Universidad Nacional del Nordeste Facultad de Medicina
Carrera de Especialización en Bacteriología Clínica
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Unidad Temática 2
Relación Huésped-Bacteria 2
Factores determinantes de patogenicidad bacteriana Para poder manifestar su acción patógena las bacterias deben ser capaces de realizar los siguientes pasos: • • • • • •
Adherencia bacteriana Colonización Penetración Multiplicación Invasión Lesión tisular 3
Adherencia Supone la interacción del germen con la célula de la cual participan adhesinas y receptores. Adhesinas: fimbrias lipopolisacáridos proteínas de la membrana externa cápsulas flagelos ácidos teicoicos y lipoteicoicos polisacáridos extracelulares insolubles Receptores: gangliósidos o globósidos, fibronectina, colágeno, fibrinógeno 4
Fimbrias – Fimbrias P • Escherichia coli uropatógena – Fimbrias Tipo IV • Pseudomonas aeruginosa • Neisseria spp • Moraxella spp • Escherichia coli enteropatógena (ECEP) – Rizos • Escherichia coli • Salmonella enteritidis 5
Otras adhesinas – Escherichia coli • Adhesina Dra
– Helicobacter pylori • Adhesina Lewisb
– Bordetella pertussis • FHA
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Otras adhesinas – Neisseria gonorrhoeae • Prot. Mem. Ext. Opa
– Yersinia spp • Invasina
– Neisseria meningitidis • Prot. Mem. Ext. Opa
– Mycobacterium spp • Complejo BCG85 – Streptococcus pyogenes • Adhesinas p/m.e.
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Colonización Es el aumento en el número de bacterias en el sitio de adherencia. Para ello debe resistir los mecanismos de defensa mediante factores de agresión Mecanismos de defensa: Sistemas mecánicos de eliminación Fagocitos locales Flora normal Sustancias bactericidas (lisozima) Anticuerpos locales (IgA secretora) Factores de agresión de la bacteria: Mucinasas, glicosidasas o neuraminidasas Factores de superficie (cápsulas, antígenos de pared) Proteasas IgA Bacteriocinas
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Penetración
La mayoría de las bacterias necesitan, para manifestar su acción patógena, atravesar la barrera cutáneomucosa y penetrar en el organismo. La capacidad de penetración varía de un género a otro pudiendo clasificarse a las bacterias en tres grupos
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Penetración Bacterias sin capacidad de penetración: producen lesiones sin moverse del sitio de entrada.
Vibrio cholerae Bordetella pertussis Corynebacterium diphteriae Escherichia coli (ECET) Escherichia coli (ECEP)
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Penetración Bacterias con capacidad de penetración pasiva: necesitan un vector o un daño en la piel o mucosas.
Yersinia pestis Rickettsia tsutsugamushi
Clostridium tetani Staphylococcus epidermidis Pseudomonas aeruginosa
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Penetración Bacterias con capacidad de penetración activa: inducen en la célula los cambios necesarios para su internalización.
Shigella flexneri Salmonella enterica Neisseria gonorrhoeae Listeria monocytogenes
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Multiplicación La multiplicación en el tejido afectado lleva a la bacteria a alcanzar un número crítico que le permite iniciar la infección propiamente dicha. La multiplicación puede ser: • Extracelular – – – –
Linfa Sangre Espacio intersticial Otros líquidos biológicos
• Intracelular – Lisosomal – No lisosomal o vacuolar – Citosólico 13
Multiplicación intracelular (Lisosomal)
Fagosoma o endosoma Lisosoma
Ingreso por endocitosis o
Fusión
Salmonella Coxiella
fagocitosis 14
Multiplicación intracelular (Vacuolar)
Fagosoma o endosoma Lisosoma
Ingreso por endocitosis o fagocitosis
No Fusión
Mycobacterium Chlamydias Legionella 15
Chlamydias
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Multiplicación intracelular (Citosólico)
Fagosoma o endosoma Lisosoma
Ingreso por endocitosis o
Shigella Listeria Rickettsias
fagocitosis 17
Invasión Durante su multiplicación, las bacterias liberan sustancias que favorecen su difusión a las que llamamos “agresinas” y sustancias que interfieren en la fagocitosis o “impedinas”.
