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Biologia de Microrganismos - 2º Semestre de 2012
23/03/2017
Prof. Cláudio 1
Patogênese das doenças bacterianas e relação bactéria-hospedeiro
Analice C. Azevedo
Março- 2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA
• Os microrganismos são ubíquos.
• Os ecossistemas são normalmente colonizados por uma ampla ediversa microbiota, formada principalmente por bactérias,fungos e vírus.
DIVERSIDADE E UBIQUIDADE MICROBIANA
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ECOSSISTEMAS MICROBIANOS NO CORPO HUMANO
• Nichos ambientais que fornece: nutrientes, umidade, pH e temperatura• Microbiota humana � numerosa, complexa e diversa• Thomas Luckey (1970): Número de células microbianas no nosso corpo:
100 trilhões• Número de células do nosso corpo: 10 trilhões (Proporção 10:1)
Correção: ”homem adulto que possuir aproximadamente 30 trilhões de células humanas,
possuirá também cerca de 39 trilhões de células da microbiota, o que resulta em uma
razão de 1.3 para 1”
• Os valores aceitos anteriormente → estimativas muito vagas
Apesar das diferenças apontadas por este trabalho publicado, osmicrorganismos encontrados dentro e fora do nosso corpocontinuam a ser extremamente importantes.
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�Caracterizar detalhadamente amicrobiota humana e analisar seu papelna saúde e na doença.
�Mudanças na composição damicrobiota – correlação com váriasdoenças
�Manipulação dessas comunidades –tratamento de doenças
Colonização ou infecção: utilizado para indicar a presença e multiplicaçãode um microrganismo em um hospedeiro.
Doença: ocorre quando se verifica uma alteração do estado normal doorganismo - alteração da homeostase.
Infecção pode existir sem doença detectável
Tanto a colonização quanto a doença resultam das inter-relações entre os microrganismos e seus hospedeiros
COLONIZAÇÃO X DOENÇA
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• A colonização do corpo humano• A colonização pode iniciar na
vida intra uterina• A colonização inicial
corresponde a uma sucessãoordenada de microrganismos,específica para cada região docorpo, até a formação de umacomunidade relativamenteestável.
RELAÇÕES ENTRE A MICROBIOTA E O HOSPEDEIRO
Os microrganismos que habitam os diversos sítios anatômicos do corpo humano e outros animais saudáveis
podem ser classificados em dois grupos:
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• Microrganismos presentes temporariamente nas superfíciesexternas e internas, geralmente adquiridos pelo contato direto como ambiente (bebidas, alimentos, objetos ou superfícies, poeira);
• Não patogênicos ou potencialmente patogênicos;
• Alteração nesse equilíbrio - podem proliferar-se e causar doença;
• Eliminados por lavagem.
• Microrganismos relativamente fixos em determinados sítios
• Podem apresentar papel específico, estabelecendo interaçõespositivas ou neutras (não produzem doença em condiçõesnormais).
• Apresentam diversificada habilidade metabólica que permite tantosua colonização em determinados sítios, quanto a coexistência unscom os outros.
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Representantes da microbiota residente em diferentes regiões do corpo
• Produção de substâncias que são utilizadas pelo hospedeiro (ácidosgraxos de cadeia curta, vitaminas complexo B e K)
• Degradação de componentes da dieta não degradados (fibras) pelasenzimas do hospedeiro.
• Desenvolvimento, modulação e maturação do sistema imune doshospedeiros
• Barreira contra colonização por patógenos (exclusão competitiva)
Papel importante na manutenção da integridade do hospedeiro, quando em equilíbrio em um sítio específico:
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Microrganismos podem se comportar como patógenos oportunistas,em situações de desequilíbrio ou ao serem introduzidos em sítiosnão específicos.
