Por: Taisse e Fabiane Mecanismo de virulência em bactérias

Por: Taisse e Fabiane
Mecanismo de virulência em bactérias
Quando se fala em infecção de etiologia bacteriana normalmente se fala em equilíbrio
de dois fatores:
1. “fatores de virulência”
As características dos microrganismos agressores que determinam as lesões ou
alterações em tecidos, órgãos ou funções do hospedeiro – as “armas” bacterianas.
2. “defesas do hospedeiro”
A forma pela qual o hospedeiro reage à agressão microbiana
São essas características do microorganismo que vão afetar o hospedeiro. Então no caso
de infecção se trabalha sempre com o fator da bactéria e o fator de resistência do
hospedeiro, ou seja, a resposta imune do hospedeiro. O que vai dizer se eu vou ter uma
infecção ou não é a interação entre esses dois fatores, ou seja, é a capacidade do
microorganismo de causar infecção e a capacidade do hospedeiro de resistir à esse
microorganismo.
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Agora vamos definir um termo que é importante para não ser confundido com
virulência que é a patogenicidade.
Patogenicidade é a capacidade de um determinado microrganismo produzir doença
através da utilização dos fatores de virulência.
A patogenicidade não é sinônimo de virulência!!!!
Logo, para causar a patogenicidade o microorganismo depende dos fatores de virulência
acima descritos.
Baseado nestes conceitos, têm alguns microorganismos que não são capazes de produzir
virulência, e isso ocorre em situações bastante especificas. Somente quando o
hospedeiro estiver em condições normais de se pode definir quem são os
microorganismos patogênicos e os não patogênicos. Em um hospedeiro competente se
consegue definir que o microorganismo é patogênico e do não patogênico.
A patogenicidade é bem complexa e não se resume só no que foi acima descrito.
Envolve esse três fatores: Os fatores de virulência, o número de bactérias, ação
bloqueadora das defesas.
Em síntese, a patogenicidade (capacidade de causar doença) é na verdade a resultante de
um conjunto de variáveis, envolvendo o grau de virulência do agente, como já foi visto
acima, o seu número inicial (dose infectante) e não adianta ter contato com uma única
bactéria. Logo, quanto maior o numero de microorganismo em contato com o corpo
maior será a chance de desenvolver a doença. E Tb a ação bloqueadora das defesas do
hospedeiro.
Para dar certos exemplos:
1° exemplo: Podemos encontrar na natureza ou construir em laboratório Estirpes
Avirulentas de bactérias patogênicas – podem ser usadas como vacinas vivas ou
“atenuadas”.
Eu posso pegar uma cepa que é sabidamente causadora de virulência e a tornar
avirulenta ao retirar os seus fatores de virulência. Sendo isto muito utilizado em
produção de vacinas para que ao ser inoculado em um hospedeiro desenvolva uma
resposta imune adequada. E quando o hospedeiro for afetado pelo mesmo
microorganismo já terá uma resposta imune pronta para aquela bactéria.
2° exemplo: Bactérias virulentas introduzidas em locais inadequados a sua
multiplicação não causam doença – inoculação intraperitoneal de Vibrio cholerae não
reproduz a cólera.
O agente Vibrio cholerae causa a cólera e o modo de infecção é através da ingestão de
água cotaminada por meio da qual o vibrio vai para no trato gastrointestinal e causar
diarréia aquosa. Mas se eu introduzir o vibrio diretamente no trato gatrointestinal, ele
não vai causar doença, pois não consegue se multiplicar. Em suma, ele vai ser agente
patogênico se entrar no local adequado para o seu desenvolvimento no hospedeiro, se
mudar o local não vai ter a manifestação clássica da doença.
3° exemplo: pequenas doses de bactérias pouco virulentas inoculadas em indivíduos
com deficiências imunes resultam em doença grave – desnutridos, aidéticos
Por mais que a bactéria não seja muito virulenta, ao entrar em contato com um
indivíduo imunossuprimido, vai desenvolver a doença. Mesmo que a quantidade de
microorganismo seja baixa. Pq as defesas do hospedeiro estão comprometida, tão logo,
as chances de desenvolver a doença são muito grandes.
