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Mecanismos de virulência em bactérias. Bactérias patogênicas possuem um vasto arsenal de organelas de superfície e de moléculas com atividade tóxica para o hospedeiro conquista e ocupação de diferentes nichos, no curso da infecção Ferramentas para a aderência, colonização e invasão : - PowerPoint PPT Presentation
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Mecanismos de virulência em bactérias
Bactérias patogênicas possuem um vasto arsenal de organelas de superfície e de moléculas com atividade tóxica para o hospedeiro
conquista e ocupação de diferentes nichos, no curso da infecção
Ferramentas para a aderência, colonização e invasão :
moléculas proteicas monoméricas e complexos multiméricos que realizam funções altamente sofisticadas – verdadeiras nanomáquinas...
1. Aderência às mucosas > colonização > elaboração de toxinas Aderência;multiplicação local e colonização – microcolonias, biofilmes, quorum-sensing;elaboração de toxinas;
2. Aderência às mucosas > penetração > multiplicação local ou invasão sistêmica
invasão de superfícies epiteliais, endoteliais ou tecidos;sobrevivência intracelular
Aderência bacteriana a células – observação por microscopia de imunofluorescência
Estratégias bacterianas para aderir a células do hospedeiro
Pili e fímbrias –organelas proteicas, projetam-se da superfície bacteriana
inicialmente descritas em bactérias Gram-negativas
distinção sutil entre pili e fímbrias – organelas dedicadas exclusivamente a aderência
organização geral : haste cilíndrica ancorada a membrana externa, com região diferenciada na extremidade distal, a adesina, dedicada a ligação com um receptor celular
Fimbria P ou Pap (pyelonephritis-associated pilus)
Escherichia coli uropatogenicas envolvidas em lesão renal (pielonefrite)
Aderência bacteriana via fímbrias – etapas do processo
Codificação dos genes da fímbria Pap - cluster gênico
conjunto de genes regulatórios e biossintéticos:coordenam a síntese das subunidades da fimbria,
chaperoninas e proteinas de ancoragem (usher) na membrana externa
biogênese pela via “chaperonina-usher”
a chaperonina periplasmica PapD transporta as subunidades da plataforma de montagem situada
na membrana externa (PapC)esta plataforma facilita a translocação para a
superfície bacteriana das subunidades formadoras da fimbria
(haste e adesina distal – PapG)
biogênese da fimbria Pap
Fimbria tipo 1 – outra fimbria encontrada em E. coli saprófitas e em cepas patogênicas, inclusive UPEC
associadas a infecções urinárias baixas
Adesinas não fimbriais
são produzidas por bactérias Gram-negativas e Gram-positivas
Pili tipo IV
apresentam grande interesse - encontrados em bactérias Gram–negativas patogênicas
Escherichia coli enteropatogenica, Salmonella Typhi, Pseudomonas aeruginosa, Legionella pneumophila,
Neisseria meningitidis, Neisseria gonorrhoeae, Vibrio cholerae
Pili tipo IV de Vibrio cholerae (TCP) – apresenta-se como feixes de fibrilas; permite ligações laterais,
formando agregados bacterianos nas mucosas
Escherichia coli enteropatogênicas também produzem pili tipo IV (BFP) - microcolônias sobre
células epiteliais cultivadas in vitro , observadas em microscopia convencional e eletrônica
Adesinas em bactérias Gram-positivas predominam adesinas não-fimbriais:Clostridium perfringens, Actinomyces,
Streptococcus agalactiae, S. mutans, S. pneumoniae, Staphylococcus aureus
interações com proteinas da matriz extracelular (colágenos, lamininas, elastina, hialuranos) e
glicoproteinas (fibronectina, vitronectina, fibrinogênio)
ligação direta às proteínas
exploração da capacidade de ligação da proteina (especialmente fibronectina) a outros substratos (células, tecidos)
enorme capacidade de modulação da atividade adesiva
Estratégias de bloqueio da aderência bacteriana
Quorum-sensingsistemas que regulam a expressão de genes em função da densidade bacteriana local
mecanismo geral das bactérias
em patógenos – opera na regulação da expressão de genes de virulência:
produção de toxinas, enzimas líticas, biofilmes, estruturas de superfície etc.
molécula autoindutora, secretada pela bactéria e receptor intracelularo receptor intracelular, ativado pela ligação com a molécula autoindutora, atua sobre o gene promotor do gene de virulência, levando à sua expressão
Com o aumento da densidade bacteriana, aumenta a concentração do autoindutor e a saturação dos
receptores; estes se ativam totalmente e induzem a regulação positiva (transcrição) de genes de
virulência – proteases, toxinas, fimbrias, biofilme etc.
