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

16

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

23

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

41

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

45

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

48

Bloqueo de la fagocitosis Bloqueo de la expresión de citoquinas Célula eucariota

Invasina

Abierto Cerrado

49

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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54

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

55

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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