Factores de virulencia

Lic. en Bioquímica- Lic. en Biotecnología 2016

Objetivos •Entender las interacciones perjudiciales entre los microorganismos y el hombre • Identificar los factores de virulencia que participan en el proceso de infección y en la patogenicidad • Nombrar los métodos de evasión del sistema inmune y describir los mecanismos antifagocitarios • Clasificar y describir el mecanismo de acción de las exotoxinas • Describir la estructura de la endotoxina y sus efectos tóxicos en el hospedador • Establecer las diferencias entre endotoxina y exotoxina

Interacciones entre los Microorganismos y el Hombre

Muy pocos microorganismos producen enfermedad

Algunos son potencialmente patógenos

La mayoría de los microorganismos no producen enfermedad

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

HOSPEDADOR

AMBIENTE

Tríada de enfermedad infecciosa

DEFENSAS CONSTITUTIVAS Se deben considerar los siguientes aspectos: •Resistencia de especie • Edad • Sexo • Estrés • Malnutrición • Enfermedad recurrente • Estado inmunitario

¿Qué es un factor de virulencia ? To

Flagelo

as xin

Plásmido

Membrana externa LPS

Cápsula Pili

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 infección inaparente sin síntomas clínicos asintomática o subclínica

Definiciones

Patogenicidad: 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

Invasividad: Capacidad de un organismo para penetrar, sobrevivir a las defensas, multiplicarse y diseminarse. Toxigenicidad: Capacidad de ciertos organismos para producir exotoxinas

¿Qué es un Patógeno? 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)

RELACIÓN CON LA CÉLULA HOSPEDADORA Membrana celular Intracelulares facultativos Brucella, Mycobacterium, Listeria

Intracelulares obligados Clamidias, Rickettsias, Virus

Célula hospedadora

Extracelulares Staphylococcus, Neisseria, Clostridium,

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 DL50 Dosis infectiva – el número de organismos requeridos para establecer una infección • ej. Shigella spp – 100 organismos vs. Salmonella spp – 106organismos

Cómo determinar que un patógeno es el agente causal de una enfermedad ? Microorganismos soaislados del animal enfermo o muerto

Los microorganismos crecen enl un Ecultivo puro

El microorganismo esinyectado en un animal Sano de laboratorio

La enfermedad se reproduce en el animal de laboratorio

Los microorganismos son identificados

Los microorganismos son aislados desde el animal enfermo y crecen en cultivo puro

De acuerdo a los postulados de Koch, una enfermedad infecciosa es causada por un microorganismo específico Etiología de la enfermedad infecciosa

Los microorganismos son identificados

Los microorganismos desde el hospedador enfermo causan la misma enfermedad en el animal de laboratorio

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

Invasividad y Toxicidad

Invasividad Crecimiento en grandes cantidades Streptococcus neumoniae

Toxicidad Factores de virulencia que son importantes en la patogenia por Salmonella .

Capacidad de causar daño debido a toxinas Clostridium tetani

Factores de virulencia Helicobacter pylori

Aspectos genéticos de los factores de virulencia Los factores de virulencia pueden estar codificados por:

• Plásmidos • Transposones (SI, complejos, conjugativos) • Islas de patogenicidad

Codifican adhesinas , invasinas, toxinas, sistemas de secreción, captación del hierro etc. 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)

Mecanismos de patogenicidad Cantidad de microorganismos Puerta de entrada Mucosas Vías respiratorias Tracto gastrointestinal Tracto genitourinario Piel Via parenteral

Adherencia

Penetración o evasión de las defensas del hospedador Cápsulas Componentes pared celular Biofilm Enzimas Variación antigénica Invasinas Desarrollo intracelular

Daño en las células del hospedador Sideróforos Daño directo Toxinas (Exo y endotoxinas) Conversión lisogénica Efectos citopáticos Puerta de salida Secreciones Excreciones Exudados Restos de tejido

Diseminación de la Infección 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 Carbunco Piel DI50:10- 50 endosporas Mucosa respiratoria (Inhalación) DI50: 1 x 104 Mucosa digestiva DI50: 1 x 106

Adherencia: Pili Proteínas afimbriales Proteína de membrana intimina Proteínas receptoras secretadas por las propias bacterias Ej E. coli fimbrias tipo I (tracto urinario) Antígenos del factor de colonización CFA E. coli

Factores que contribuyen a la patogenicidad. Evasión de las defensas Cápsulas Resisten las defensas del hospedador porque alterar la fagocitosis (S. pneumoniae; K. pneumoniae). Previenen la adhesión de la célula fagocítica a la bacteria Componentes de la pared celular Sustancias químicas que contribuyen a la virulencia Proteina M: S. pyogenes (resistente al calor y ácidos) Favorecen la fijación de la bacteria y contribuyen a la resistencia de fagocitocis N. gonorrhoeae crece dentro de cél epiteliales y leucocitos (fimbrias y PME Opa-CD66 epitelio urogenital

ADHESINAS ADHESINAS BACTERIANAS BACTERIANAS

Pilina

Pelo o fimbria

Adhesina específica

Carbohidrato receptor: •D-manosa •Ácido siálico Otras adhesinas: •Proteínas ligadoras de fibronectina •Filamentos de hemoaglutinina •Cápsulas y slime

Enzimas (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 .

