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Disciplina: Microbiologia e Imunologia Aula 5: Interações microbianas com o homem Apresentação O limite entre a colonização de micro-organismos no nosso corpo e o aparecimento de uma doença depende de inúmeros fatores, entre eles o estado imune do hospedeiro e as características dos micro-organismos que permitem ultrapassar essas defesas. Nesta aula, conheceremos os mecanismos patogênicos e saberemos por que a transferência de genes em micróbios é fundamental para a consciência das medidas de ações individuais preventivas. Objetivos Identi�car os tipos de relações entre micro-organismos e o homem; De�nir patogenicidade, infectividade e virulência; Reconhecer as bases �siológicas dos micro-organismos patogênicos. Relações do micro-organismo e o hospedeiro Se alguém pedir para um grupo dar exemplos de micro-organismos conhecidos, provavelmente a grande maioria só se lembraria daqueles que provocam doenças. Isso é bem compreensível. Desde os primeiros agrupamentos em pequenas sociedades, o homem precisou se proteger de muitas epidemias e fatalidades. Isso contribuiu para essa sensação coletiva de que existem muito mais micro-organismos perigosos do que podemos sequer contabilizar. Não é verdade: a maioria dos micro-organismos não é patogênica ao homem. Eles conseguem manter relações bené�cas com várias espécies de animais. Dependendo do tipo de relação com o homem e os outros seres vivos, os micro-organismos, ao compartilharem o mesmo ecossistema, são classi�cados em diferentes níveis de cooperação. Esse compartilhamento é conhecido como simbiose. A simbiose é uma relação a longo prazo entre dois organismos de espécies distintas. Essa relação pode ser bené�ca ou não para ambos os indivíduos envolvidos. As relações simbióticas consideradas bené�cas são de três tipos: Clique nos botões para ver as informações. É quando uma das espécies se bene�cia dessa relação sem causar danos à outra. Comensalismo Exemplo É o caso das bactérias localizadas na rizosfera, a zona das raízes das plantas, que se bene�ciam dos produtos do metabolismo das plantas. Relação bilateral em que ambas se bene�ciam. No entanto, essa associação não é obrigatória, ou seja, cada espécie pode viver separadamente. Protocooperação No mutualismo microbiano, o fungo está associado a alga ou bactéria, que atua como produtor primário, enquanto ele fornece um anteparo e proteção. Dessa forma, dois organismos distintos se bene�ciam e dependem dessa relação, ou seja, só conseguem viver na presença do outro. Mutualismo Exemplo Líquens encontrados nas folhas, árvores e rochas. Microbioma intestinal: anatomia do sistema digestivo humano e bactérias entéricas Escherichia coli. | Fonte: shutterstock Na espécie humana, a presença da microbiota na pele e no intestino é um bom exemplo de relação comensal, embora ela também possa ser considerada um mutualismo, especialmente a Escherichia coli produtora de vitamina K. A relação simbiótica na qual uma das espécies é bene�ciada enquanto a outra é prejudicada é o Parasitismo. É fácil, por exemplo, reconhecer essa propriedade em vírus. Staphylococus epidermidis: bactéria que vive na pele humana. | Fonte: Wikipédia Se uma bactéria vive na pele e penetra em tecidos mais profundos através de um poro ou até mesmo um pequeno corte, ela será capaz de desenvolver uma doença bacteriana. São por isso chamadas de oportunistas .1 É importante perceber que um mesmo micro-organismo pode se comportar como comensal ou parasita dependendo de condições como a troca do habitat e a capacidade de resposta imune do hospedeiro. Atenção http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html É importante conseguir diferenciar os agentes potencialmente patogênicos dos patógenos primários. O patógeno primário obrigatório desenvolve uma doença mesmo em indivíduos saudáveis e normalmente não faz parte da microbiota, enquanto os potencialmente patogênicos aparecem em indivíduos com algum nível de imunode�ciência. Diferenças entre infectividade, patogenicidade e virulência É preciso saber a diferença entre infectividade, patogenicidade e virulência, o que geralmente