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Fator de Virulência tem a seguinte definição
Definição: Estruturas, produtos ou estratégias que contribuem para a patogenicidade de
um microrganismo.
Não precisa ter uma estrutura somente, podem ser várias estruturas. Pode ser uma
estratégia da bactéria que favoreça a ocorrência de uma doença no hospedeiro ou
produtos produzidos pelas bactérias que causem a doença no hospedeiro.
Estes fatores de virulência vão atuar em diversas etapas do processo infeccioso, tais
como:
Adesão,
Acesso ao hospedeiro,
Colonização de mucosas ou tecidos,
Replicação intracelular ou extracelular,
Disseminação,
Escape do hospedeiro,
Persistência no ambiente ou no reservatório.
Para facilita a compreensão, didaticamente, vamos dividir os fatores de virulência em 3
grandes grupos:
1° Fatores que promovem a ADESÃO e INVASÃO
2° Fatores que promovem a EVASÃO do Sistema Imune do Hospedeiro
3° Fatores que causam DANOS ao hospedeiro (Toxicidade). Na destruição tecidual
temos os fatores que causa danos direto ao hospedeiro.
Entre as bactérias que tem um grande arsenal de virulência temos:
 Streptococcus pyogenes causa pneumonia comunitária.
 Foco gran positio
 Pseudômonas aeruginosa dá infecção em queimados e as hospitalares.
 Bastonetes gran negativo
CÁPSULA...
Algumas células são envolvidas por uma cápsula que protege o microorganismo da
fagocitose, sendo um fator de virulência pode estar presente em gran positivo e
negativo.
ENZIMAS...
IgA1 protease é uma protease que vai destruir a IgA, sendo um fator de virulência
importante. Neuraminidase, pneumolisina, são proteínas que vão causar danos direto ao
hospedeiro. Em Pseudômonas temos LPS, lipopolissacarídeo, e podem causar o choque
séptico e é um fator de virulência importantíssimo em gran negativo. A Elastase que
degrada tecido conjuntivo, além da Estafilolisina, Exotoxina A, Fosfolipase, Protease
que são arsenal de enzimas que a bactéria tem para causar danos.
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Adesão - Estratégia que as bactérias usam para se fixar nas células e nos tecidos do
organismo, sendo este um mecanismo mediado por adesinas.
È uma passo específico já que determinada bactéria tem maior afinidade com
determinada célula do hospedeiro.
Esta etapa é muito importante e pode ocorrer a adesão tanto na mucosa como na matriz
extracelular diretamente.
A bactéria tem que aderir ao tecido para depois chegar à corrente sanguínea.
É o primeiro passo para causar infecção em qualquer hospedeiro, já que ela precisa se
aderir, já que pode ser eliminada pelo sistema imune do hospedeiro ou até
mecanicamente como no caso de cistite, que por não se aderir firmemente ao trato
urinário do hospedeiro o próprio fluxo urinário já é capaz de eliminá-la.
Tropismo é uma afinidade entre as estruturas das bactérias e os receptores do
hospedeiro.
O meningococo tem diferença de adesão na orofaringe e na nasofaringe, podendo
evidenciar um tropismo pelas células da orofaringe. Esta bactéria possue uma
determinada estrutura que tem uma afinidade por um receptor específico somente da
nasofaringe, mas pode se ligar através de outras estruturas aos receptores de outras
células. Sendo que a estrutura preponderante da bactéria para a etapa de adesão
apresenta uma afinidade pelos receptores celulares apenas da nasofaringe.
Exemplos de tropismo:
1° exemplo: Neisseria gonorrhoeae tem afinidade pelo epitélio uretral o que leva a
entender toda a sintomatologia da doença.
2° exemplo: Streptococcus pyogenes ou do grupo A e mucosa do orofaringe podendo
fazer parte do microbiota da normal de alguns individuos
3° exemplo: Bordetella pertussis (coqueluche) tem afinidade pelo epitélio ciliar do trato
Respiratório
4° exemplo: Certas Escherichia coli uropatogênicas e trato urinário alto (pielonefrites)
ou baixo (cistites), algumas delas só poderão causar doença o trato urinário alto (pili
tipo p) e outras só no trato urinário baixo (pili tipo 1). Logo, dentro de uma Ecoli
uropatogênica tem uma distinção no local onde ela poderá ser patogênica.
