceso a una parte del cuerpo humano, evitando las defensas del hospedador, invade los tejidos y se multiplica estableciendo una infección. Enfermedad infecciosa Daño o alteración del estado fisiológico o metabólico producido por el microorganismo o sus toxinas en el hospedador durante la infección. Infección no es sinónimo de enfermedad infecciosa infección inaparente sin síntomas clínicos asintomática o subclínica

7 Definiciones Patogenicidad: Capacidad de un microorganismo para causar enfermedad Se usa para describir o comparar especies Virulencia: Grado de patogenicidad de un microorganismo Se usa para describir o comparar cepas dentro de una especie

8 Definiciones Invasividad: Capacidad de un organismo para penetrar, sobrevivir a las defensas, multiplicarse y diseminarse. Toxigenicidad: Capacidad de ciertos organismos para producir exotoxinas

9 Qué es un Patógeno? Microorganismo capaz de causar enfermedad infecciosa Patógeno primario: causa enfermedad por interacción directa con el hospedador después de la infección. Generalmente no se encuentra asociado con el hospedador. Hospedador sano Mycobacterium tuberculosis, virus influenza. Patógeno oportunista: causa enfermedad sólo bajo ciertas circunstancias. Generalmente puede ser parte de la flora normal. Hospedador inmunocomprometido Enterococcus faecium, Candida albicans (flora normal) Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens ( microorganismos ambientales)

10 Los microorganismos expresan su patogenicidad a través de su Virulencia: Grado de la patogenicidad Virulencia: Capacidad relativa de un microorganismo de causar enfermedad Se puede calcular mediante estudios experimentales tales DI 50 DL 50 Dosis infectiva el número de organismos requeridos para establecer una infección ej. Shigella spp 100 organismos vs. Salmonella spp 10 6 organismos

11 Cómo hacemos para determinar que un patógeno es el agente causal de una enfermedad? POSTULADOS DE KOCH 2.- El microorganismo debe poder aislarse en cultivo puro a partir de las lesiones producidas en el animal 3.- El microorganismo debe reproducir la enfermedad cuando se inocula a partir de un cultivo puro, en un modelo animal 1.-El microorganismo debe encontrarse en todos los casos de la enfermedad 5.- El microorganismo debe inducir una respuesta inmune con la aparición de anticuerpos específicos en la sangre del hombre o animal infectado que puedan demostrarse por pruebas serológicas. 4.- El mismo microorganismo debe poder aislarse como cultivo puro a partir de las lesiones en el modelo animal

12 Invasividad y Toxicidad Invasividad Crecimiento en grandes cantidades Streptococcus neumoniae Factores de virulencia que son importantes en la patogenia por Salmonella. Toxicidad Capacidad de causar daño debido a toxinas Clostridium tetani

13 Factores de virulencia Helicobacter pylori

14 Factores de virulencia Factores Comunes Endotoxina (Gram negativas) Cápsula Flagelo Fimbrias Variaciones antigénicas de fase Secuestro de factores de crecimiento (sideróforos) Factores Asociados con Patógenos específicos Producción de exotoxina Expresión de factores de adhesión Sobrevivencia intracelular y multiplicación

15 Aspectos genéticos de los factores de virulencia Los factores de virulencia pueden estar codificados por: Plásmidos Transposones (SI, complejos, conjugativos) Islas de patogenicidad

16 Islas de patogenicidad Conjunto de genes de virulencia que se encuentran juntos flanqueados generalmente por ISs (móviles) Codifican para adhesinas, invasinas, toxinas, sistemas de secreción, captación del hierro etc Presentes en patógeno y NO en cepas no patógenas Presentan un contenido de G+C diferente al cromosoma bacteriano ( transferencia horizontal) En Salmonella SP1 (sistema de secreción tipo III que permite la invasión) y SP2 (sistema de secreción III que le permite sobrevivir dentro de macrófagos)

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18 Mecanismo de patogénesis

19 1.-Exposición Puerta de entrada Mucosas, oral, piel, vía parenteral Reservorio otros humanos animales ambientales Contacto directo tos, estornudos, contacto físico Contacto indirecto vehículos (tierra, agua, comida) vectores organismos vivos fomites objetos inanimados Carbunco Piel DI50:10-50 endosporas Mucosa respiratoria (Inhalación) DI50: 1 x 10 4 Mucosa digestiva DI50: 1 x 10 6

20 2.- Adherencia: Pili Proteínas afimbriales Proteina de membrana intimina Proteínas receptoras secretadas por las propias bacterias