provoca muitas dúvidas. Clique nos botões para ver as informações. Capacidade de um micro-organismo de causar infecção. Ele consegue penetrar, se desenvolver e se multiplicar no hospedeiro. Infectividade Atenção Isso não signi�ca necessariamente a aparição de uma doença. Muitos micro-organismos que conseguem penetrar no hospedeiro são eliminados pelo sistema imunológico sem que ele apresente sinais de qualquer doença. A infectividade é quanti�cada pela ID50, dose necessária para infectar 50% da população. O tamanho do inóculo é um fator importante para o desenvolvimento de uma doença. É a capacidade de um micro-organismo provocar uma doença. Alguns serão considerados de alta patogenicidade quando sempre suscitarem o aparecimento dela no hospedeiro. Patogenicidade Capacidade de gerar uma doença grave ou letal. Isso é medido pela LD50, dose letal que corresponde à necessária para matar 50% da população. Virulência Atenção A virulência está associada ao nível de agressividade da doença. A gravidade de uma doença depende da cepa bacteriana . Nesse tipo de micro-organismo, são identi�cados vários genes que levam à produção de proteínas especializadas na aderência, invasão e destruição do tecido do hospedeiro como também à manipulação da resposta imune. Esses genes são denominados fatores de virulência. 2 http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html Eventos da patogênese. | Fonte: (MADIGAN et al., 2016) Fonte: Shutterstock Troca Genética Provavelmente, você deve estar pensando como esses micro-organismos se tornaram patogênicos. Está pensando em mutações? No entanto, elas não explicam a transferência de informações entre as bactérias. Estrutura bacteriana. | Fonte : Shutterstock Antes disso, é preciso lembrar que o genoma bacteriano se divide em uma �ta de DNA altamente condensada em várias cópias de DNA circulares chamados de plasmídeos. Os plasmídeos podem receber ou doar genes. Existem muitos tipos de plasmídeos, mas os plasmídeos de virulência são bem conhecidos por conter genes para proteínas associadas à patogenicidade, como as enterotoxinas . No cromossomo bacteriano, existem sequências chamadas de transposons que são excluídas e também transferidas, mas geralmente esse DNA está associado a mecanismos de resistência aos antibióticos. 3 Recombinação As bactérias realizam recombinações que favorecem a aquisição de uma nova característica. É um processo horizontal que depende de mecanismos intercelulares de transformação, transdução e conjugação. Os plasmídeos e transposons são elementos genéticos transferidos pela conjugação de duas bactérias por meio de pili. O gene é duplicado, enquanto uma cópia é transferida para a bactéria receptora. http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html Mecanismo de transferência de genes entre bactérias por meio de conjugação. | Fonte: Shutterstock A transformação é o mecanismo de captação de material genético de bactérias mortas que estão espalhados no meio. Este DNA exógeno é incorporado na bactéria viva. A transdução depende da transferência com o auxílio de bacteriófagos, que são vírus bacterianos. Os genes que serão transferidos são localizados no genoma em trechos denominados ilhas de patogenicidade .4 Como os patógenos acessam o hospedeiro? Fonte: Shutterstock http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html Para um micro-organismo ter sucesso no processo infeccioso, ele precisará de: Longas cadeias; Conseguir se �xar no local de infecção, obtendo nutrientes; Escapar ou suportar os mecanismos de defesa imune; Provocar as lesões no tecido do hospedeiro; Interferir nos mecanismos de sinalização e citoesqueleto da célula; Disseminar-se para outras células e órgãos. As vias de entrada são as membranas mucosas que revestem o trato respiratório, gastrointestinal e geniturinárioe a membrana conjuntiva. A maioria acessa pelo trato gastrointestinal e respiratório. Trato respiratório O micro-organismo pode estar na cavidade nasal e na boca ou alcançar a mucosa através de perdigotos, aquilo que expelimos quando falamos, e partículas de pó. Atenção No caso de Infecções virais, talheres e objetos de uso pessoal também podem