Interação bactéria-hospedeiroInteração bactéria-hospedeiro

Interação bactéria-hospedeiro

Interação Helicobacter- célula durante infecção gástrica

Bactérias aderidas a células intestinais

Controle Microbiano

Esterilização: Destruição ou remoção de todas as formas de vida de um objeto ou habitat.

Desinfecção: Inibição, morte ou remoção de vários microrganismos patogenicos e saprofitas, sem eliminar todas as formas de vida.

Sanitização: Processo que leva a redução dos microrganismos, a níveis seguros, de acordo com os padrões de saúde publica (elimina 99,9% das formas vegetativas).

Anti-séptico: Produto que evita a infecção em tecidos, seja inibindo ou matando os microrganismos. Aplicados em tecidos vivos, geralmente, menos tóxicos que os desinfetantes (agentes aplicadas em materiais inanimados).

Germicida: mata microrganismos, mas não endosporos.

Simbiose Interação íntima durável entre dois

organismos Comensalismo

• A bactéria não causa danos nem beneficia ao hospedeiro– algumas bactérias comensais da flora normal

Mutualismo Parasitismo• A bactéria e seu

hospedeiro se beneficiam – grande parte das bactérias da flora normal

• O hospedeiro é danificado pelo parasita (neste caso, a bactéria)

Conceitos importantes!!!• A bactéria pode se estabelecer e se multiplicar no corpo do

hospedeiro Infecção x Colonização

causando doença – sem causar doença

• Carreador: hospedeiro colonizado por uma bactéria patogênica sem apresentar sintomas de infecção

• Patógeno: microrganismo capaz de causar doença

• Alguns componentes da flora normal são potenciais patógenos (Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae)

Patógeno oportunista

causa infecção em hospedeiros com sistema de defesa comprometido. Uma bactéria da flora normal pode se tornar um patógeno oportunista.

Patogenicidade ou VirulênciaCaracterística estrutural, bioquímica ou genética que confere a bactéria a capacidade de causar doença

Fatores de virulência x Mecanismos de defesa

Flora normalMistura de organismos regularmente encontrados em qualquer

sítio anatômico. Podem causar doenças sob certas condições.

• Sítios normalmente livres de microorganismos- sangue, músculos, cérebro etc

• Sítios colonizados -tecidos de superfície pele, membranas das mucosas.

Flora Transiente vs. Residente– Transiente

• Derivada do meio• Reside por horas, dias ou semanas• Patogênica• Não-patogênica

– Residente• Relativamente fixa• Se restabelece caso afetada

Flora normal de humanos• É composta por centenas de espécies bacterianas

• Composição depende de sexo, nível de estresse, fatores genéticos, idade, estado nutricional e dieta do indivíduo

• Interação flora normal/humanos → mutualismo - a flora normal recebe suprimento nutricional, proteção,

ambiente estável, temperatura constante, transporte; - o hospedeiro recebe certos benefícios nutricionais,

estimulação do sistema imune, exclusão de patógenos em potencial

• Adaptação ao tecido do hospedeiro: interações bioquímicas entre componentes da superfície da bactéria (ligantes ou adesinas) e receptores moleculares da célula do hospedeiro

Números de organismos por grama de tecido ou fluido ou por cm2 de pele.

Corpo humano: 1013 células1014 bactérias

Flora microbiana normal relativamente estável

Número de bactérias que colonizam partes do corpo

Áreas colonizadas pela flora normal

Defesas naturais

Determinantes da flora normal: pH, temperatura, potencial redox, oxigênio, água, aporte de nutrientes.

Outros fatores: Peristaltismo, saliva, secreção de lisozimas e de imunoglobulinas, muco

Flora normal exibe preferência por certos tecidos• Tropismo:

• tecido fornece fatores de crescimento essenciais• tecido contém substâncias danosas às células bacterianas

(lisozima, sais biliares, ácidos etc.)