5° exemplo: Echerichia coli K88 – diarréia em suínos, mas não em humanos Algumas
bactérias vão apresentar receptores em outros animais
A adesão é dividida em 2 estágios:
1° ESTÁGIO Associação fraca: reversível, representada por interações eletrostáticas adesinas fimbriais.
Ou seja, o primeiro momento da adesão se dá por associação fraca estabelecida pelas
fimbrias.
2° ESTÁGIO Adesão propriamente dita: exercida por moléculas mais específicas, cuja
reversibilidade é mais difícil - adesinas afimbriais
Esta ligação é especifica e é praticamente irreversível, já que a estrutura da bactéria tem
uma afinidade muito maior pelo hospedeiro
A quantidade de adesinas é enorme, pois são importantes no processo de adesão. Tão
logo, cada bactéria apresenta uma série de adesinas que vão aderir a diversos receptores
tendo uma especificidade maior por um determinado receptor de um tecido no
organismo, como no caso do meningococo. Já o Staphylococcus aureus é capaz de
causar uma série de doença e para isso ele precisa apresentar um arsenal de adesinas que
vão se ligar a uma estrutura chamada fibronectina e como a temos em muitos tecidos,
ele vai poder se aderir e causar a infecção em diversas partes do corpo.
Exemplos: Ver slide 11, não consegui anexar
UPS! Aderência bacteriana a superfície celular – ligação bactéria-célula e bactériabactéria através de pili.
Em alguns casos a bactéria pode se aderir a outra bactéria que está aderia a célula ou a
matriz do hospedeiro e isso se faz através do pili que é importante no processo
infeccioso.
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Invação
Em determinadas doenças o adesão é suficiente para causar a infecção, sendo esta
localizada.
Na infecção localizada os sintomas estão ligados adesão da bactéria e a manifestação
imune, como na cistite.
Essa invasão pode ou não ocorrer, já que pela simples adesão é o suficiente para causar
uma infecção localizada. A bactéria é capaz de invadir o tecido e se disseminar para
outros sítios anatômicos tendo assim uma infecção sistêmica. Os sintomas estão ligados
adesão da bactéria e a manifestação imune como na cistite. É o caso da salmonela que é
capaz de invadir o tecido e se espalhar.
A invasão depende da fagocitose...
A fagocitose é um mecanismo de defesa e é mediada por células fagocíticas, anticorpos
ou sistema complemento, opsionizando ou fagocitando o microorganismo e protejendo
o organismo.
Porém a bactéria é capaz de induzir a fagocitose, mas de maneira benéfica a ela, e isso
não ocorre somente através células fagocíticas funcionais, mas sim outras células que
não deveriam fazer fagocitose sendo q foram induzidas pela bactéria a fazer a fagicitose.
Proteínas chamadas invasinas que são fatores de virulência d bactéria são responsáveis
por induzir a fagocitose destas bactérias por células não fagocíticas habitualmente e isso
é importante pois dentro de uma célula do hospedeiro a bactéria está protegida contra
anticorpos.
Em relação à rota, a invasão pode ser de 2 formas:
 Rota transcelular quando bactéria invade a célula
 Rota paracelular quando a bactéria é capaz de destruir as junções entra as
células e passar por entre as células e invade o tecido.
Na rota transcelular os mecanismos de fagocitose são divididos em:
 Zipper – A bactéria possui ligantes que se conectam a receptores na célula
hospedeira, estes receptores estão associados ao citoesqueleto da célula, e que
acaba sofrendo rearranjo do citoesqueleto promovendo a endocitose da bactéria.