Agresinas Hialuronidasa, Lipasa, lecitinasa, neuraminidasa, Mucinasa, Proteasas, Ureasas, Dornasas (desdoblan el ADN de la célula huésped)
Impedinas: Proteína A del estafilococo, Hemolisinas, Coagulasa
IgA
proteasa,
Cápsulas,
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Evasión de la fagocitosis
Cápsula
Leucocidinas
Coagulasa
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Vías de difusión Las que toma la bacteria para invadir los tejidos del huésped pueden ser las siguientes: Contigüidad: ocurre en zonas húmedas o por destrucción del tejido subcutáneo. Linfática: generalmente ocurre dentro del fagocito a través de los órganos linfáticos Sanguínea: produciendo bacteriemias transitorias, intermitentes o persistentes. Algunas bacterias utilizan varias vías de difusión dependiendo de la localización inicial de la lesión (foco primario) mientras que otras sólo ocupan una de ellas en función de sus posibilidades biológicas. 20
Capacidad lesional o de daño tisular
La destrucción de los tejidos por parte de las bacterias en general corresponde a la producción de toxinas que se clasifican en: Exotoxinas: no forman parte de la estructura bacteriana y pueden ser liberadas en fase de crecimiento bacteriano o por lisis del germen. Endotoxinas: forman parte de la estructura bacteriana y se liberan cuando el germen es destruido. 21
Exotoxinas •
Son de naturaleza proteica.
•
Pueden ser codificadas por el cromosoma, plásmidos o estar en estado lisogénico.
•
Poseen elevada toxicidad
•
Son lábiles a la temperatura
•
Son altamente inmunógenas
•
Pueden convertirse en toxoides
•
Poseen una acción específica 22
Mecanismos de acción de las exotoxinas
Toxinas activas sobre la superficie celular
Toxinas solubles con un blanco intracelular
Toxinas liberadas directamente al citoplasma
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Toxinas que actúan sobre la superficie celular • Superantígenos • Toxinas que clivan moléculas superficiales • Toxinas formadoras de poros
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Superantígenos
Activan las células T y la secreción de citoquinas – Staphylococcus aureus • Enterotoxinas • Toxina exfoliativa
– Streptococcus pyogenes • Toxina eritrogénica • Exotoxina pirogénica
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Toxinas que clivan moléculas superficiales Producen cambios que alteran la permeabilidad tisular – Bacteroides fragilis • Enterotoxina
– Pseudomonas aeruginosa – Clostridium histolyticum
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Toxinas formadoras de poros Producen la salida de solutos y macromoléculas – Streptococcus pyogenes • Estreptolisina O – Bacillus cereus • Cereolisina O – Clostridium tetani • Tetanolisina – Clostridium botulinum • Botulinolisina 27
Toxinas formadoras de poros Producen la salida de solutos y macromoléculas – Clostridium perfringens • Perfringolisina O – Listeria monocytogenes • Listeriolisina O – Escherichia coli EH • Hemolisina – Bacillus anthracis • Antígeno protector 28
Toxinas solubles con un blanco intracelular
• Sobre la síntesis proteica • Generadoras de AMPc • Activación de kinasas celulares • Actividad de fosfolipasa • Sobre tráfico vesicular • Sobre endosomas y vacuolas
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Toxinas que actúan sobre la síntesis proteica Inhiben la síntesis proteica produciendo una rápida muerte celular – Corynebacterium diphteriae • Toxina diftérica – Pseudomonas aeruginosa • Exotoxina A – Shigella dysenteriae • Toxina Shiga – Escherichia coli Enterohemorrágica • Toxina Shiga-like o Verotoxina
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Toxinas generadoras de AMPc Producen cambios en la absorción y secreción de sodio y alteración en la función celular
– Escherichia coli Enterotoxigénica • Enterotoxina termolábil (TL) – Vibrio cholerae • Toxina colérica – Bordetella pertussis • Toxina pertussis • Adenilatociclasa – Bacillus anthracis • Factor de edema
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Toxinas que inactivan kinasas celulares que controlan la respuesta inmune Inducen la sobreproducción de citoquinas pro-inflamación por los macrófagos
– Bacillus anthracis • Factor letal
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Toxinas con actividad de fosfolipasa Destruyen los fosfolípidos de membrana
– Clostridium perfringens • Toxina alfa (Fosfolipasa C)
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Toxinas que afectan el tráfico vesicular Alteran la secreción de vesículas conteniendo mediadores – Clostridium tetani • Toxina tetánica (tétanoespasmina) – Clostridium botulinum • Toxina botulínica
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Toxinas que actúan sobre endosomas y vacuolas Inducen la formación de vacuolas intracelulares
– Helicobacter pylori • Citotoxina (VacA)
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Toxinas liberadas directamente dentro del citoplasma celular
Sobre la fosforilación Sobre proteínas G pequeñas Inductoras de apoptosis Sobre el citoesqueleto
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Toxinas activas sobre la fosforilación Interfieren en el crecimiento y proliferación de las células eucariotas e inhiben la fagocitosis
– Yersinia pestis • Proteinquinasa (YpkA)
– Escherichia coli Enteropatógena • Tirosinfosforilasa (TyrA)
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Toxinas que actúan sobre proteínas G pequeñas Alteran la membrana celular y reordenan el citoesqueleto
– Salmonella typhimurium • Enterotoxina (SopE) – Pseudomonas aeruginosa • Exoenzima S
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Toxinas inductoras de apoptosis Aceleran la muerte programada de las células
– Yersinia enterocolítica • (YopP) – Salmonella enterica • (SipB) – Shigella spp • (IpaB) 39
Sobre el citoesqueleto Inhibe la fagocitosis por el macrófago por despolimerización de los filamentos de actina
– Yersinia pestis • (YopE)
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Toxinas activas sobre la superficie celular
Superantígenos
Toxinas formadoras de poros
Toxinas con estructura A/B
Toxinas que clivan moléculas superficiales
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Superantígenos Toxina
Receptor
Membrana celular
TSST estafilocóccica Enterotoxina estafilocóccica Señal 42
Toxinas formadoras de poros Toxina
Estreptolisina O
Poro
Tétanolisina Listeriolisina O 43
Toxinas del tipo A/B Toxina
Difteria Tétanos Botulismo Endosoma 44
Toxinas del Tipo A/B
Toxina
Cólera Disentería
Endosoma
Golgi Núcleo
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R.E.R.
