UPCII M MicrobiologiaTeórica 19-20

2º Ano2015/2016

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Sumário

T19 20 MJC

D. O Ecossistema Oral Capítulo XVI. Formação do biofilme oral

Características gerais do crescimento em biofilme Formação e particularidades do biofilme oral Capítulo XVIII. Biofilme Oral - Colonização por

bactérias orais Mecanismos de adesão

Restrições impostas pelo hospedeiro à adesão microbiana Adesão e Metabolismo bacteriano Aderência Aderência “long-range” Adesão específica Adesinas e receptores das baterias orais

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O que são Biofilmes? Microrganismos que crescem associados a

uma superfície. Podem ser estudados relativamente a:

Condições ambientais que favorecem a sua formação.

Os produtos genéticos que é necessário estarem presentes para a sua formação.

Os genes que são activados e necessários para a manutenção do biofilme. (São diferentes dos anteriores?)

A arquitectura do biofilme. Os tipos de matriz extracelular existente no

biofilme.22-11-2015T19 20 MJC

HÁ QUASE TANTOS BIOFILMES DIFERENTES COMO BACTÉRIAS!

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BiofilmeOrganismo multicelular Metabolismo energético Alterações do fenótipo

Quorum sensing Formação do biofilme

Existência Arquitetura

Expressão de bacteriocinas Expressão de fatores de virulência

O próprio biofilme é fator de virulência

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Estudo dos biofilmes Confocal Scanning Laser Microscopy

Técnicas Moleculares: Clonagem Sequenciação em massa Sondas moleculares

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Estudos independentes de cultivo

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Biofilmes são estudados em muitos contextos Laboratorial:

interação entre as bactérias e as superfícies Interação entre as bactérias de biofilmes

multicamadas. Aplicações práticas:

Indústria Biofilmes indesejáveis Biofilmes desenhados para aplicações industriais

Medicina Corrosão associada a biofilmes microbianos que se

desenvolvem nas próteses. Modificação de superfícies de materiais para implantes Biofilmes saudáveis.

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Arquitectura do biofilme Monocamada

Interacção exclusiva com as superfícies Comuns nos estudos laboratoriais mas também

associados a situações in vivo. Podem também ser a fase inicial dos

multicamada. Multicamada

Adesão intercelular Pode acontecer sem superfícies abióticas Sinalização ambiental “comunicação entre as

bactérias”

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Biofilme monocamada Estruturas adesivas do biofilme monocamada

depende de: Adesinas pré-formadas:

Flagela Motilidade pode ser importante na associação à

superfície. Pili

Retrácteis também ajudam a puxar contra forças repulsivas

Adesinas sintetizadas em circunstâncias específicas As circunstâncias são essencialmente moléculas

sinalizadoras que quando presentes levam à alteração da expressão génica que condiciona o fenótipo. Por exemplo Pseudomonas fluorescens produz LapA (proteína de superfície que leva à adesão)

Adesinas específicas Usadas para aderir e invadir células de mamíferos com

a utilização de receptores específicos que são moléculas da MEC

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Biofilme monocamada Alteração da transcrição

Dificuldade no estudo por não conseguir muita quantidade de mRNA.

Genes que deixam de ser transcritos: Flagelos Repressão da expressão da toxina da colera (influencia

a capacidade de adesão e retenção? Ou depende da superfície de adesão?)

Genes que passam a ser transcritos quimiotaxia

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Biofilmes multicamada Pode localizar-se na superfície interna ou

externa de outro organismo. As bactérias gram (-) têm o polissacárido O

que lhes dá uma carga negativa. Não adesão.

No entanto podem ocorrer mutações no polissacárido ou a alteração das moléculas de superfície (cápsulas ou camadas externas) para promover a adesão.

