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Legionella pneumophila em ambientes aquáticos Joana Costa AHETA | 16 maio 2014 Workshop "Prevenção e Controlo de Legionella nos Sistemas de Água" Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental Transmissão de Legionella (Fraser, 1984) Ambientes intervenção humana Factores de amplificação Ambientes naturais LEGIONELOSE Inoculação Exposição por uma população susceptível Disseminação Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental Ambientes aquáticos naturais Ambientes aquáticos artificiais ou de intervenção humana Nascentes quentes Biofilmes Sistemas de distribuição Lagos Água de profundidade Chuveiros Torres de arrefecimento Piscinas Natural spring Rios Nascentes Solo jardinagem Fontes Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental Fleirmans e colegas em 1981 analisaram centenas de amostras de inúmeros lagos e rios dos Estados Unidos. O estudo detectou legionelas na maioria das amostras, mas apenas 15% provocaram doença em porquinhos da índia. Verificaram ainda um efeito sazonal na detecção de legionelas, aumentando a sua concentração nos meses de verão. Tison e colegas em 1983 realizaram um estudo nos lagos e rios do Monte de St. Helena e detectaram elevadas concentrações de legionelas nas águas termais aquecidas. Estudos realizados em Portugal Continental e no Açores por Veríssimo e colegas também identificaram múltiplas espécies de legionelas em águas com temperaturas entre os 22ºC e os 67.5°C. Apesar das legionelas serem facilmente recuperadas em águas superficiais, só recentemente Costa e colegas conseguiram isolá-las de águas de profundidade, onde se pensa que existam em muito baixas concentrações. L. longbeach representa uma notável excepção, uma vez que é predominantemente isolada de solo. Esta espécie é responsável pela maioria dos casos de Legionelose na Austrália, que ocorrem entre jardineiros. Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental Concentração bacteriana como factor determinante para a ocorrência de doença Ambientes naturais Ambientes intervenção humana 103 a 106 leg/L > 106 leg/L <1% população 50% população Os ambientes naturais são raramente associados a casos de legionelose. As legionelas multiplicam-se muito lentamente a baixas temperaturas, o que resulta num equilíbrio natural entre a concentração das bactérias e dos seus hospedeiros. Concentração esta abaixo do limite mínimo necessário para causar infecção em humanos. A maioria dos casos de doença está associada a ambientes sujeitos a intervenção humana onde temperatura da água é superior, alterando a concentração quer das bactérias quer dos seus hospedeiros naturais. Assim, variações na temperatura da água podem alterar o equilíbrio entre as legionelas e os protozoários, resultando num aumento rápido da concentração das bactérias, podendo causar doença. Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental Carácter ubíquo em ambientes aquáticos não salinos temperaturas entre 6ºC e 63ºC – óptimo 37ºC valores de pH entre 5.5 e 8.1 oxigénio dissolvido entre 0.3 e 9.6 mg/ml Factores que favorecem o aumento da sua concentração presença de outros organismos zonas de reduzida circulação de água presença de sedimentos Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental A presença de protozoários é um factor determinante para a sobrevivência e aumento de concentração de legionelas As legionelas não são bactérias de vida livre, multiplicam-se intracelularmente em vários tipos de protozoa sendo esta relação crucial para a ecologia do organismo. Legionellae multiplica-se no ambiente em: 14 espécies de amoebae 2 espécies de ciliados 1 espécie de Myxomycota Os protozoários são ubíquos em diversos ambientes naturais, como água doce e salgada, água salobra, solos húmidos e em areias secas. Replicação de legionelas em células eucariotas: estratégia essencial de virulência Ciliados expelem vesículas contendo legionelas Amoeba aprisionando L. pneumophila Acanthamoeba spp. produz vesículas respiráveis contendo legionelas ciriscience.org Berk et al., 1998 Appl. Environ. Microbiol. Berk et al., 2008 Appl. Environ. Microbiol. C. elegans é um hospedeiro metazoário de legionelas Macrófago preenchido com ~100 Legionella http://www.q-net.net.au Hilbi et al., 2010 Mol. Microbiol. Brassinga et al., 2010 Mol. Microbiol. A infecção de Humanos por legionelas é um desvio ao seu ciclo de vida natural em amoebae Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental O relacionamento entre as legionelas e amebas propicia de facto uma forma de protecção capaz de potenciar a capacidade de sobrevivência destas bactérias a ambientes hostis. antibióticos biocidas stress térmico e osmótico. Provavelmente esta protecção será a explicação mais plausível para o facto das legionelas conseguiram transitar de ambientes naturais para ambientes