EX: Yersinia e Listeria
A bactéria tem certas estruturas que se ligam aos receptores da célula do hospedeiro mas
estes receptores estão ancorados ao citoesqueleto da célula. Quando as bactérias se
ligam aos receptores da célula do hospedeiro ocorre uma fosforilação destes receptores
e por estar ancorados ao citoesqueleto da célula, acabam mudando a conformação do
citoesqueleto e isto vai causar a formação de pseudopodos pela célula do hospedeiro
que vai fagocitar esta bactéria.
 Trigger – A bactéria utiliza um sistema de secreção para injetar na célula
hospedeira moléculas efetoras que vão mobilizar o citoesqueleto e induzir a sua
fagocitose
EX: Salmonella e Shigella
Neste caso não se tem o mecanismo de receptores, mas sim moléculas que são injetadas
na célula dos hospedeiros e no citoplasma da célula vão se ligar ao citoesuqeleto do
hospedeiro mudando a sua conformação e formando pseudópodos e que vai resultar na
fagocitose dela mesma, a bactéria.
UPS! Lembrando que neste 2 casos a adesão já ocorreu.
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3° Disseminação
Após invadir a célula do hospedeiro, a bactéria pode se disseminar pelo corpo do
hospedeiro.
Isso ocorre de diversas formas:
1 ela pode invadir uma célula adjacente,
2 pode invadir o macrófago e com isso se disseminar já que o macrófago vai
migrar para apresentar essa bactéria ao linfócito T
3 leucócito polimorfonuclear, neutrófilo, nuclear Tb é utilizado como via de
disseminação.
Mas para ser capaz de se disseminar, é necessário mais um processo, que a bactéria seja
capaz de evadir do sistema imune e assim se proteger. Ou seja, ela invade as células
imunes como o linfócito t, neutrófilo e as células adjacentes, mas ela evadi destas
células para escapar do sistema imune.
Os Mecanismos de evasão:
 Escape dos macrófagos (fagócitos)
 Sobrevivência nos macrófagos (fagócitos)
 Evasão à imunidade adquirida (específica) do hospedeiro
Falando de um em um....
Escape dos macrófagos (fagócitos)
As bactérias podem ter uma cápsula que pode ser Polissacarídica - S. penumoniae,
Ác. Hialurônico - S. pyogenes e Ác. Siálico - N. meningitidishialuronico, ou outra com
a proteína M que a protege contra a ação fagocítica do macrófago, isso Tb vale para o
neutrófilo.
Ele induz a fagocitose por uma célula que não é preparada para a fagocitose e essas
células não vão conseguir destruir essas bactérias e nem apresentá-las para o sistema
imune.
Ex: Shigella, Salmonella e Listeria fazem isso com cél epiteliais.
Sobrevivência nos macrófagos (fagócitos)
A bactéria (Shigella, Listeria) produz enzimas que destroem a parede do
fagossoma. Então, ela sai daquele fagossoma e segue para o citoplasma do macrófago
porque lá ela não vai ser destruída. Ou seja, uma estratégia pra não ser destruída é a
fuga do fagossoma.
Para destruir a bactéria, esse fagossoma precisa ser fusionado ao lisossoma. Por
que é no lisossoma que tem as enzimas digestivas que irão destruir a bactéria. Então,
outra estratégia da bactéria (Salmonella, Mycobacterium) para não ser destruída é evitar
a fusão fago-lisossoma. Elas secretam proteínas que vão impedir que o lisossoma se
funsione ao fagossoma. Enquanto permanecer somente o fagossoma ela não vai ser
destruída pelo macrófago.
E por último, se ela não conseguir fugir do fagossoma, se ela não conseguiu
impedir a fusão fago- lisossoma, o que ela precisa fazer? Ela precissa sobreviver a
aquilo. Então, ela produz uma séria de enzimas que destrõem as espécies radiotivas de
oxigêncio, por exemplo: catalase, que vai degradar o peróxido de hidrogênio que por
sua vez é super tóxico para a bactéria. Outro exemplo dessas enzimas é o Super Óxido
Desmutase (SOD), que vai proteger contra Ânion Superóxido, óxido de nitrogênio.