transmitir. Por isso, é muito importante higienizar as mãos para evitar o contato quando estiver infectado. Micro-organismos que desenvolvem doenças no trato respiratório inferior. | Fonte : Shutterstock Algumas doenças com origem bacteriana: tuberculose (Mycobacterium tuberculosis), pneumonia (Streptococcus pneumoniae), resfriado comum (rinovírus), vírus sincicial respiratório em crianças com menos de dois anos de idade e sarampo. Trato gastrointestinal Para acessá-lo, os micro-organismos precisam ultrapassar a barreira química natural do ácido clorídrico estomacal e as enzimas liberadas pela bile e pelo intestino delgado. Como muitas são proteases, elas atuam sobre as proteínas da superfície do patógeno, inativando-o. Ultrapassam esses obstáculos, entre outros, os vírus da hepatite A e rotavírus e as bactérias do gênero Shigella que provocam a disenteria bacteriana. Esses patógenos são transmitidos por via fecal-oral através de: Contato pessoal Ingestão de água Consumo de alimentos contaminados Comentário Após o ciclo de divisão e destruição do epitélio absortivo, os patógenos são liberados nas fezes, podendo contaminar a água (caso de esgoto aberto) que será consumida ou utilizada por outro indivíduo. Também é importante manter a limpeza das mãos nesse tipo de transmissão. Nas rotaviroses, é comum que mãos contendo partículas virais propiciem a autoinoculação ou a transmissão através do adulto cuidador. Transmissão sexual Depende do contato com as mucosas integradas ou abrasão. As chamadas infecções sexualmente transmissíveis (ISTs) são monitoradas nos boletins epidemiológicos da Secretaria de Vigilância em Saúde para que sejam programadas ações de prevenção e tratamento nas unidades de atenção básica dos municípios. 5 Atenção Tem chamado a atenção o número de casos de sí�lis nos últimos anos. Esta doença (ou qualquer IST) facilita a transmissão sexual do HIV. Além disso, a transmissão da sí�lis durante a gestação pode provocar cegueira, pneumonia, de�ciência mental e surdez, entre outras sequelas, no bebê. http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html Pele Formada por uma camada rígida e espessa de células mortas, ela com certeza protege o corpo de infecções. Além disso, a superfície da pele está sujeita à desidratação - e isso não favorece o crescimento abundante de micro-organismos. A maioria dos micro-organismos está associada a glândulas sudoríparas e folículos pilosos, fatores que levam à multiplicação deles. Entradas pela pele normalmente ocorrem por pequenos cortes acidentais e cateteres que fornecem um meio para as bactérias terem acesso aos tecidos mais profundos. Na via parenteral , o agente patogênico alcança a circulação quando as barreiras forem rompidas. Ocorre em: Infecções; Ferimentos; Cortes profundos; Agulhas (caso do HIV e HBV); Expressão correta no meio. 6 Exemplo A bactéria Staphylococcus aureus pertence à microbiota e penetra na pele através de rupturas nela. Já alguns fungos, como o Trichophyton mentagrophytes, causador da tinea, se alimentam de queratina, causando o aparecimento de manchas na pele. Perceba que a porta de entrada nada mais é do que uma escolha evolutiva com base nas vantagens que esse ambiente pode fornecer ao micro-organismo em termos de acesso a tecidos especí�cos e possibilidade de nutrição. No caso de vírus, são células que devem possuir componentes disponíveis para a replicação viral. Formas de atuação dos micro-organismos patogênicos Adesinas Independentemente do acesso ao hospedeiro, o patógeno deve apresentar mecanismos que permitam a aderência aos tecidos. Em bactérias, essa aderência ocorre com o auxílio de adesinas, glicoproteínas ou lipoproteínas presentes em glicocálice, pili, fímbrias e �agelos. As adesinas mudam a sua estrutura conforme a cepa bacteriana. http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html A placa bacteriana representa a ação conjunta de vários micro-organismos que propiciam a desmineralização do dente e à lesão cariosa. | Fonte: Shutterstock Sua ação ocorre na formação da cárie. A Streptococcus mutans possui a enzima glicosiltransferase para converter a glicose presente no açúcar da dieta