Exemplo:
E. coli no intestino delgado – inofensivo
E. coli no trato urinário – colonização –
infecção urinária (doença)
Caráter anfibiôntico
MICROBIOTA RESIDENTE
Simbiose – relação entre dois organismos na qual pelo menos um é
dependente do outro
Muitos microrganismosque fazem parte damicrobiota residente
Bactérias do intestino grosso que sintetizam vitamina K e B
– absorvidas pelos vasos sanguíneo
IG fornece nutrientes
Muitas bactérias causadoras de
doenças
RELAÇÕES ENTRE A MICROBIOTA E O HOSPEDEIRO
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• Competição por nutrientes, sítios de ligação, produção desubstâncias inibidoras
• Fator chave na manutenção do equilíbrio da microbiota
• Equilíbrio rompido – doença
EXCLUSÃO COMPETITIVA
Microbiota bacteriana normal da vagina mantém o pH em torno de 4
Inibe crescimento excessivo de C.
albicans
Alteração da microbiota normal da vagina – pH próximo a
neutralidade
Favorece crescimento de
C. albicans
vaginite
EXCLUSÃO COMPETITIVA
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Representantes da microbiota residente
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Atua:• Modulação do sistema imune;• Degradação de componentes não digeríveis da
dieta• Produção de ácido graxo de cadeia curta;• Proteção do epitélio intestinal contra patógenos;• Degradação de produtos tóxicos.
Papel importante na manutenção da integridade do hospedeiro, forte impacto na fisiologia e na nutrição do
hospedeiro e é crucial para a vida humana.
MICROBIOTA INTESTINAL
• Ambiente com baixo conteúdo de umidade
• Favorece crescimento de microrganismos resistentes à desidratação– cocos Gram positivos
• Principalmente nas glândulas apócrinas e folículo piloso
• 103 – 104 microrganismos/cm2
MICROBIOTA RESIDENTE DA PELE
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• Staphylococcus epidermidis - não patogênico na pele, mas se atingeoutros sítios (válvulas cardíacas artificiais, articulações prostéticas)pode causar doença
• Propionibacterium e Peptococcus (anaeróbios) – folículos maisprofundos da derme – tensão oxigênio mais baixa. P. acnes –patogênese da acne.
• Candida sp e Malassezia – se atingir a corrente sanguínea –infecção sistêmica
• Acinetobacter – Gram negativa que coloniza a pele
MICROBIOTA RESIDENTE DA PELE
Alta população microbiana
Poucos ou nenhum microrganismo
TRATO RESPIRATÓRIO
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• Geralmente não contém microrganismos
• Colonização transitória com secreções do trato respiratóriosuperior
• Bactérias da cavidade oral como S. pneumoniae, S. aureus,
Enterobacteriace – podem causar doença aguda nas vias aéreasinferiores.
TRATO RESPIRATÓRIO INFERIOR
Bactérias Doenças
Patogênese
MorbidadeMortalidadeEconômico
QUAL A IMPORTÂNCIA DE SE CONHECER A PATOGÊNESE DAS DOENÇAS BACTERIANAS
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Bactérias Doenças
Patogênese
MorbidadeMortalidadeEconômico
QUAL A IMPORTÂNCIA DE SE CONHECER A PATOGÊNESE DAS DOENÇAS BACTERIANAS?
Controle-Curso da infecção
- Disseminação transmissão
- Diagnóstico- Tratamento
(drogas)
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NO PROCESSO SAÚDE DOENÇA
Agente etiológico Hospedeiro
Ambiente
SAÚDEDOENÇA X
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Exposição
Infecção ou colonização - presença e multiplicação de uma bactéria em um hospedeiro, sem sinais e sintomas perceptíveis
Doença - alteração do estado normal do organismo
Morte
EXPOSIÇÃO X COLONIZAÇÃO X DOENÇA
Um microrganismo é um patógeno
se for capaz de causar doença
Patogenicidade – propriedade de um microrganismo de provocaralterações fisiológicas no hospedeiro, ou seja, capacidade deproduzir doença.
Virulência – Grau de patogenicidade, determinada pelos fatoresde virulência expressos pelas células.
