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05/10/2010 BACTÉRIAS ANAERÓBIAS FISIOLOGIA E PATOGENICIDADE Prof. Vânia Lúcia da Silva Crescimento em condições de baixo potencial redox, relacionado com reduzida concentração de O2 SÉCULO XIX PASTEUR MUNDO ANAERÓBIO Epidemiologia Ecossistemas como solo, pântanos, sedimentos de lagos e rios, esgotos. Quase todos os sítios habitados do corpo: - trato gastrintestinal (especialmente no cólon) - trato geniturinário - pele - cavidade oral (mucosa e superfície dentária) Grupo ecologicamente significativo da microbiota residente Em alguns sítios - 1000:1 1 05/10/2010 Divisão atual dos microrganismos quanto à sua necessidade de oxigênio Aeróbios Anaeróbios obrigatórios Obrigatórios Microaerófilos Anaeróbios Facultativos Só crescem em ausência de oxigênio atmosférico. Podem apresentar diferentes graus de tolerância ao oxigênio, o que torna o grupo heterogêneo. Aerotolerantes Extremamente sensíveis Fisiologia dos Microrganismos Anaeróbios FERMENTAÇÃO X RESPIRAÇÃO FERMENTAÇÃO: constitui a classe de reações biológicas de oxidação-redução produtoras de energia, nas quais compostos orgânicos servem como os aceptores finais de elétrons. Não envolve cadeia respiratória - Processo de menor rendimento energético. Oxidação parcial do substrato RESPIRAÇÃO: processo de produção de energia em que os elétrons de um substrato oxidável são transferidos por uma série de reações de óxido-redução para um receptor de elétrons exógeno. Processo mais eficiente de produção de energia. Oxidação completa do substrato RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA: constitui a classe de oxidações biológicas em que um composto inorgânico diferente do oxigênio (sulfato, nitrato, carbonato) ou mesmo um composto orgânico (fumarato) é o aceptor final de elétrons. MICRORGANISMO ANAERÓBIO: RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA OU FERMENTAÇÃO???? Bactérias anaeróbias associadas ao homem são predominantemente microrganismos FERMENTADORES Enorme diversidade de substratos que podem ser utilizados CONDIÇ CONDIÇÕES DO MEIO 2 05/10/2010 Porque o oxigênio é letal para os anaeróbios? Incapacidade de eliminação ou capacidade limitada de eliminar produtos do metabolismo do oxigênio molecular. Redução do Oxigênio O2 + e- = O2- (ânion superóxido) O2 + 2 e- = H2O2 (peróxido de hidrogênio) O2 + 3 e- = H2O + OH- (radical hidroxila) O2 + 4 e- = H2O (água – redução total) Espécies Reativas do Oxigênio (EROs) Fluxo de EROs em eucariotos e procariotos aeróbios Fluxo de EROs em procariotos anaeróbios Estratégia de defesa (macrófagos) Oxidação e lipídios, proteínas e DNA MORTE CELULAR Estratégias de defesa: mecanismos antioxidantes Superóxido Dismutase (SOD): Presente microrganismos eucariotos (plantas e animais). em arqueobactérias, eubactérias e Catalases e Peroxidases: Enzima presente em bactérias, fungos, plantas, animais superiores, cuja principal função é proteger as células dos efeitos tóxicos do H2O2 3 05/10/2010 Aeróbios estritos: - atividade de catalase/peroxidase - atividade de SOD Anaeróbios aerotolerantes: - pouca atividade de SOD - pouca atividade de catalase/peroxidase Anaeróbios extremamente sensíveis: - baixos, indetectáveis ou nenhuma atividade de catalase/peroxidase ou SOD Implicações da tolerância ao oxigênio para os anaeróbios Capacidade do anaeróbio tolerar pequenas concentrações de oxigênio pode ser um pré requisito para sua patogenicidade; SODs, catalases e peroxidases => fatores de virulência - Proteção dos anaeróbios contra os danos causados pelo oxigênio; - Mecanismo de escape do sistema imunológico – imunidade inata Patogenicidade dos microrganismos anaeróbios Fatores de Virulência dos anaeróbios • Fatores relacionados à colonização bacteriana (fímbrias, adesinas) • Polissacarídeos capsulares • Lipopolissacarídeos (LPS) • Enzimas hidrolíticas (hialuronidases, colagenases, lipases, hemolisinas) • Exotoxinas (toxina botulínica, toxina tetânica); • Componentes que degradam proteínas do complemento - (podem inibir tanto a quimiotaxia, como a opsonização) • Ácidos graxos de cadeia curta – poderiam inibir a proliferação de células T e induzir apoptose em macrófagos, por diferentes estímulos. • Mecanismos protetores contra alterações ambientais, relacionados à sensibilidade ao oxigênio (SODs, catalases, peroxidases). 