em um polissacarídeo bem aderente (dextrana) que se �xa na superfície dos dentes. Após a fímbria da Actinomycetos, uma outra bactéria, se ligar ao glicocálice de Streptococcus mutans, gradativamente vai sendo formado um consórcio de bactérias e seus produtos chamado de bio�lme. A atividade metabólica dessas células bacterianas gera a redução do pH e a perda da integridade do esmalte dos dentes, formando, assim, a lesão cariosa. Aderência de bactérias à borda em escova das microvilosidades: (a) Escherichia coli enteropatgênica e sua cápsula; (b) Vibrio cholerae, que não possui cápsula. | Fonte: (HACKER et al., 1990) Cepas de Escherichia coli enteropatogênica também utilizam adesinas para regiões especí�cas do intestino delgado. A aderência das bactérias promove uma resposta da célula hospedeira que leva à sua endocitose. O micro-organismo é engolfado pelo fato de as bactérias possuírem uma proteína de superfície (invasina) que causa um rearranjo nos �lamentos de actina do citoesqueleto no local do contato. Ainda manipulando os �lamentos de actina a seu favor, as bactérias do gênero Shigella e Listeria são capazes de organizar esses �lamentos em uma das suas extremidades, provocando propulsão pelo citoplasma. Quando alcançarem as junções entre as células, elas usarão a caderina dessas junções para passar de uma célula para outra. Atenção As toxinas são classi�cadas como endotoxinas e exotoxinas. Os vírus, por sua vez, não possuem adesinas, e sim outras proteínas localizadas na superfície do capsídeo que são especí�cas do tecido alvo. Os receptores virais, entre outros exemplos, são: Ácido siálico (para o vírus in�uenza); Integrinas (para rotavírus); Molécula CD4 da célula T (HIV). Agora que você provavelmente já está impressionado com a capacidade das bactérias de manipular as células do hospedeiro, repare o que elas podem fazer para utilizar os nutrientes. O ferro é muito importante para a maioria das bactérias, mas temos muito pouco ferro livre na circulação. As bactérias secretam sideróforos que roubam o ferro, muitas vezes internalizando a proteína transportadora desse nutriente. Elas também matam as células para liberar o ferro . Isso explica a anemia provocada nas infecções bacterianas. 7 Nível normal de glóbulos vermelhos | Nível de glóbulos vermelhos na Anemia | Fonte: Shutterstock Toxina A maior parte dos danos causados por bactérias ocorre pela ação de toxinas. Essas proteínas são consideradas os principais fatores de patogenicidade .8 Muitas vezes, a liberação na circulação ou linfa dessas toxinas é fatal. http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html Clique nos botões para ver as informações. As exotoxinas são secretadas pelas bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. Muitas são enzimas que, mesmo em pequenas quantidades, são bem perigosas. Exotoxinas Exemplo Toxina botulínica propicia a paralisia de alguns membros; Esta�locócica é responsável pela intoxicação alimentar. Além da associação do nome da toxina com a doença, muitas estão associadas ao tecido alvo, como, por exemplo: Neurotoxinas - atingem as células nervosas; Cardiotoxinas - afetam as células cardíacas; Leucocidinas - destroem os leucócitos; Enterotoxinas - atacam as células que revestem o trato gastrintestinal. Acredito que você se lembre da composição da parede celular de Gram-negativas. Na membrana externa, localiza-se o lipopolissacarídeo(LPS) que contém a porção lipídeo A considerada endotoxina. Como não é secretada pela bactéria, o LPS �ca livre quando a bactéria morrer ou em objetos contaminados. Seu efeito é sobre macrófagos, as células fagocitárias de defesa, que, ao processar os restos bacterianos, libera muitos fatores que provocam no hospedeiro um quadro clinico de calafrios, febre, fraqueza generalizada e choque. O uso de antibióticos contra essas infecções pode provocar sintomas de febre e aparente piora, mas são esperados e transitórios. Essas endotoxinas também ativam os fatores de coagulação do sangue. Isso gera o aparecimento de pequenos coágulos que obstruem os capilares, levando à morte do tecido, uma condição denominada Coagulação Intravascular Disseminada. No