• Bactérias que ocupam mais de um nicho

Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Corynebacterium spp. (Pele, conjuntiva, nariz, faringe, boca, intestino delgado, uretra anterior, vagina)

• Bactérias que ocupam um só nicho: Bactéria Tecido• Corynebacterium diphtheriae garganta• Streptococcus mutans dentes• Streptococcus salivarius língua• Vibrio cholerae epitélio do intestino delgado

Interação bactéria-hospedeiro• Ligantes bacterianos encontram receptores

específicos em certos tecidos do hospedeiro

Estruturas bacterianas normalmente envolvidas: pili/fimbrias, proteínas de superfíciecápuslas polissacarídicas

ácido lipoteicóico

• Algumas bactérias constroem biofilmes na superfície de tecidos ou são capazes de colonizar biofilmes construídos por outras bactérias

Biofilmes• Comunidades de bactérias aderidas a superfícies, constituídas por micro

colônias e micro canais, protegidos por uma matriz polimérica. As células nos biofilmes são mais resistentes a antibióticos, biocidas, e a forças hidrodinâmicas – Estilo de vida predominante das bactérias na natureza!

Biofilme ecossistema estruturado , dinâmico, que atua de maneira coordenada; composto por uma única ou múltiplas espécies; em uma variedade de superfícies bióticas e/ou abióticas; associações de microrganismos e de seus produtos extracelulares.

Dinâmica de formação de um biofilme:

Colonizadores primários: aderem a uma superfície, contendo proteínas ou outros compostos orgânicos. Formação de micro-colônias que sintetizam uma matriz exopolissacarídica (EPS) Aderência de colonizadores secundários. Os colonizadores secundários podem aderir diretamente aos primários, ou promover a formação de co-agregados com outros microrganismos.

As bactérias podem se organizar em comunidades com diferentes graus de complexidade

Desenvolvimento de um biofilme. (a) Colonização primária de um substrato; (b) crescimento, divisão celular e produção do exopolissacarídeo (EPS), com o desenvolvimento de micro-colônias; (c) co-adesão de células, originando um biofilme jovem, de múltiplas espécies; (d) maturação e formação de mosaicos clonais no biofilme maduro.

Doenças associadas à biofilmes:

> Infecções de implantes: válvulas cardíacas, cateteres, lentes de contato, etc.

> Em tecidos:Infecções pulmonares: Pseudomonas aeruginosa.Periodontite: Porphyromonas gingivalis - coloniza uma grande área de superfícies orais direta ou indiretamente, sendo capaz de invadir as células das mucosas e liberar toxinas.

Biofilmes x Formas planctônicas Mais resistentes a antibióticos Menor taxa de crescimento Menos susceptível ao sistema imune

Composição da flora normal• Varia com a espécie animal

• Varia dentro de uma única espécie (ex.: humanos – sexo, idade, dieta, nutrição, nível de estresse... )

• Flora normal de humanos - razoavelmente constante e permite um descrição geral

Flora normal - benefícios

Previne colonização por competir por:• sítios de ligação• nutrientes essenciais

Evita o crescimento bacteriano por produzir : ácidos graxos, peróxidos (H2O2), bacteriocinas que matam ou inibem outras espécies bacterianas

Estimula a produção de anticorpos de reações cruzadas – bactérias da flora normal induzem produção de anticorpos que podem dar reação com antígenos de patógenos relacionados, evitando infecção e invasão

Camundongos “germ-free”

Ausência de flora bacterianaAlterações fisiológicas, anatômicas e imunológicasMenor motilidade intestinalAtonia intestinal é a principal causa de morte Pouca imunoglobulina no soro e secreções

Principais benefícios da flora normal do trato GI

• Importância da flora normal do TGI

1) Sintetizam e excretam vitaminas. Bactérias entéricas produzem vitamina K e B12; bactérias láticas produzem certas vitaminas do tipo B.

2) Previne colonização por patógenos. Ex.: dose de infecção para animais germ-free é de 10 células de Salmonella, em animais convencionais é de 106!

3) Flora normal antagoniza outros organismos, produzindo substâncias (ácidos graxos, peróxidos, bacteriocinas).

4) Estimula o desenvolvimento de certos tecidos – ceco de animais germ-free é alargado, paredes finas e cheio de líquido; tecido linfático mal desenvolvido.