Toxina
MC Proteína de superficie
Daño celular 46
Toxinas liberadas directamente al espacio intracelular Bacteria Membrana celular Sistema de secreción
Factor tóxico 47
Sistema de Secreción Proteica Tipo III
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Bloqueo de la fagocitosis Bloqueo de la expresión de citoquinas Célula eucariota
Invasina
Abierto Cerrado
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Sistema de Secreción Proteica Tipo IV E. coli Enteropatógena
Agrobacterium Bordetella
Núcleo
Helicobacter
Legionella
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Endotoxinas •
• • • • • •
Constituyen el lipopolisacárido de la pared de las bacterias gramnegativas Son codificadas por el cromosoma Poseen toxicidad baja Son estables frente al calor Son poco inmunógenas No pueden transformarse en toxoides Poseen una acción inespecífica Fiebre (acción de pirógeno endógeno) Activación del Complemento (por la vía alterna) Activación de la cascada de la coagulación Quimiotaxis sobre leucocitos 51
ACCIÓN DE LAS ENDOTOXINAS BACTERIANAS Acción de las endotoxinas Factor de Hageman Inactivado (factor XII) Endotoxina bacteriana
Factor de Hageman activado
Mecanismo intrínseco de coagulación
Sistema en cascada del complemento
Proactivador del plasminógeno
Precalicreína
Precursor de Tromboplastina (Factor XI)
Vía vía alternativa clásica Factores C3a y C5a
Activador del plasminógeno
Calicreína Calicreína
Factor sanguíneo XIa
Ataque a la membrana
Plasminógeno
Bradicinógeno
Cascada de la coagulación
Anafilaxia Quimiotaxis
Plasmina
Bradicinina
Fibrinógeno a fibrina
Mediadores de la inflamación
Fibrinólisis
Vasodilatación Aum. permeabilidad
Inflamación Inflamación
Hemorragia interna
Hipotensión Hipotensión
Coagulación Intravascular Diseminada
Hemorragia interna
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La matriz extracelular
Definición de Biofilm: “Sistema biológico con un alto nivel de organización en el que las bacterias forman una comunidad estructurada, coordinada y funcional” 53
53
Zorreguieta A.- XIV JAM - 2011
Etapas en la formación de un biofilm: (Modelo a través de un análisis genético)
1) 2) 3) 4)
Unión inicial a una superficie Formación de microcolonias Maduración Dispersión
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Zorreguieta A.- XIV JAM - 2011
En las infecciones bacterianas Vida en biofilm vs. vida planktónica
• Menor penetración de los antibióticos • Resisten el hipoclorito o H2O2 liberado por los macrófagos • Resisten mas el estado de hambruna • Nuevo estado programado para protegerse • Sub-población de células persistentes 55
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Zorreguieta A.- XIV JAM - 2011
Estudio de la Virulencia
Identificar determinantes involucrados en la virulencia bacteriana y sus señales
Medir los niveles de su expresión durante la infección
Entender la interacción entre los factores bacterianos y el hospedero 56
Estudios bioquímicos
Presencia de factores estructurales Producción de enzimas Efectos citotóxicos Modelos animales
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Estudios moleculares
Fluorescencia diferencial PCR convencional RT-PCR in situ Microarray de ADN Hibridación in situ Citometría de flujo 58
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