entanto, essa condição grave pode também aparecer na presença da toxina esta�locócica. Endotoxinas Exotoxinas e endotoxinas. Superantígenos Muitas proteínas bacterianas são chamadas de superantígenos. O superlativo no nome já dá uma dica de que é algo grave. Essas proteínas bacterianas são perigosas porque possuem um sítio de ligação nos linfócitos T, um tipo de célula especial que organiza e regula a resposta imunológica. Linfócitos ativados dessa forma iniciam a produção de muitas proteínas citocinas para ativar outras células da resposta imunológica. Essa situação é muito grave. O sistema imune provoca muitos efeitos malé�cos ao hospedeiro, como febre, náusea, vômito, diarreia, choque e até morte. Exemplo As mais bem conhecidas são as toxinas esta�locócicas da intoxicação alimentar que provocam a síndrome do choque tóxico. No início da aula, foi mostrado que os micro-organismos patogênicos deveriam também ser capazes de ultrapassar ou escapar das defesas do hospedeiro, lembra? Como já vimos em morfologia bacteriana, a presença de cápsulas é um fator de sobrevida para algumas bactérias. Sua natureza química impede a fagocitose, processo no qual algumas células engolfam e destroem os micro-organismos. Exemplo Algumas bactérias produtoras de capsula são: Streptococcus pneumoniae; Klebsiella pneumoniae; Haemophilus in�uenzae .9 A presença de cápsula normalmente está associada à cepa patogênica, mas pode-se encontrá-la também em bactérias não patogênicas. A defesa imune contra elas depende da presença de anticorpos que atuam como uma ponte entre a bactéria e o fagócito. Enzimas Como você já deve ter percebido, são muitas as estratégias dessas bactérias para permanecer no hospedeiro. Assim como a presença de uma cápsula controla o mecanismo de fagocitose, algumas bactérias produzem enzimas que degradam anticorpos. Exemplo São as proteases IgA, que destroem o principal anticorpo de mucosas. Daremos dois exemplos dessas bactérias: Neisseria gonorrhoeae (gonorreia) e Neisseria meningitidis (agente causador da meningite). Outros fatores de virulência são as exoenzimas. A coagulase produzida por algumas bactérias do gênero Staphylococcus está envolvida na formação dos abscessos das infecções de pele. Ela converte o �brinogênio em �brina, formando uma estrutura sólida que impede o acesso de células de defesa. Já a hialuronidase é secretada por estreptococos e hidrolisa o ácido hialurônico, que une as células do tecido conjuntivo, permitindo o acesso a tecidos mais profundos. Outra enzima é a estreptoquinase produzida por Streptococcus pyogenes, que degrada a �brina dos coágulos. Sua ação é tão e�caz que a indústria farmacêutica padronizou o seu uso em infartos produzidos por obstrução das artérias coronárias. Fonte: Shutterstock Variação antigênica Uma das características mais comuns entre todos os patógenos que infectam o homem é a variação genética. Na próxima aula, você começará a estudar imunologia. Uma das propriedades da resposta imune especí�ca é a memória imunológica. Ela representa um grupo de linfócitos circulantes que já reconheceu o patógeno em um encontro anterior, ativando, dessa forma, uma resposta imunológica mais rápida contra esse patógeno. Para evitar esse reconhecimento, é muito comum os patógenos produzirem novas proteínas com substituições no sítio de ligação dos receptores dos linfócitos. http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0070/aula5.html Exemplo Vírus: In�uenza e o HIV (apesar de muitos vírus com genoma RNA possuírem tal capacidade); Bactérias: Streptococcus pneumoniae (possui 84 variações de cápsulas) e Neisseria gonorrhoeae (44 variantes ilustram a dimensão que as variabilidades antigênicas têm sobre o homem). Com esta aula, você �naliza os conhecimentos básicos sobre microbiologia desde a diversidade dos micro-organismos presentes no planeta e no homem até os mecanismos que podem propiciar o aparecimento de doenças. A partir da próxima aula, iremos ministrar as informações sobre a resposta imunológica e quais mecanismos de defesa serão ativados para eliminação de patógenos. Atividade 1. Em relação ao tipo de relação simbiótica entre espécies, assinale a