Wikipedia

I- Flora normal da pele

• Flora transiente: em contato com o ambiente.

• Flora residente- densidade e composição variam em cada sítio anatômico :

– áreas de alta umidade: axila, virilha, entre dedos dos pés, couro cabeludo – camadas superficiais da epiderme (adulto ~ 2

m2) parte superior dos folículos capilares, glândulas sebáceas.

Bactérias mais comuns: Staphylococcus epidermidis (não-patogênico) e S. aureus (patógeno em potencial) na face e nas mãos

Infecção por S. aureus

II- Flora normal da conjuntiva

• Conjuntiva: membrana mucosa da parte externa do globo ocular e parte interna da pálpebra.

• Baixa concentração de bactérias, apesar da variedade

• Conjuntiva é mantida úmida e saudável pela secreção continuada das glândulas lacrimais que contém lisozima

• Patógenos que causam infecção têm que aderir e suportar os efeitos da lisozima.

• Flora: Staphylococcus epidermidis e Propionibacterium acnes (+ comuns)S. aureus, Haemophilus sp. e Neisseria sp.,

(ocasionalmente).

III- Flora normal da cavidade oral

• Presença de nutrientes, debris celulares e secreções favorecem o crescimento de inúmeras bactérias.

- após o nascimento – boca estéril - colonização após a primeira alimentação: 4-12 horas

(Lactobacilli, Streptococci sps)

- após o primeiro dente– colonização por Streptocpccus mutans, S. sanguis (aderem superfície não epitelial) e outras espécies anaeróbicas colonizam as cavidades que dão suporte aos dentes

• Adulto: 108 bactérias/mL de saliva; ~700 espéciesEx: Bacteroides ( 1 gênero, anaeróbicas Gram-) e

Espiroquetas (6 gêneros, Gram-)

IV- Flora normal do trato respiratório superior

• Fossas nasais (narinas): contêm grandes quantidades de bactérias- Staphylococcus epidermidis, Corynebacteriae (bastonetes Gram+); em alguns casos, S. aureus (patógeno, presente em 20% da população nos USA).

• Naso e orofaringes (partes da faringe atrás da boca e nariz): contém um grande número de espécies bacterianas

• Seios paranasais (regiões laterais do nariz): estéreis

Seios paranasais

Flora normal do trato respiratório inferior

• Traquéia, brônquios e tecidos pulmonares: livres de bactérias devido ao epitélio ciliado; camada de muco que retém bactérias que podem ser expelidas pela tosse, espirro ou deglutição.

• Danos ao epitélio (bronquite, cigarro, etc) tornam o hospedeiro susceptível à infecção por patógenos da nasofaringe (Haemophilus influenza, Streptococcus pneumoniae, Bordetella pertussis)

• Varia com a idade, condições culturais, dieta e uso de antibióticos.

• Varia ao longo do trato, de forma longitudinal e horizontal (lumen vs. epitélio)

Esôfago: contém as bactérias da saliva e alimentos

Estômago: ambiente ácido limita o número de bactérias a 10/mL, principalmente lactobacilos tolerantes a ácido.

Algumas pessoas (50% da população dos USA) são

portadoras de Helicobacter pylori, que causa a úlcera gástrica e pode causar câncer no duodeno.

Trato GI superior

V- Flora normal do trato gastrointestinal (GI)

Helicobacter pylorii (gram -), flagelada e com forma espiral. Produz adesinas e a enzima urease (converte uréia em amônia e CO2, que posteriormente é convertido a bicarbonato).