Um dos aspectos mais estudados é a regulação da formação do biofilme multicamada

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Regulação da formação de biofilmes multicamada Sinais

Mecânicos Presença ou ausência de flagelo Espressão ou ausência de expressão de genes associados à

síntese e função do flagelo síntese de matrix extracelular Vibrio cholerae Bacillus subtilis

Nutritivos e Metabólicos Glucose e repressão catabólica

Glicose Indole (resulta da decomposição do triptofano em indole e

ac.pirúvico) Poliaminas

Moléculas inorgânicas Ferro Fosfato 22-11-2015T19 20 MJC

FACTORES SIGMA

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Regulação da formação de biofilmes multicamada Sinais

Osmolaridade Sinais do Hospedeiro

Bilis e V.cholerae H2O2 e Pseudomonas aeruginosa

Agentes antimicrobianos Triclorosano e trombacina em doses sub-

inibitórias Sinais de Quorum

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Composição da matriz de biofilmes multicamada Exopolisacarídeos Proteínas

Algumas que facilitam a adesão às superfícies DNA

eDNA parece essencial na formação de biofilmes de P.aeruginosa

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Biofilmes como alvos terapêuticos difíceis Difusão de antimicrobianos Tolerância a [antimicrobianos] Eh e pH alterados e inibidores Metabolismo baixo das bactérias Inativação do antimicrobiano por EPS Ação dificultada do SI do hospedeiro

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Biofilmes medicamente importantes Oral Tubagens e equipamentos em clinicas e

hospitais Associados a próteses Associados a cateters Associados a válvulas naturais “defeituosas”

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O Biofilme Oral – Placa dentária Muita matriz extracelular e algumas

células Composição muito diferente:

entre indivíduos entre dentes do mesmo indivíduo entre zonas do mesmo dente

Que fatores determinam essas diferenças? Quais as fases de formação do biofilme

oral? Formação da película aderida Transporte até ao local (movimentos

estocásticos ou determinados pelo fluxo salivar)

Interações estereoquímicas entre adesinas e recetores

Co agregação e co adesão Comunidade clímax 22-11-2015T19 20 MJC

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Bibliografia

T19 20 MJC 22-11-2015

Capítulo 14, 15

Capítulo 31-Secção Dental Plaque Biofilm

Sumário

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Capítulo XVIII. Biofilme Oral - Colonização por bactérias orais Mecanismos de adesão

Restrições impostas pelo hospedeiro à adesão microbiana

Adesão e Metabolismo bacteriano Aderência Aderência “long-range” Adesão específica Adesinas e receptores das baterias orais

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Colonização da cavidade oral

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Morte e expulsão

Colonização

Célula Bacteria

na

Compostos antimicrobianosExfoliaçãoAcção mecânica da língua

Propriedades de aderênciaBactérias sinergisticasNutrientespH

FLUXO

ADESÃO

Aquisição das bactérias oraisNascimen

to

• Colonização por contacto com objectos• Streptococcus (mitis e oralis), Haemophilus e Neisseria• Veículo é a saliva

Erupção dos

decíduos

• Colonização que se torna reconhecível• Essencialmente Streptococcus (1ºsanguis e depois mutans)e Actinomycetes

Adolescência

• Alterações hormonais• Anaeróbios G(-)

Adulto• Exercício físico, stress, função imunitária ou fluxo salivar• Tabagismo, consumo de hidratos de carbono e gravidez

3ª Idade• Alterações no fluxo salivar• Colonização por Candida

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Adesão bacteriana a superfícies A que aderem? Como aderem?

Estratégias para evitar a adesão.

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Adesão de curta e longa acção

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≠ NAS ≠ SUPERFÍCIES

É mais fácil colonizar HA ou mucosa? Mucosa expressa:

Fibronectina Laminina Proteínas proteoglicanos

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Capacidade de resposta de estímulos

Pode ser

nocivo

para o

hospe-

deiro

Como é que a bactéria se “aproxima” ?