opção que representa uma interação na qual uma espécie é bene�ciada sem, no entanto, provocar qualquer dano à outra: a) Parasitismo b) Simbiótica benéfica c) Comensalismo d) Parasitismo facultativo e) Oportunista 2. A presença de algumas cepas de Escherichia coli produtoras de vitamina K na microbiota intestinal é um bom exemplo de que tipo de interação? a) Oportunista b) Mutualismo c) Simbiótica d) Parasitismo e) Comensalismo 3. A diferença entre patogenicidade e virulência pode ser identi�cada na seguinte opção: A virulência está associada à capacidade de resposta imune do hospedeiro; a patogenicidade, à resistência do micro-organismo. a) A patogenicidade indica a gravidade da infecção; a virulência, os fatores que promovem a doença. b) A virulência está associada a micro-organismos patogênicos; a patogenicidade, aos não patogênicos. c) A virulência indica a gravidade da doença cujas condições definem a patogenicidade. d) A patogenicidade é o resultado da capacidade de defesa do hospedeiro, enquanto a virulência é o resultado das características do micro-organismo. 4. Assinale um componente presente em algumas células bacterianas que impede a ação dos fagócitos. a) Lipopolissacarídeo b) Cápsula c) Fímbrias d) Pili e) Protease IgA Notas oportunistas1 Com certeza, você já leu sobre as infecções oportunistas em pacientes que desenvolvem AIDS. São infecções provocadas por organismos de baixa virulência em indivíduos saudáveis, mas tornam-se graves nos pacientes imunosuprimidos pelo HIV. Outro exemplo é a bactéria Pseudomonas aeruginosa, que infecta vítimas de queimaduras. cepa bacteriana2 Em bacteriologia, cepas são variações dentro de uma espécie. Algumas cepas são consideradas mais virulentas que outras. Todas derivam de um mesmo ancestral, retendo as principais características morfológicas ou �siológicas. Cepa é o mesmo que estirpe. enterotoxinas3 toxinas produzidas por diversos microrganismos que agem no intestino, causando principalmente dores abdominais, diarreias e vômitos. É uma das causas de intoxicação alimentar. patogenicidade4 O conceito de ilha de patogenicidade foi introduzido na década de 1990 para estudar a virulência de amostras da Escherichia coli produtora de hemolisina. Essa proteína promove a lise de eritrócitos e do epitélio intestinal, provocando o processo diarreico. Hoje, com as técnicas de sequenciamento de genes, muitas ilhas de patogenicidade são identi�cadas, auxiliando tanto no entendimento dos mecanismos de lesão como na produção de vacinas. infecções sexualmente transmissíveis (ISTs)5 As principais ISTs são: HIV; HPV; Herpes genital; Sí�lis; Clamídia; Gonorreia. Via parenteral6 Qualquer via que não seja a oral e a intestinal. ferro7 Está associado a proteínas transportadoras de ferro, como a lactoferrina e a transferrina, ou faz parte da hemoglobina. fatores de patogenicidade8 O nome é intoxicação porque muitas doenças são provocadas pelo efeito das toxinas - e não da bactéria. Haemophilus in�uenzae9 Responsável pela pneumonia e meningite, daí a enorme importânciada vacina Hib em crianças por elas serem naturalmente mais suscetíveis a esse fator de virulência. Referências _______.Boletim epidemiológico de sí�lis. Brasília: Ministério da Saúde/Secretaria de Vigilância em Saúde, 2018. Disponível em: //www.aids.gov.br/pt-br/pub/2018/boletim-epidemiologico-de-si�lis-2018 <//www.aids.gov.br/pt-br/pub/2018/boletim- epidemiologico-de-si�lis-2018> . Acesso em: 14 mar. 2019. HACKER, J. et al. Deletions of chromosomal regions coding for �mbriae and hemolysin occur in vitro and in vivo in various extraintestinal Escherichia coli. In: Microbial pathogenesis. n. 8. 1990. p. 213-225. MADIGAN, M. T. et al. Microbiologia de Brock. 14. ed. Porto Alegre: Artmed, 2016. http://www.aids.gov.br/pt-br/pub/2018/boletim-epidemiologico-de-sifilis-2018 Próxima aula Sistema imunológico: a não reação natural contra nossas estruturas; Células participantes do reconhecimento desses patógenos. Explore mais Assista a documentário sobre vírus mutantes: Vírus mutantes: assassinos microscópicos (dublado). <https://www.youtube.com/watch?v=yUojmY7sNhk> . https://www.youtube.com/watch?v=yUojmY7sNhk