Flora normal do trato GI inferior• Intestino delgado superior :

(duodenum e jejuno)

- <103 bactérias/mL fluido devido ao ácido do estômago, bile e secreções pancreáticas: Lactobacilli, Enterococcus faecalis

• Intestino delgado inferior: (íleo)

- ~108 bactéria/mL devido ao aumento do pH: Lactobacilli, Enterococcus faecalis, Bacteroides, Bifidobacteria e Coliformes microbiota similar a do intestino grosso

• Intestino grosso:

- 109-1011 bactérias/mL- > 350 espécies

E. coli = 0,1% da população total (coliformes)

- Enterococos, Lactobacilos, especialmente organismos anaeróbicos

- Um adulto excreta ~ 3x1013 cels bactérias/dia 25%-35% da massa das fezes = bactéria

Flora normal do TGI- intestino grosso

Local (adulto) Bactéria/g

duodeno 103-106

jejuno e íleo 105-108

ceco e cólon transverso 108-1010

cólon sigmoide e reto 1011

Flora Normal – Trato gastrointestinal

VI- Flora normal do trato uro-genital• Trato urinário superior: rins, ureteres e

bexiga- normalmente estéreis

• Uretra anterior: Trato urinário constantemente lavado pela urina estéril. Número pequeno de bactérias do trato gastrointestinal (S. epidermidis, E. coli. Enterococcus faecalis)

• Vagina: colonizada por uma variedade de bactérias (E. coli, Staphylococcus, Streptococcus, outras bactérias Gram+) e uma produtora de ácido lático, Lactobacillus acidophillus (Bacilo de Doderlein) que degrada glicogênio em ácido lático reduzindo o pH. Predomina durante o período reprodutivo da mulher, que vai da puberdade à menopausa.

Flora normal - riscos e oportunismo

“Condições clínicas que podem ser causadas pela flora normal”

Flora oportunista• Bactérias da flora normal podem se tornar patógenos oportunistas.

•Ex;S. aureus, Streptococcus mutans, Enterococcus faecalis, Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, etc.

- Quebra da barreira da pele ou mucosa por traumaCirurgia da boca pode levar a abscesso de osso, pulmão e cérebro

- Tratamento de dentes: Streptococci na corrente sanquínea chegam ao coração onde podem aderir a válvulas previamente danificadas por febre reumática endocardite

• Bactéria da flora normal pode infectar outros sítios.Ex: E. coli da flora do TGI pode infectar o pulmão (casos raros)

Flora normal da cavidade oral• Danos mais comuns:

- Placa dentária- material aderente ao dente → bactérias (S. mutans, S. sanguis) constituem 60-70% do volume da placa, produtos bacterianos extracelulares → biofilme

- Cárie dentária: destruição do esmalte por ácido lático e outros ácidos orgânicos acumulados nas placas- S. mutans

- Infecções periodontais: afetam as estruturas que dão suporte aos dentes (gengiva, membrana periodontal, ossos alveolares). Ex.: gengivite (bactérias anaeróbicas)

Placa dentária Cárie dentária Gengivite

Probióticos/Prebióticos• Probióticos

– Organismos vivos administrados oralmente para manutenção da saúde

– Mechanism de ação (?): competição com outras bactérias; estimulação de imunidade não específica

– Espécie específica

• Prebióticos– Alimentos não-digeríveis pelo hospedeiro que estimulam o

crescimento e atividade da microbiota do trato GI, especialmente bifidobactérias e lactobacilos

– Tipicamente um carboidrato: fibra solúvel

“ Probióticos são microorganismos vivos que quando administrados em quantidades adequadas conferem benefícios á saúde do hospedeiro. Podem ser usados na prevenção ou tratamento de doenças”

Bactérias de importância Bactérias de importância médicamédica

Bactérias de importância médica

• Causadoras de doenças mortais: tifo, tuberculose, difteria, peste negra, etc.

• Algumas desapareceram com a introdução de práticas de higiene, purificação de água e antibióticos

• No entanto, novos patógenos bacterianos apareceram, e “velhos” (S. aureus, Mycobacterium tuberculosis) ressurgiram:

- com novos fatores de virulência (um produto bacteriano ou estratégia que contribui para a habilidade de causar infecção)

- novo padrão de resistência a antibióticos

Principais grupos de patógenos

• Espiroquetas

- Grupo filogeneticamente distinto- Características – células finas,

espiraladas, flexíveis, movimentam-se por meio de endoflagelo

• Leptospira interrogans – causa a leptospirose, doença infecciosa febril, aguda, potencialmente grave

• Treponema pallidum– causa a sífilis, uma doença sexualmente transmitida (DST)

• Espirilos

- Características- Gram-, - helicoidais ou espirais, flagelo polar• Campylobacter jejuni – descoberto em 1975. Maior

responsável por infecção alimentar em países desenvolvidos, infecção TGI -diarréia

• Helicobacter pylori – coloniza a mucosa do estômago, causando úlcera péptica

C. jejuni- coloniza o GI da galinha e é transmitida via fecal-oral; infecta humanos através de água contaminada, ovos, carne de aves ou leite.

