Factores de virulencia

Factores de virulencia Determinantes de la acción patógena. Factores antifagocitorios Objetivos Entender las interacciones perjudiciales entre los microorganismos y el hombre 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 Describir el paradigma de la infección exposición, adherencia, invasión, colonización y crecimiento Nombrar los métodos de evasión del sistema inmune y describir los mecanismos antifagocitarios Clasificar y describir el mecanismo de acción de las tres categorías de exotoxinas Describir la estructura de la endotoxina y sus efectos tóxicos sobre los tejidos del hospedador Establecer las diferencias entre endotoxina y exotoxina Microbiología General Lic. en Bioquimica 2014 Interacciones entre los Microorganismos y el Hombre Muy pocos microorganismos producen enfermedad Algunos son potencialmente patógenos 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. PATÓGENO La mayoría de los microorganismos no producen enfermedad HOSPEDADOR AMBIENTE Triángulo de enfermedad infecciosa

DEFENSAS CONSTITUTIVAS Se deben considerar los siguientes aspectos: Toxinas Qué es un factor de virulencia? Flagelo Resistencia de especie Edad Sexo Estrés Malnutrición Enfermedad recurrente Estado inmunitario Pili Cápsula Plásmido Membrana externa LPS Cualquier característica genética, bioquímica o estructural que le permite al microorganismo producir enfermedad infecciosa en el hospedador. 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 Patogenicidad: Definiciones 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

Definiciones Qué es un Patógeno? Invasividad: Capacidad de un organismo para penetrar, sobrevivir a las defensas, multiplicarse y diseminarse. Toxigenicidad: Capacidad de ciertos organismos para producir exotoxinas 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) Intracelulares facultativos Brucella, Mycobacterium, Listeria Intracelulares obligados Clamidias, Rickettsias, Virus RELACIÓN CON LA CÉLULA HOSPEDADORA Membrana celular Célula hospedadora 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 Extracelulares Staphylococcus, Neisseria, Clostridium,

Cómo hacemos para determinar que un patógeno es el agente causal de una enfermedad? POSTULADOS DE KOCH Invasividad y Toxicidad 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 Invasividad Crecimiento en grandes cantidades Streptococcus neumoniae 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 Factores de virulencia que son importantes en la patogenia por Salmonella. Toxicidad Capacidad de causar daño debido a toxinas Clostridium tetani Factores de virulencia Helicobacter pylori 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

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

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 2.- Adherencia: Pili Proteínas afimbriales Proteina de membrana intimina Proteínas receptoras secretadas por las propias bacterias Carbunco Piel DI50:10-50 endosporas Mucosa respiratoria (Inhalación) DI50: 1 x 10 4 Mucosa digestiva DI50: 1 x 10 6 Adherencia específica Adhesinas/ligandos Implica la formación de uniones tipo ligando-receptor (uniones covalentes) entre moléculas complementarias sobre cada una de la superficie celular Adhesinas: proteínas de pared celular que se fijan a moléculas receptoras específicas sobre la célula hospedadora y capacitan a la bacteria para adherir íntimamente a esa célula, colonizar y resistir la eliminación física Adhesinas en la pared bacteriana Membrana celular del hospedador Receptor Fimbrias Ej Neisseria gonorrhoeae Proteínas Opa CD 66 epitelio urogenital Antígenos del factor de colonización CFA E. coli

Pilina ADHESINAS ADHESINAS BACTERIANAS BACTERIANAS 2.- Adherencia Adherencia - Glicocalix: Streptococcus mutans Fimbrias: Escherichia coli fimbrias tipo I (tracto urinario) Proteina M: Streptococcus pyogenes Formación de biopeclículas Pelo o fimbria Adhesina específica Carbohidrato receptor: D-manosa Ácido siálico Otras adhesinas: Proteínas ligadoras de fibronectina Filamentos de hemoaglutinina Cápsulas y slime 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. 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 Hialuronidasa Colagenasas Neuraminidasas Estreptoquinasa y estafiloquinasa Fosfolipasas lecitinasas Hemolisinas Coagulasa estafilococica Invasinas

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 Yops son proteínas que se insertan en el citoesqueleto de células eucariotas 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 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.

Bacteria Sideróforo Proteínas portadoras Lactoferrina Célula 4.- Crecimiento Evasión del sistema inmune Defensas del huésped Fe 2+ Fe 3+ Fe3+ Receptor Fe 3+ Transferrina Fe 3+ Fe 2+ Complemento Fagocitosis Anticuerpos Inmunidad mediada por células Hemoglobina Fe 2+ 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. Proceso fagocítico Evasión del sistema inmune 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. (http://perionetblog.blogspot.com) 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 Evaden la acción de Anticuerpos 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

4.- Crecimiento Bacterias capsuladas Factores anti-fagocíticos extracelulares Inhiben el reclutamiento, la activación del complemento y la producción de citocinas. Ej Bordetella pertussis Resisten mejor a la acción de la fagocitosis de las células del sistema inmune. Resistencia la desecación 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 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 Toxigenicidad Exotoxinas son secretadas por las célula vivas Endotoxinas son parte de la pared celular son liberadas cuando el organismo muere Ej Listeria listeriolisina O Resisten a la acción del fagolisosoma M. tuberculosis

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 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 Resumen

Exotoxinas citolíticas Toxinas Superantígeno Destruyen la integridad de las membranas eucariotas Formadoras de poro 1. Se une a los TCR y activan a las células T 2. Genera una respuesta tipo Autoimmune: fiebre, diarrea, vómitos, shock tóxico Fosfolipasas 3. S. aureus =Toxina Sindrome del shock c tóxico S. pyogenes=> Toxina eritrogénica Hemolisinas que actúan destruyendo eritrocitos 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. http://digital.csic.es/bitstream/10261/4806/1/tesis%20fueyo.pdf Lípido A: Unión aminoéster a un disacárido NAG-P (ácidos orgánicos: caproico, láurico, mirístico, palmítico y esteárico)

Efectos fisiopatológicos Endotoxinas y Respuesta Pirogena 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 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 Muchas Gracias!!