21 Adherencia específica Adhesinas/ligandos Implica la formación de uniones tipo ligando-receptor entre moléculas complementarias sobre cada una de la superficie celular Ej Neisseria gonorrhoeae Proteínas Opa CD 66 epitelio urogenital Glicocalix: Streptococcus mutans Formación de biopeclículas

22 Fimbrias: Escherichia coli fimbrias tipo I (tracto urinario) Proteina M: Streptococcus pyogenes Antígenos del factor de colonización CFA E. coli

23 3.- Invasión Penetración activa a través de la mucosa del hospedador o membranas del epitelio Penetración pasiva a través de lesiones en la piel, picaduras de insectos, heridas. Hialuronidasa Colagenasas Neuraminidasas Estreptoquinasa (fibrinolisina) y estafiloquinasa Fosfolipasas lecitinasas Hemolisinas Coagulasa estafilococica Invasinas

24 El sistema de secreción tipo III permite a las bacterias gram-negativas secretar e inyectar proteínas de patogenicidad en el citoplasma de las células huésped

25 Modelos de secreción tipo III Ejemplos: la biogénesis flagelar (izquierda) y la translocación de factores de virulencia en Yersinia (derecha). Se muestran los componentes del cuerpo basal del flagelo bacteriano que son homólogos a los del complejo aguja del sistema de translocación de factores de virulencia. Ambos sistemas presentan una serie de anillos en la MI y ME, conectados a través de un canal que cruza el periplasma. Las proteínas se translocan desde el citoplasma hasta el exterior celular por el interior de dichas estructuras. Para la secreción se requiere la energía de la hidrólisis del ATP

26 Penetración dentro del citoesqueleto de la célula Invasinas Salmonella Altera la actina al entrar a la célula hospedadora Usan la actina para moverse de una célula a otra Listeria

27 4.- Colonización y Crecimiento - Temperatura, ph, oxígeno. - Nutrientes (aminoácidos),vitaminas,factores de crecimiento, elementos traza (ej Fe) pueden no estar disponibles. - Control de la expresión de los genes de virulencia por factores ambientales. Ej: gen de la toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae es regulado por la concentración de Fe Bordetella pertussis es regulado por la temperatura del cuerpo.

28 Bacteria Sideróforo Proteínas portadoras Célula Lactoferrina Fe 3+ Fe 3+ Transferrina Fe 2+ Fe 3+ Fe 3+ Fe 2+ Receptor Hemoglobina Fe 2+ Mecanismos de captación de fierro. El hierro es un factor importante para el crecimiento de la mayoría de las bacterias. El mejor mecanismo por medio del cual las bacterias captan hierro son los sideróforos, compuestos de bajo peso molecular que quelan hierro con alta afinidad. Los sideróforos son producidos por la bacteria y excretados al medio donde se unen al hierro y el complejo sideróforo-hierro se une a receptores en la superficie bacteriana, una vez que se ha internalizado el complejo sideróforo-hierro, éste es roto para que libere el hierro en el interior de la bacteria. Algunas bacterias no solo producen sus propios sideróforos sino también producen receptores capaces de unir sideróforos producidos por otras bacterias.

29 4.- Crecimiento Evasión del sistema inmune Defensas del huésped Complemento Fagocitosis Anticuerpos Inmunidad mediada por células Los neutrófilos y macrófagos son las principales células del sistema inmune innato, capaces de prevenir que se establezca la infección a través de la unión e ingestión de los microorganismos invasivos mediante el proceso de fagocitosis.

30 Proceso fagocítico Microorganismo detectado por el fagocito o macrófago. El mecanismo lo rodea mediante seudópodos macrófago El fagosoma se funde con el lisosoma Digestión enzimatica en el fagolisosoma El material no digerido es expulsado por exocitosis. Esquema del proceso de fagocitosis. ( Adhesión e Ingestión (Endocitosis) La ingestión de microorganismos por las células fagocíticas ocurre a través de receptores de membrana, ej. receptores para manosa (MR), receptores Scavenger o de limpieza (SR), receptores para opsoninas, incluyen C3b (CR1) y C3bi (CR3), receptores Fc (FcγR), Formación del fagolisosoma