• Pseudomonas

- Características - Gram- , bastonetes crescem em condições aeróbicas e anaeróbicos (facultativo)

• Pseudomonas aeruginosa – típico patógeno oportunista de humano, infecta qualquer tecido cujas defesas estejam comprometidas. Maior causadora das infecções hospitalares. São habitantes comuns do solo e água, e ocorrem regularmente na superfície das plantas.

• Bactérias entéricas - Características - Gram- , bastonetes ,

vivem no TGI (Escherichia coli e outros membros da família).

• E. coli – espécie típica, indicador de poluição de água, cresce rapidamente.

E. coli O157:H7– infecção do trato intestinal (colite hemorrágica com possíveis complicações renais)

Outras cepas de E. coli – infecções do trato urinário, meningite neo-natal.

• Outros gêneros representantes do grupo: Salmonella (gastro-enterite), Shigella (disenteria), Yersinia (diarréia)

• Vibrios

- Características- Gram-, bastonetes encurvados (vibriões)- Ex: V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. vulnificus• Vibrio cholerae O1 – causadora da cólera, doença

diarréica- responsável por 7 pandemias.• V. parahaemolyticus- causadora de diarreia• V. vulnificus- causadora de infecções de ferimentos,

septicemias pela ingestão de alimentos contaminados (frutos do mar)

• Cocos piogênicos

- Características- filogeneticamente não relacionados, bactérias esféricas, causam uma variedade de infecções purulentas

• Gram+– Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae (principais patógenos humanos, infecções de garganta, pneumonia, várias doenças de pele).

• Gram-– Neisseria gonorrhoeae e N. meningitidis (gonorréia, meningite)

• Bactérias formadoras de esporos- Características– em geral bastonetes- Gram+, formam endosporos

- Bacillus (aeróbicos) e Clostridium (anaeróbicos): produtores de toxinas potentes

• B. anthracis– causa o antraz; produz uma toxina letal. Mecanismo de ação da toxina não é claro, envolve queda nos níveis de O2, aumento da permeabilidade vascular, falhas respiratória e cardíaca.

• C. botulinum– intoxicação alimentar.• Toxina absorvida pelo TGI superior passa p/ o sangue

e atinge as sinapses periféricas neuromusculares. A toxina se liga aos terminais pré-sinápticos e bloqueia a liberação do neurotransmissor acetilcolina necessário para a estimulação muscular.

• Outras espécies de Clostridium patogênicas: tetani (tétano), perfringens (intoxicação alimentar), difficili (colite pseudo-membranosa).

G – GlicinaA – Acetilcolina (o bloqueio da liberação permite o relaxamento muscular).

Sintomas: espasmos musculares.

São provocados pelos mais pequenos impulsos, como barulhos e luzes, e continuam durante períodos prolongados.

Primeiro sinal de tétano é o trismus (contração dos músculos mandibulares, não permitindo a abertura da boca).

Inibição do relaxamento muscular

Rickettsias e Chlamidias- Características– filogeneticamente não-relacionadas,

parasitas intracelulares obrigatórios de eucariotos.

• Chlamidia trachomatis – causador do tracoma, infecção que causa cegueira; doença sexualmente transmissível.

• Rickettsias sp. – tifo, febre maculosa, etc.

• Actinomicetos e bactérias relacionadas

- Características– Gram+ que cresce em filamentos, algumas cepas podem formar esporos

• Streptomyces sp. – principais produtores de antibióticos (tetraciclinas, estreptomicina, novobiocina, cloranfenicol, etc.)

• Mycobacterium tuberculosis – causador da tuberculose.