Agora, a 3ª estratégia que é a evasão à imunidade adquirida (específica) do
hospedeiro. Até agora, estávamos falando de fugir da imunidade inata (macrófago,
neutrófilo). E por quê? Porque a resposta imune do hospedeiro vai seguir a diante. O
hospedeiro vai produzir anticorpos contra a bactéria que precisa se proteger se quiser
continuar a habitar o hospedeiro. Exemplos:
 Proteína A de S. aureus (essa proteína se liga a porção FC do anticorpo,
que é responsável por ativar o Sistema Complemento. Logo, o anticorpo
não irá ter utilidade porque ele vai ficar ligado pela porção FAB que
não ativa a resposta imune, somente é responsável por reconhecer o
patógeno, ou seja, a ptn A faz uma ligação invertida)
 Variação antigênica: o reconhecimento de um determinado patógeno,
depende dos antígenos que ele expõe. A bactéria alterna esses antígenos.
Isso pode ocorrer em um mesmo patógeno, durante a infecção (muito
comum na Epoli Meningitite (?), ela muda seus antígenos), ou em
diferentes cepas da mesma espécie, quando eu falo em sorotipos. A E.
coli O105H5 tem um antígeno flagelar e um da parede.
Esse pile tem uma Adesina. O hospedeiro produziu AC contra a Adesina e a
bactéria muda a conformação dessa Adesina que continua atuando como Adesina, mas
com estrutura alterada e o AC não irá reconhecê-la. Se o organismo passar a produzir
AC para a nova Adesina, ela altera de novo. Isso pode ocorrer com qualquer outra
estrutura na superfície da bactéria que funcione como AG.
A bactéria não vai defender a virulência dela de apenas um fator. Tudo isso atua
em conjunto. Exemplo: a bactéria pode ter cápsula, variar o AG e também evadir o
macrófago.
Fatores que causam danos direto ao hospedeiro (mecanismos de agressão). Esses
danos causados ao hospedeiro podem levar à:
 Morte celular por lise (necrose) ou indução de apoptose
 Alterações do metabolismo
 Resposta imune do hospedeiro que causa danos celulares, ou seja, a
bactéria induz uma resposta imune exacerbada. Através de:
1. Toxinas.
2. Endotoxinas: componentes da célula bacteriana (gran negativas) que são
liberados quando a célula é lisada. Ex: LPS (através do lipídio A). Isso pode
ocorrer quando a bactéria morre. O sistema imune (receptores do tipo Toll)
reconhecem o LPS e dá início a uma cascata de coagulação disseminada,
ativação generalizada do Sistema Complemento, produção alta de IL-1 e TNF.
O LPS é uma das toxinas mais potentes, porque em quantidades baixíssimas é capaz de
induzir a tudo que foi citado acima. Ela aumenta a vasodilatação e conseqüentemente a
permeabilidade do tecido, que leva ao choque (passagem do líquido para o tecido,
diminuição da PA e do Débito Cardíaco, falência dos órgãos por baixa oxigenação). Ele
ativa IgE dos mastócitos, que por sua vez liberam mediadores como: histaminas (efeito
vasodilatador).
3. Exotoxinas: é qualquer toxina que é excretada no meio pelas bactérias. São
produzidas por qualquer grupo bacteriano, diferente das endotoxinas que são
produzidas somente pelas Gram-negativas. Essas exotoxinas podem ser
utilizadas de maneira benéfica pelo hospedeiro. Através de:
- Toxóides: alteração da estrutura da toxina que fica sem ação tóxica, mas
com imunogenicidade preservada – funcionam como imunizantes; obtidos
por proteólise parcial, alterações em regiões-chave, engenharia genética que
permitem que quando em contato com o invasor o hospedeiro esteja
protegido (base das vacinas diftérica e tetânica). As exotoxinas se
classificam em 3 classes:

Tipo I ou Superantígenos
 Ligam-se diretamente a moléculas de MHC da superfície de macrófagos
e receptores de linfócito T, ou seja, não vou ter uma resposta imune
direcionada ao super antígeno (ao antígeno sim, mas não ao super
antígeno, vide desenho abaixo), a resposta imune é inespecífica. E os
eventos são semelhantes aos que ocorrem com o LPS, febre, aumenta a
vasodilatação e conseqüentemente a permeabilidade do tecido, que leva
ao choque.