Hialuronidasa Colagenasas Neuraminidasas Estreptoquinasa y estafiloquinasa Fosfolipasas lecitinasas Hemolisinas Coagulasa estafilococica

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

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 La adhesión a las cél del hopedador desencadena señales que activan factores que permiten el ingreso de la bacteria. El mecanismo lo provee el citoesqueleto de la célula

•

Invasinas S. typhimurium: Altera la actina al contacto con la célula hospedadora • Usan la actina para moverse de una célula a otra – Listeria – Shigella

Festoneado de la membrana Plasmática de la célula hospedadora

Factores que influyen la colonización y crecimiento - Temperatura, pH, oxígeno. - Nutrientes (aminoácidos),Vitaminas ,factores de crecimiento, elementos traza (ej Fe) pueden no estar disponibles. - Eritritol presente en placenta de vacas favorece el crecimiento de B. abortus - Control de la expresión de los genes de virulencia por factores ambientales. Corynebacterium diphtheriae: gen de la toxina diftérica es regulado por la concentración de Fe

Sideróforo

Bacteria

Proteínas portadoras

Célula

Lactoferrina

Fe3+ Fe3+ Fe3+ Fe2+

Transferrina

Fe2+

Fe3+ Receptor Hemoglobina

Fe2+

El hierro es un factor importante para el crecimiento de la mayoría de las bacterias. La captación es por los sideróforos que son producidos por las bacterias y quelan hierro con alta afinidad. Son excretados al medio y el complejo sideróforo-hierro se une a receptores en la superficie bacteriana, una vez que se ha internalizado el complejo sideróforo-hierro, éste es roto para que libere el hierro en el interior de la bacteria.

4.- Crecimiento Evasión del sistema inmune Defensas del huésped Complemento Fagocitosis Anticuerpos Inmunidad mediada por células 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 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

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),

El material no digerido es expulsado por exocitosis. Esquema del proceso de fagocitosis. (http://perionetblog.blogspot.com)

Formación del fagolisosoma

Proceso fagocítico

Evasión del sistema inmune 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

Factores anti-fagocíticos extracelulares

Inhiben el reclutamiento, la activación del complemento y la producción de citocinas. Ej Bordetella pertussis 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 fagolisosoma 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 Ej Listeria – listeriolisina O Resisten a la acción del fagolisosoma M. tuberculosis

Daño en las células hospedadoras Producción de toxinas. Toxigenicidad • Exotoxinas – son secretadas por las célula vivas • Endotoxinas –son parte de la pared celular – son liberadas cuando el organismo muere

Exotoxinas Naturaleza química: proteínas letales 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

Toxina botulinica. Toxina tetanica

Exotoxinas citolíticas

Destruyen la integridad de las membranas eucariotas Formadoras de poro

Fosfolipasas

Hemolisinas que actúan destruyendo eritrocitos

Toxinas Superantígeno

1. Se une a los TCR y activan a las células T 2. Genera una respuesta tipo Autoimmune: fiebre, diarrea, vómitos, shock tóxico 3. S. aureus =Toxina Sindrome del shock c¡tóxico S. pyogenes=> Toxina eritrogénica

http://digital.csic.es/bitstream/10261/4806/1/tesis%20fueyo.pdf

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.

Lípido A: Unión aminoéster a un disacárido NAG-P (ácidos orgánicos: caproico, láurico, mirístico, palmítico y esteárico)

Efectos fisiopatológicos 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 DL50 = 25 pg

Endotoxinas y Respuesta Pirogena

Toxinas bacterianas EXOTOXINAS

•

Excretadas

ENDOTOXINAS • Parte de pared celular

• En G+ y G-

• En G -

• Proteínas

• LPS

• Inestables

• Estables

• Muy antigénicas

• Poco antigénicas

• Muy tóxicas

• Toxicidad moderada

• Producen toxoides

• No producen toxoides

• Muy específicas

• Poco específicas

• Actividad enzimática

• No tienen actividad enzimática

• Ocasionalmente dan fiebre

• Pirogénicas

Muchas Gracias!!