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O resultado da relação bactéria-hospedeiro depende da:
Fatores de virulênciaX
Patogenicidade do microrganismo
Resistência do hospedeiro
Mecanismo de defesa
MECANISMOS BACTERIANOS DE PATOGENICIDADE
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o Membranas mucosas(Trato respiratório,gastrintestinal, geniturinário,conjuntiva)
o Pele
o Via parenteral
PORTAS DE ENTRADA
Trato respiratórioInaladas para dentro da cavidade nasal ou boca
– gotículas de umidade ou partículas de pó
Bactéria Doença
Streptococcus pneumoniae Pneumonia
Mycobacterium tuberculosis Tuberculose
Bordetella pertusis Coqueluche
PORTAS DE ENTRADA
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Trato gastrintestinalAlimentos e água
Bactéria Doença
Shigella spp Shigelose
Salmonella enterica Salmonelose
Salmonella typhi Febre tifoide
PORTAS DE ENTRADA
Trato geniturinárioPorta de entrada de patógenos sexualmente transmitidos
Membranas mucosas íntegras ou presença de cortes
Bactéria Doença
Neisseria gonorrhoeae Gonorreia
Treponema pallidum Sífilis
Chlamydia trachomatis Uretrite
PORTAS DE ENTRADA
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Pele ou via parenteralPele íntegra – impenetrável para maioria das bactéria
Cortes, ferimentos, injeções - favorecem a entrada
Bactéria Doença
Clostridium tetani Tétano
Rickettsia rickettsii Febre maculosa
Clostridium perfringens Gangrena gasosa
PORTAS DE ENTRADA
Salmonella typhi – sinais e sintomas quando ingeridas (via preferencial); se emcontato com a pele – sem colonização.
Pré-requisito para serem capazes de causar doença
Alguns podem iniciar doença a partir de mais de uma porta de entrada. Ex:Bacillus anthracis
Streptoccocus pneumoniae – se inalados (via preferencial) podem causarpneumonia; se ingeridos – sem colonização.
PORTAS DE ENTRADA PREFERENCIAL
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Estruturas, produtos ou estratégias que contribuem para o aumento dacapacidade da bactéria de causar doença
FATORES DE VIRULÊNCIA
MECANISMOS BACTERIANOS DE PATOGENICIDADE
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Geralmente é específica, dependente do reconhecimento bactéria-hospedeiro
• Adesinas - localizadas em estruturas de superfície da célula e interagem comreceptores das células do hospedeiro.
ADERÊNCIA
Cápsula
Flagelos
ADERÊNCIA
Fímbrias
Pilus
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E. coli aderida nas células da bexigahumana
E. coli entero-hemorrágica O157:H7 aderida às
microvilosidades intestinais
ADERÊNCIA
Biofilmes –Comunidades estruturadas de células
microbianas envolvidas por exopolissacarídeos e
aderidas a superfícies
Biofilme – placa dental
FATORES RELACIONADOS À ADESÃO
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MECANISMOS BACTERIANOS DE PATOGENICIDADE
• Fatores anti-fagocitose – bloqueiam a fagocitose.Cápsula, componentes da parede celular
Como os patógenos bacterianos escapam das defesas do hospedeiro?
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Como os patógenos bacterianos causam danos às células hospedeiras?
Utilização de nutrientes do hospedeiro –removem ferro das proteínas transportadorasdo hospedeiro.
Dano direto – a própria aderência e invasão da bactéria– danos e lise das célulashospedeiro.Ex: Shigella, E. coli, Salmonella
Sideróforo – enterobactinaSalmonella spp e E.coli
Como os patógenos bacterianos causam danos às células hospedeiras
Endotoxina – lipídeo A do LPS
Exotoxina – produzidas e liberadas no meio• Citotoxina• Neurotoxina• Enterotoxina
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• Coagulase – coagula o fibrinogênio no sangue, forma coágulo – protege abactéria da fagocitose e a isola de outras defesas do hospedeiro.