de intervenção humana, suportando os vários tratamentos a que a água é sujeita. Biofilmes A maior parte da actividade bacteriana na natureza ocorre, não com as células individualizadas, mas com as bactérias organizadas em comunidades sob a forma de um biofilme. Esses biofilmes são constituídos por uma comunidade estruturada de células aderentes a uma superfície inerte (abiótica) ou viva (biótica), embebidas numa matriz de exopolissacárido. A associação dos organismos em biofilmes constitui uma forma de protecção ao seu desenvolvimento, fomentando relações simbióticas e permitindo a sobrevivência em ambientes hostis. Em ecossistemas aquáticos, mais de 99,9% das bactérias crescem em biofilmes associadas a uma grande variedade de superfícies. Os biofilmes mais comuns na natureza são heterogéneos, compostos por duas ou mais espécies, podendo os produtos do metabolismo de uma espécie auxiliar o crescimento das outras e a adesão de uma dada espécie fornecer ligandos que promovem a ligação de outras. Inversamente, a competição pelos nutrientes e a acumulação de metabolitos tóxicos produzidos pelas espécies colonizadoras poderão limitar a diversidade de espécies num biofilme. Biofilmes Cooperação metabólica e disponibilidade de nutrientes Protecção contra: • • • • • Os principais componentes estruturais de biofilmes são: • Microrganismos • Matriz de exopolímeros • Componentes de origem não-biológica Radiações UV Fagocitose Desidratação Predadores Antimicrobianos as legionelas atingem sistemas de distribuição de água potável, e através deles, mesmo após tratamento da água, permanecem viáveis até ao fim da linha de distribuição de água de hotéis, hospitais e outros edifícios, incluindo torres de arrefecimento de sistemas de ar condicionado, cilindros de aquecimento, torneiras e chuveiros Biofilmes Replicação de legionelas em células eucariotas: estratégia essencial de virulência A capacidade inata das legionelas conseguirem replicar-se em diferentes protozoa equipou estas bactérias com a capacidade de se replicarem em macrófagos alveolares humanos. guinea pig alveolar macrophages infected in vitro with L. pneumophila http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3677756.stm Replicação de legionelas em células eucariotas: estratégia essencial de virulência Bactérias que foram internalizadas por células eucarióticas necessitam de evitar a fusão com o lisossoma ou desenvolver estratégias para sobreviver neste organelo. Reside nos lisossomas Interagem com a via secretora Bactérias que reside em vacúolos que mantêm as características de endossomas Bactérias alteram a via endocítica e estabelecem vacúolos com características únicas Residem na via endocítica Interagem com a via secretora Interagem com a via secretora Residem na via endocítica Ciclo de vida bifásico Adesão e entrada Estabelecimento Replicação Protozoa Saída Macrófago Maturação Nucleus Transmissão a humanos através de aerossóis contaminados Diferenciação Forma Virulenta Intermediário Forma Replicativa Vesícula Fase replicativa Fase transmissiva Adaptado de Garduno, RA. 2008. In: Legionella pneumophila: pathogenesis and immunity and Molmeret et al., 2004 Microbes Infect. Legionella - Ciclo de vida bifásico Forma replicativa Transição rigorosamente regulada Forma virulenta Expressão de factores relacionados com a virulência Bruggemannet al., 2006 Cell Microbiol Jules and Buchrieser 2007 FEBS Letters Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental 53 espécies de Legionella, todas capazes de infectar protozoários 24 espécies foram associadas a casos de doença Yang et al., 2008 IJSEM Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental 90% dos casos de Legionelose Yang et al., 2008 IJSEM L. pneumophila sg. 1 Prevalência de Legionella sp. – doença vs ambiente Há um bias entre a prevalência de L. pneumophila como principal responsável por casos de doença e a sua distribuição ambiental Total nonpneumophila legionellae; 24,4% L. pneumophila sg 1; 29,1% L. pneumophila sg 2-14; 46,5% Distribuição ambiental Legionella bozemanae, L. micdadei, and L. longbeachae; 7% Other Legionella sp.; 3% L. pneumophila sg. 2-14; 6% L. pneumophila sg.1; 84% L. pneumophila sg.1 corresponde a 30% dos isolados ambientais e a 84% dos isolados clínicos Distribuição clínica Legionela busters António Veríssimo Milton da Costa Métodos de identificação de Legionella spp. Coleção de cultura representativa dos vários ambientes Ambientes Natural Ambientes artificiais Estirpes clínicas Problemas concretos com casos de legionelose Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental Replicação de legionelas em células eucariotas: estratégia essencial de virulência Bactérias organizadas em comunidades sob a forma de um biofilme que constitui uma forma de protecção Joana Costa [email protected] Dep. Ciências da Vida Universidade de Coimbra