Mecanismos de quorum-sensing em Pseudomonas aeruginosa
Produção de toxinas
Estratégias de bloqueio do QS – (i) inibidores da ligação autoindutor-receptor ou (ii) inibição da síntese
do autoindutor
Toxinas bacterianas
1880 – filtrados de culturas de Corynebacterium diphteriae reproduziam a doença em animaisexotoxinas – proteínas ou peptídeos, são secretadas e interagem com receptores específicos, nas células-alvo
exotoxinas AB – região catalítica (A) e região de ligação ao receptor celular (B)em alguns casos, a toxina secretada requer digestão proteolítica no ambiente, para ser ativa – botulismo
alvos das exotoxinas AB: inibição de síntese protéica, interferência na
transdução de sinais, ação sobre a polimerização de actina, ação sobre o
tráfego de vesículas endossomicas
Exemplo de exotoxina AB – toxina Shiga de Escherichia coli enterohemorrágica
Interrupção da síntese protéica na célula-alvo pela clivagem enzimática e remoção de um nucleotídeo
(adenina) do RNA 28S do ribossoma, impedindo a sua interação com os fatores de alongamento 1 e 2
Outras exotoxinas:toxinas ativas em membranas:
não penetram nas células ou possuem domínios catalíticos
principais famílias: formadoras de poros – citolisinas termo-estáveis – ligam-se a receptores e estimulam cascatas de transdução de sinais superantígenos – ligam um componente do complexo principal de histocompatibilidade a receptores de linfócitos T, promovendo interação independente do antígeno e determinando a estimulação policlonal dos linfócitos.
Os quatro principais grupos de exotoxinas bacterianas
Endotoxinasnatureza lipopolissacarídica – LPS (porção lipídica)são liberadas pela lise bacterianainteragem com receptores em inúmeras células:
macrófagos, linfócitos B, células endoteliais etc.determinam a liberação de citocinas pró-inflamatórias como IL-1, TNF-alfa, IL-6, prostaglandinas
A liberação maciça de LPS:ativa o complemento, causa hipotensão,
vasodilatação e choque, determina hemorragias nos capilares, ativa a cascata da coagulação -
coagulação intravascular disseminada
Produção de toxinas
exotoxinas e endotoxinas
Invasinas1) associação com integrinas e internalização
integrinas e caderinas – transmitem sinais bioquímicos e força mecânica entre a membrana celular e o citoesqueleto de actinamicrorganismos que ligam-se a estas moléculas podem explorar as suas propriedades – internalização
alvo mais comum – integrinas da classe alfa5 beta 1
embebidas na membrana celular, estas proteínas transmembrana estabelecem ligações com a matriz
extracelular, ligando-se a fibronectina
Integrina – molécula transmembrana, conecta o citoesqueleto a matriz extracelular
Matriz extracelular
citoplasma
tração
invasina de Yersinia enterocoliticaintimina de Escherichia coli enteropatogênica
possuem alta afinidade por integrinas - simulam a estrutura das fibronectinasocorrendo a interação invasina-integrina, a região citoplasmática da integrina recruta componentes que operam como sítios de ligação para proteínas associadas ao citoesqueletoa) ativação da cinase FAKb) ativação de proteínas reguladoras de actina:
GTPases como Rac1 e Arf6c) produção local de fosfatidilinositol 4,5 difosfato, mensageiro secundário que determina a ativação e localização de moléculas reguladoras de actina
Integrina – molécula transmembrana, conecta o citoesqueleto a matriz extracelular
Bactéria com invasina
citoplasma
tração
bactériainvasina
Invasão de célula epitelial por Yersinia enterocolitica – ligação entre invasina e integrinas; a força mecânica
gerada promove a entrada da bactéria
E-caderina – ligação entre células vizinhas (junções oclusivas)
Listeria monocytogenes interage com a caderina e sofre internalização
tração
2) Sistema de secreção tipo 3 e invasãoa montagem do SST3 é estimulada pelo contato com
a membrana da célula-alvocluster de genes responsáveis pela síntese de:
a) cerca de 20 proteínas estruturais participam da formação de uma agulha (ou injetissoma) que atravessa a parede celular bacteriana e a membrana plasmática da célula-alvo;
b) chaperoninas – proteínas especializadas, servem como molde para a dobradura de subunidades proteicas, protegendo-as da degradação ou oligomerização prematura;
c) proteínas efetoras, injetadas na célula-alvo;
d) proteínas reguladoras da atividade do SST3
Diagrama e imagens ao microscopio eletrônico do SST3 ; organização dos genes em uma ilha de patogenicidade
Proteinas efetoras são translocadas por um SST3 e exercem várias funções: ativação de GTPases, modulação do
metabolismo do inositol-polifosfato, despolimerização da cofilina – resulta em mobilização local da membrana (ruffling) e
internalização bacteriana
Estudos in vitro empregando a infecção de células epiteliais vem decifrando a dinâmica em tempo real da atividade das moléculas efetoras translocadas pelo SST3
em Salmonella enterica, a translocação é muito rápida;ocorre a partir de um “pool” de SipA pré-formado;todo o “pool” pode ser injetado entre 100-600 segundos
em Shigella flexneri, os efetores IpaB e IpaC pré-sintetizados são mantidos em associação com chaperoninas;disponíveis para injeção imediatamente após o contato com a célula-alvo
Estratégias bacterianas para assegurar a infecção intracelular: intralisossomal – em compartimentos acídicos e hidrolíticos que interagem com a rede endossomica da célulaCoxiella
intravacuolar – em vacúolos não acídicos que interagem pouco ou não interagem com a rede endossomicaSalmonella – remodela o fagossomo > ilha de patogenicidadeMycobacterium – bloqueia a maturação do fagossomo
citoplasmática – o patógeno liberta-se do fagossoma e passa a residir no citoplasma Shigella, Listeria, Riquétsias
Destino das bactérias intracelulares – sobrevivência e replicação
Espalhamento célula-célula de patógenos intracelulares:
Shigella flexneri - microscopia eletrônica e microscopia de imunofluorescência
Motilidade intracelular e passagem entre células através das membranas adjacentes