4 05/10/2010 A maioria dos microrganismos encontrados em infecções anaeróbicas são de origem endógena => fazem parte da nossa microbiota residente => caráter anfibiôntico (exceção Clostridium botulinum e Clostridium tetani => exógenos) Condições favoráveis para o estabelecimento de infecções anaeróbicas A perda do suprimento sanguíneo em qualquer tecido pode induzir uma hipóxia local estabelecendo assim um potencial de oxido-redução mais baixo, permitindo o estabelecimento dos anaeróbios. Rompimento da barreira anatômica por trauma. Corpos estranhos, queimaduras. Baixa na imunidade. Algumas vezes, microrganismos anaeróbios facultativos podem auxiliar o estabelecimentos dos anaeróbios, pelo consumo de pequenas concentrações de oxigênio presente naquele sítio. As infecções anaeróbicas podem apresentar-se de 2 maneiras: - Coleção de anaeróbios facultativos e anaeróbios obrigatórios; - Coleção de uma ou mais espécies de anaeróbios obrigatórios. Infecções produzidas por anaeróbios caracterizam-se por: • Supuração; • Formação de gás com odor fétido; • Formação de abscessos; • Destruição tecidual; • Geralmente polimicrobiana Abscessos cerebrais • Anaeróbios - Mais freqüentes: Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus - Menos freqüentes: Clostridium, Actinomyces • Não – anaeróbios - Streptococcus, Staphylococcus, Haemophilus, Actinobacillus • Fatores de risco: sinusite, otite, infecções orais, infecções pulmonares, endocardite, bacteremia. Empiema subdural • Anaeróbios - Bacteroides, Fusobacterium, Clostridium, Actinomyces... • Não – anaeróbios - Streptococcus, Staphylococcus, Haemophilus • Fatores de risco: sinusite, otite, meningite, neurocirurgias, infecções orais, infecções pulmonares, infecções faringotonsilares, bacteremia. 5 05/10/2010 Infecções orofaciais e odontogênicas • Anaeróbios -Bacteroides, Actinomyces... Fusobacterium, Peptostreptococcus, Prevotella, Porphyromonas, • Não – anaeróbios - Streptococcus do grupo viridans • Fatores de risco: infecções de canal radicular, abscessos periapicais, cáries dentais, gengivite, periodontite, trauma ou cirurgia oral. Otite média crônica • Anaeróbios - Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus, Veilonella, Clostridium • Não – anaeróbios - Pseudomonas, Enterobacteriaceae, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Moxarella catarralis, Streptococcus pyogenes. • Fatores de risco: Otite média aguda, obstrução da trompa de Eustáquio, mastoidite (infecção viral do mastoide – osso atrás do ouvido), colesteatoma (similar a um cisto infectado no ouvido médio), abscessos peridurais cerebrais e meningites. Sinusite crônica • Anaeróbios - Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Eubacterium, Actinomyces. • Não – anaeróbios - Streptococcus, Staphylococcus aureus, Haemophilus, pneumococos e Enterobacteriaceae • Fatores de risco: sinusite aguda, anormalidades anatômicas (desvio de septo, etc), introdução de corpos estranhos a cavidade nasal, tumores, infecções orais. Angina de Vincent Infecção que se manifesta-se como faringite em crianças e adultos jovens. Ocorre a formação de lesão com pseudomembrana, ulceração e necrose. A doença geralmente evolui para embolia pulmonar séptica, abscessos pulmonares, abscessos de fígado, etc. • Anaeróbios - Fusobacterium necrophorum é o patógeno chave, particularmente quando as complicações resultam em sepse. • Não – anaeróbios - Espiroquetas e outras bactérias podem estar associadas • Não são conhecidos fatores de risco. Bacteremia • Anaeróbios - Bacteroides, Clostridium e cocos anaeróbicos em 5 a 15% das hemoculturas positivas. • Fatores de risco: traumas e infecções no trato gastrintestinal, infecções no trato genital feminino, doenças vasculares, manipulação dental, infecções do trato respiratório superior e com menor freqüência infecções do trato respiratório inferior. 