31 Evaden la acción de Anticuerpos Evasión del sistema inmune Mimetización antigénica Polisacáridos de la cápsula semejantes a la del hospedador Ej: Neisseria meningitidis Similitud con antígenos de Lewis en Helicobacter pylori Enmascaramiento por proteínas normales del hospedador Proteina A de S. aureus se une a la porción Fc de la IgG Variabilidad antigénica. Cambios en la composición antigénica de proteínas pili, Opa (proteína II) de Neisseria gonorrhoea. Heterogeneidad antigénica numerosos tipos antigénicos entre las cepas, ej. Proteína M (70 tipos) de S. pyogenes Degradación de anticuerpos, Ej:.IgAsa de Haemophilus influenzae

32 4.- Crecimiento Factores anti-fagocíticos extracelulares Inhiben el reclutamiento, la activación del complemento y la producción de citocinas. Ej Bordetella pertussis Muerte de los fagocitos por toxinas Cápsula evita la fagocitosis ya que impide la unión de la bacteria Ej.:S. pneumoniae La proteína M. S. pyogenes

33 Bacterias capsuladas Resisten mejor a la acción de la fagocitosis de las células del sistema inmune. Resistencia la desecación

34 Factores anti-fagocitarios intracelulares Inhibe la fusión del fagosoma-lisosoma Escape del fago (liso) soma hacia el citoplasma actuando sobre los filamentos de actina Ej: Shigella IscA; Listeria - ActA Inhibición del estallido respiratorio Modificación de la vacuola fagocítica Lisis de la membrana vacuolar Inducción de apoptosis Ej Listeria listeriolisina O Resisten a la acción del fagolisosoma M. tuberculosis

35 Toxigenicidad Exotoxinas son secretadas por las célula vivas Endotoxinas son parte de la pared celular son liberadas cuando el organismo muere

36 Exotoxinas Naturaleza química: proteínas letales toxoide afectan células específicas del hospedador Pueden viajar de una parte a otra del cuerpo (ej tóxina tetánica, diftérica) Tres tipos principales Toxinas A-B Toxinas citolíticas Toxinas Superantígenos

37 Exotoxinas A-B Compuestas por dos subunidades Subunidad A: componente activo actúa dentro en la célula hospedadora -Subunidad B: responsable de la unión a la célula hospedadora. Ejemplos: Toxina tetánica; afecta las neuronas inhibidoras que secretan glicina, se produce de acetil colina permanente contracción irreversible del músculo parálisis espástica. Toxina botulínica, parálisis flácida, bloquea a nivel de la placa motora la liberación de acetil colina. Toxina colérica, blanco: células intestinales

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39 Mecanismo de accion toxina botulinica y toxina tetanica

40 Exotoxinas citolíticas Destruyen la integridad de las membranas eucariotas Formadoras de poro Fosfolipasas Hemolisinas que actúan destruyendo eritrocitos

41 Toxinas Superantígeno 1. Se une a los TCR y activan a las células T 2. Genera una respuesta tipo Autoimmune: fiebre, diarrea, vómitos, shock tóxico 3. S. aureus =Toxina Sindrome del shock c tóxico S. pyogenes=> Toxina eritrogénica

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43 Endotoxina (LPS) Lípido A potente modificador de la respuesta biológica que puede estimular el sistema inmune de los mamíferos. Durante la enfermedad infecciosa causada por Bacterias Gram- negativas, la endotoxina liberada de las células que se multiplican tiene efectos similares sobre animales y contribuyen a los síntomas y patología de la enfermedad. Lípido A: Unión aminoéster a un disacárido NAG-P (ácidos orgánicos: caproico, láurico, mirístico, palmítico y esteárico)

44 Efectos fisiopatológicos Producen estado de inflamación generalizado Fiebre (estimula pirógenos endógenos). IL-1 TNF, aumento de permeabilidad, hipotensión Diarrea Disminución de leucocitos, plaquetas. Coagulación intravascular diseminada, Altas dosis pueden producir la muerte shock hemorrágico y necrosis tisular Toxicidad inferior a la de las exotoxinas DL 50 = 200 a 400 µg toxina botulínica DL 50 = 25 pg

45 Endotoxinas y Respuesta Pirogena

46 Toxinas bacterianas EXOTOXINAS Excretadas En G+ y G- Proteínas Inestables Muy antigénicas Muy tóxicas Producen toxoides Muy específicas Actividad enzimática Ocasionalmente dan fiebre ENDOTOXINAS Parte de pared celular En G - LPS Estables Poco antigénicas Toxicidad moderada No producen toxoides Poco específicas No tienen actividad enzimática Pirogénicas

47 Muchas Gracias!!