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Bactéria

-----

-

--

-

-

-

Fimbria/fibrilhas

Fimbria/fibrilhas

+

+

++

+

aa apola

r

-+van der Waals

Atração hidrofóbica

Atração electroestáticaSuperfície

do hospedeir

o

Depois da atração inicial

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Bactéria

---

-

-

Fimbria/fibrilhas

Fimbria/fibrilhas

Ponte catiónica bivalente

Pontes de hidrogénio

Superfície do

hospedeiro+Ca+

Adesão de curta e longa acção

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Adesinas e RecetoresAdesinas RecetoresProteínas Galactose

Ácido SiálicoCadeias de hidratos de cabonoOligossacáridosProteínas: amilase

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Lectin-LikeProteína-açúcar

Têm sido identificadas muitas adesinas bacterianas e os seus receptores

específicos

Que outros recetores proteicos ligam

proteínas bacterianas?

Streptococci S. parasanguis – Fimbriae têm FbpA

fibronectina S. gordonii- Fibrilhas têm CshA/B

fibronectina S. cristatus fibrilhas Fusobacterium nucleatum S. mutans (AgI/II)

Película salivarAglutininas (gp340) Colagénio (dentina) Outras bactérias

AbpA e AbpB amilase

GBPs Glucanos

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Actinomyces naeslundii

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Fimbrias tipo 1 PRPs

Fimbrias tipo 2 Receptores

glicosídicos em células epiteliais

Outras bactérias orais Porphyromonas gingivalis FimA

PRPs Histatinas salivares Integrinas das células epiteliais

Aggregatibacter Flp pili e Ema Adesão a superfícies Proteína não fibrilar que liga colagénio

Fusobacterium nucleatum FadA Células epiteliais

Treponema denticola MSP Proteínas da Matriz

Tanerella forsythia BSPA Células humanas e proteínas da matriz

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Depois de estabelecerem esta adesão inicial o que acontece?

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Colonização

Infeção à superfíci

e

Invasão dos

tecidos

Invasão intra

celular

Mas as bactérias não aderem só à superfície…..

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Colonizadores 1ºs

Colonizadores 2ºs

EsmalteCS EPS

CS EPS

1 2

3 45

As bactérias orais recorrem a vários “substratos”

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Adesão promovida por outras bactérias Actinomyces (Fimbrias tipo 2)

Streptococci (polissacarídeos) Fusobacterium tem RaD e

galactose que ligam arginina e lectinas específicas para galactose e nacetilneuramic acid (peptidoglicano).

P. gingivalis adere a: colonizadores primários

(Streptococci) FimA gliceraldehído 3 fosfato

desidrogenase Mfa Antigénio I/II

Colonizadores tardios (Tanerella e Treponema) 22-11-2015T19 20 MJC 35

Adesão e Metabolismo Não são considerados juntos mas deviam Adesão duradoura pressupõem metabolismo Adesão é forma de garantir consórcio

metabólico

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Streptococci na cavidade nasofaringica Oligosacarídeos das glicoproteínas Mucinas

Hidrolases de glicano Sialidases Galactosidases Fucosidase

S.mutans e S.salivarus são eficientes a fermentar açucares levando à produção de ácido lático consumido por

Veillonella

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Co-dependência

Outros exemplo de co-colonização

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Interacção Benefícios

S.gordonii-P.gingivalis Adesão, potencial redox

S.gordonii-F.nucleatum

Adesão, potencial redox, ácidos gordos

F.nucleatum-T.forsythia

Factores de crescimento (Acido acetil murâmico)

P.pingivalis-T.forsythia

Peptideos e hemina

A coexistência das bactérias orais nem sempre é pacífica Competição indireta por

nutrientes espaço de adesão.

Competição direta por Bacteriocinas

Lantibióticos Contacto de FimA com a arginina deiminase da

superfície de Streptococcus cristatus reduz a expressão de FimA.

Peróxido de hidrogénio

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Bibliografia

T19 20 MJC 40 22-11-2015

Capítulo 13, 14