6 05/10/2010 Endocardites • Anaeróbios - 1 a 15% dos casos: Bacteroides, Peptostreptococcus, Fusobacterium necrophorum, Clostridium e Propionibacterium. • Fatores de risco: traumas e infecções no trato gastrintestinal, infecções no trato genital feminino, doenças vasculares, manipulação dental, infecções do trato respiratório superior e com menor freqüência infecções do trato respiratório inferior. Abscessos pulmonares • Infecções comunitárias: - Anaeróbios: microbiota indígena (Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus, Clostridium, Eubacterium, Actinomyces...) - Não-anaeróbios: Streptococcus do grupo viridans • Infecções hospitalares: - Anaeróbios: microbiota indígena (Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus, Clostridium, Eubacterium, Actinomyces) - Não-anaeróbios: Streptococcus viridans, Staphylococcus aureus, Enterobacteriaceae, Pseudomonas aeruginosa... • Fatores de risco: gengivite, periodontite, neoplasias pulmonares, corpos estranhos introduzidos, embolia pulmonar, embolia séptica, sepse intra-abdominal... Abscessos de fígado (envolvimento de anaeróbios – aproximadamente 50%) • Anaeróbios - Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Actinomyces. • Não – anaeróbios - Streptococcus viridans, Enterococcus, bastonetes Streptococcus pyogenes e Staphylococcus aureus. Gram negativos entéricos, • Fatores de risco: infecções de trato biliar, bacteremia, peritonite, infecções intraabdominais, abscessos periretais, traumas da cavidade intra-abdominal... Infecções de trato biliar • Anaeróbios: - Bacteroides, Clostridium, Peptostreptococcus, Clostridium... - Não-anaeróbios: Enterobacteriaceae (especialmente E. Enterococcus, Streptococcus viridans, Staphylococcus aureus. coli), • Fatores de risco: cálculo biliar, inflamação aguda... Abscessos intra-abdominais e peritonites • Anaeróbios - Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Clostridium. • Não – anaeróbios - Streptococcus viridans, Enterococcus, bastonetes Streptococcus pyogenes e Staphylococcus aureus. Gram negativos entéricos, • Fatores de risco: cirurgia gastrintestinal, supuração de feridas, doença inflamatória de intestino, isquemia intestinal, pancreatite, traumas da cavidade intra-abdominal. Outras manifestações clínicas envolvendo anaeróbios • Apendicite, abscessos renais, endometrites, inflamações pélvicas, abscessos tuboovarianos, aborto séptico, infecções secundárias em feridas, infecções de pele e tecidos moles, osteomielite, artrite purulenta, tétano, botulismo. 7 05/10/2010 Abscesso periretal Aborto séptico Vaginose Gangrena gasosa Abscesso de folículo piloso Infecção de ferida de mordidas Gangrena vascular Necrose de feridas Abscesso peri-aureolar Fasciíte necrosante Úlcera em pés diabéticos Tétano Botulismo Isolamento e identificação de bactérias anaeróbias Rotina laboratorial de identificação preliminar Meios seletivos (anaerobiose) Características morfo-coloniais Teste respiratório Microaerofilia Anaerobiose Cultura pura GRAM Aerobiose 8 05/10/2010 Microaerofilia O método da vela nos permite obter uma atmosfera de 6-7% de Oxigênio no interior da jarra quando a vela se apaga. Isolamento e identificação de bactérias anaeróbias Rotina laboratorial de identificação específica Métodos manuais e automatizados Identificação manual Características bioquímicas e fisiológicas - Catalase - Indol - Motilidade - Produção de H2S - Hidrólise da esculina - Esporulação - Resistência ao calor - Fermentação de carboidratos 9 05/10/2010 Identificação semi-automatizada Rapid ID 32A Identificação semi-automatizada Controle de qualidade no laboratório de microbiologia de anaeróbios - Colheita do espécime - Meio de preservação - Transporte - Processamento das amostras - Método de anaerobiose - Contaminação microbiana 10 05/10/2010 Métodos físicos e químicos para cultivo de bactérias anaeróbias Jarra anaeróbica X Câmara anaeróbica Método físico 90% Nitrogênio, 10% CO2 11 05/10/2010 Método químico Jarra Gas Pak® O gerador Gas Pak® ativado pelo acréscimo de água é colocado dentro da jarra hermeticamente fechada. Gera, por reação química, CO2 e H2 que é captado por catalisadores para formação de H2O e livrar o sistema de O2 12 05/10/2010 Método químico e físico Câmara Anaeróbica 85% Nitrogênio, 10% Hidrogênio, 5% CO2 13 05/10/2010 14