Staphylococcus aureus
PRODUÇÃO DE ENZIMAS
• Colagenase – hidrólise do colágeno que forma os tecidos conectivos de músculos eoutros tecidos e órgãos. Células do hospedeiro fracamente aderidas - disseminação dabactéria.
Streptococcus spp
Clostridium perfringens
PRODUÇÃO DE ENZIMAS
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Invasinas – causam o rearranjo dos filamentos de actina do citoesqueleto celular– internalização da bactéria
PRODUÇÃO DE ENZIMAS
Neurotoxina – Clostridium botulinum
Toxina botulínica – age nas junções neuromusculares e impede a transmissão de impulsos para músculo (não se contrai)
PRODUÇÃO DE TOXINAS
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Enterotoxina – Vibrio cholerae
Aumento da secreção de líquidos e eletrólitos pelas células intestinais – diarreia intensa
Diarreia intensa
PRODUÇÃO DE TOXINAS
Endotoxinas
Parte da porção externa da parede celular das bactérias Gram-negativas.
Bactérias Gram negativas mortas liberam endotoxina – induz efeitos como febre,inflamação, diarreia, choque e coagulação do sangue
PRODUÇÃO DE TOXINAS
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ENDOTOXINA E A RESPOSTA PIROGÊNICA
Propriedade Exotoxina Endotoxina
Fonte bacteriana Gram positiva Gram negativa
Gram negativa
Relação com a bactéria Produto metabólico Presente LPS
Propriedade química Proteína Lipídeo
Efeito no organismo Específica para estrutura ou função
Geral –produzem mesmo efeito
Indução de febre Não Sim
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MECANISMOS BACTERIANOS DE PATOGENICIDADE
Portas de entrada
Rotas de transmissão
Portas de saída
• Secreções, excreções ou tecidos quedescamam
• Geralmente é a mesma da porta de entrada• Trato respiratório, gastrintestinal,
geniturinário e pele• Várias portas de saída – podem disseminar
entre hospedeiros susceptíveis
PORTAS DE SAÍDA
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Barreiras físicas e químicas
FATORES RELACIONADOS AO HOSPEDEIRO
Fatores de proteção do hospedeiro• Respostas imunes inatasProporcionam respostas locais rápidas ao desafio de uma bactériaSistema complemento, neutrófilos, macrófagos e células natural killer• Respostas imunes adaptativasIdentificam, atacam e eliminam as bactérias de forma específicaAnticorpos e células T
Macrófago fagocitando bactérias
Antígeno - anticorpo
FATORES RELACIONADOS AO HOSPEDEIRO
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Fatores de risco do hospedeiro
• Idade
- Crianças: mais susceptíveis às infecções (intestinais e respiratórias)
- Idosos: mais susceptíveis às infecções respiratórias.
• Estresse e dieta
- Fontes de estresse fisiológico (fadiga, dieta pobre, desidratação, mudançasclimáticas bruscas) – aumentam a incidência e gravidade das doenças infecciosas.
• Hospedeiro comprometido
- Um ou mais mecanismos de defesa estão inativados –maior vulnerabilidade
FATORES RELACIONADOS AO HOSPEDEIRO
“O jogo da patogênese”
INTERAÇÕES BACTÉRIA-HOSPEDEIRO
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(Microbe, 2006)
Quais são cartas das bactérias? “As cartas de virulência”
Cada fator de virulência é considerado uma carta que pode contribuir para a patogenicidade bacteriana
(Microbe, 2006)
Conjunto de diferentes cartas e trocas de cartas
“As cartas de virulência”
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Quais são as cartas do hospedeiro? “As cartas de defesa”
As cartas do hospedeiro: barreiras químicas e físicas, resposta imune inata,resposta imune adaptativa, imunização, tratamento, diagnóstico, prevenção
pele pH ácido
macrófago anticorpo
campanhas de vacinaç
ão
neutrófilos
diagnóstico
antimicrobiano
O resultado do jogo da patogênese
- Quais cartas cada jogador possui
- Como as cartas são usadas
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