 Produção de grande quantidade de citocinas, levando à uma resposta
exacerbada  choque
 Ex: Enterotoxina estaficócica, Exotoxina pirogênica estreptocócica e
TSST (toxina da síndrome choque tóxico), etc.

Tipo II ou Toxinas Desestruturadoras de Membranas
 Agem na membrana celular eucariótica
 Formam poros que levam a destruição da integridade da membrana.
 Ex: Hemolisinas (causa poros nas hemácias), Leucocidina (causam poros
no leucócitos), Pneumolisina (causam poros nos leucócitos) e -toxina
(C. perfringens)

Tipo III ou Toxina do Tipo A-B
 Maioria das toxinas, 90% das toxinas bacterianas;
 Apresentam dois tipos de subunidades, uma chamada subunidade B e
outra subunidade A;
 A letra B vem de binding, pois é essa subunidade responsável pela
ligação da toxina ao seu receptor celular (hospedeiro);
 A subunidade A é a porção enzimaticamente ativa, que penetra na célula
e exerce os efeitos biológicos da toxina;
Exs.:
Toxina diftérica – Inibe a síntese proteica
Toxina colérica – Desregula a produção de cAMP
Toxina botulínica (efeito paralisias flácidas) e Toxina tetânica (efeito espásmico) –
ambas inibem a Neurotransmissão.
As bactérias produzem outras enzimas que tem efeito na virulência. Por
exemplo:
• Proteases (destroem as proteínas)
• Hialuronidases (destroem o ácido hialurônico)
• Colagenases (destroem o colágeno)
• Gelatinases (destroem a gelatina, PTN da Matriz Extra Celular)
Ou seja, essa enzimas levam a destruição tecidual (célula e MEC).
Abaixo o esquema de Sistema de Secreção: sistemas de translocação dos fatores de
virulência. A bactéria injeta moléculas no interior do citoplasma da célula do
hospedeiro.
Outro fator importante na virulência são os Sideróforos, substâncias que
apresentam alta afinidade para o ferro, sendo capazes de retirá-lo das proteínas
carreadoras. Sabemos que o ferro é de extrema importância para os eucariotos e
procariotos, pois ele participa de uma série de reações de oxidação e redução (ele ganha
e doa elétrons com a função de equilibrar a reação) e a competição pelo ferro é um fator
de virulência para as bactérias que também necessitam de equilibrar as suas reações. O
ferro existente no ser humano está quase todo ligado à hemoglobina, à transferrina ou à
lactoferrina. No ínicio da infecção o hospedeiro aumenta a produção destas proteínas.
Então, a bactéria produz os sideróforos que tem mais afinidade pelo ferro do que a
transferrina e lactoferrina, ou seja, ele rouba o ferro destas proteínas.
Agora, o último fator de Virulência, que na verdade é mais que um fator de
virulência, uma estratégia de comportamento, de vida da bactéria: BIOFILME.
Biofilme é o conjunto de microrganismos aderidos a uma superfície biótica ou
abiótica (orgânico ou não) e revestidos por uma matriz extracelular. Uma espécie de
tecido conjuntivo de bactérias.
 Estratégia de crescimento presente em mais de 65% das infecções humanas de
etiologia bacteriana;
 Raramente são eliminados pelo sistema imune do hospedeiro, pois ele não o
reconhece;
 Sintomas recorrentes após o tratamento com antimicrobianos. Já que o
antimicrobiano destruirá algumas bactérias, mas as bactérias do interior do
Biofilme irão sobreviver.
 Associados a infecções crônicas;
 Comumente relacionados com dispositivos médicos invasivos (cateter, sonda,
marcapasso, etc);
O professor diz acreditar que todo tipo de bactéria possa produzir BIOFILME.
Um exemplo clássico de biofilme é a cárie (tem todos os tipos de bactéria) que é uma
porta para infecções no organismo.
Abaixo, alvéolos - onde vemos macrófagos tentando combater as bactérias que já
começaram a produzir BIOFILME. O sistema imune não consegue ser eficiente e vai
ocorrer fibrose.