• Mycobacterium leprae – causador da lepra.

Encontro bactéria x hospedeiro

• Bactéria exógena vs. endógena: infecção e flora normal

• Fontes: alimentos, água, ar, fluidos corporais (sex, catarro, aerosol etc), insetos, animais.

Requisitos para o desenvolvimento de doenças

A maioria dos patógenos bacterianos são transmitidos de pessoa a pessoa

a. Surperfície da pele

b. Mucosas em contato com o meio exterior, através de:

i. ingestãoii. inalaçãoiii. sex

c. Inoculação direta: trauma, picada, injeção, cirurgia, etc

Entrada: contato inicial

Adesão: i. surperfície da mucosa com flúidos-

bactéria deve se ligar para não ser removida

ii. interações específicas ligante-receptor

iii. Estruturas

• pili/fimbrias

• proteínas de surperfície

• matriz extracellular polissacarídica e ácido lipoteicóico (Gram+)

Interação: bactéria-hospedeiro

Patógenos extra e intracelulares

Estabelecendo uma infecção• Colonização: multiplicação e manutenção –

Competição com a flora normal

Moléculas produzidas pela célula bacteriana afetam a estrutura e a resposta da célula hospedeira

Invasão da célula hospedeira

Célula responde a bactéria alterando sua superfície, o que permite a invasão da bactéria e de outras sps nas proximidades

Células M da mucosa intestinal são fagocíticas e podem ser vir de porta de entrada para bactérias

Endotoxinas

LPS (lipopolissacarídeos) ou Endotoxina - Face externa da membrana externa.Provocam febre, choque e eventualmente morte, quando injetados em animais. Molécula complexa, composta por 3 regiões distintas: lipídeo A, polissacarídeo central e cadeia polissacarídica lateral O, ou Antígeno O.

Endotoxinas

Lipídeo A – ancora o LPS à porção hidrofóbica da membrana externa. Porção tóxica do LPS (geralmente é composto por ácido esteárico, palmítico, mirístico, láurico ou capróico). Está ligado a um dissacarídeo de NAcGlicosamina-P. A porção polissacarídica é composta pelo polissacarídeo central e pelo polissacarídeo O (repetitivo). Antígeno O – geralmente composto por 3 a 5 açúcares bastante peculiares e variáveis. Os açúcares podem ser modificados pelos microrganismos - mecanismo de evasão do sistema imune.

Resposta intracelular mediada por LPS

Principais fatores de virulência

Mecanismos de Resistência

Bactérias podem causar doença por 2 mecanismos principais:

Produção de toxinas e/ou enzimas:- exotoxinas: polipeptídeos secretados pelas células;- endotoxinas: LPS presentes na parede celular de Gram negativas.Tanto as endo quanto as exotoxinas podem causar sintomas independentemente dapresença da bactéria no hospedeiro. Invasão e inflamação:Bactérias invasivas penetram e se multiplicam nos tecidos, induzindo a resposta inflamatória (eritema, edema, calor e dor).

Etapas de Patogênese

1 – transmissão a partir de uma fonte externa para a porta de entrada;2 – evasão das defesas primárias do hospedeiro como a pele e a acidez doestômago;3 – aderência às membranas mucosas, normalmente através de fímbriasbacterianas;4 – colonização e multiplicação no sítio da infecção;5 – Sintomas da doença causados pela produção de toxinas ou pela invasãoacompanhada por inflamação;6 – respostas do hospedeiro inespecíficas ou específicas (sistema imunológico)durante a invasão,multiplicação ou produção de toxinas;7 – Prosseguimento ou término da doença.

Mecanismos de desenvolvimento de patologias associadas às infecções

Mecanismos Gerais de Defesa

Mecanosmo de transmissão de virulência Diferentes formas de dano

Hematopoiese Medular

Eritroblasto

Hemoglobina

Mitocôndria

HemeALA2

CO + Fe2+ + Biliverdina

Bilirrubina O2, Fe2+

Heme Oxigenase BiliverdinaRedutase

Citoplasma

Núcleo

Ativação do sistema imune inato via Toll