Microrganismos e hospedeiros

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E
IMUNOLOGIA
Microrganismos e hospedeiros:
microbiota residente, transitória e
doenças
Disciplina: Microbiologia Aplicada à Nutrição
Professora: Alessandra Machado
O mundo microbiano
Os microrganismos são ubíquos.
Os ecossistemas são normalmente colonizados por uma
ampla e diversa microbiota, formada principalmente por
bactérias e fungos.
Microbiota que coloniza o corpo humano é numerosa,
complexa e diversa.
Corpo humano é habitado por 100 trilhões de células
microbianas (10x mais o número de células humanas).
Microbiota humana
Os microrganismos que habitam os diversos sítios anatômicos do
corpo humano são classificados em dois grupos:
Microbiota
residente
Microbiota
transitória
Microbiota residente, indígena, normal ou autóctone
•
Microrganismos que estabelecem uma residência
mais ou menos permanente (colonizam), mas que
não produzem doença em condições normais.
•
Altamente dependente das condições às quais um
indivíduo é exposto.
•
Altamente diversa entre indivíduos.
Microbiota Residente, Indígena, Autóctone ou
“Normal”
Papel importante na manutenção da integridade do
hospedeiro, quando em equilíbrio em um sítio específico
-Oferecem barreiras contra colonização por patógenos;
- Produzem substâncias utilizáveis pelo hospedeiro;
- Degradam produtos tóxicos;
- Participam da
hospedeiros
modulação
do
sistema
imune
dos
Microbiota residente
Caráter Anfibiôntico
Microrganismos podem se comportar como
patógenos
oportunistas
em
situações
de
desequilíbrio ou ao serem introduzidos em sítios
estéreis ou não específicos.
Microrganismos da microbiota residente humana
• Frequentemente são benéficos e necessários à manutenção da saúde
-Fluxo rápido de conteúdo;
-Secreções do I.D.
Trato gastrointestinal humano
-Fluxo rápido de conteúdo;
-pH ácido;
Restringem a
colonização microbiana
Restringem a
colonização microbiana
- pH neutro;
- Abundância relativa de nutrientes (CHO não-digeríveis
e componentes alimentares que escaparam da digestão
no TGI)
Ambiente propício para proliferação microbiana
- A motilidade intestinal é um
pouco mais lenta
Favorece a colonização
microbiana.
Sander et al., 2007
Microbiota intestinal
Atua:
• Modulação do sistema imune;
• Degradação de componentes não digeríveis da dieta
• Produção de ácido graxo de cadeia curta;
• Proteção do epitélio intestinal contra patógenos;
• Síntese de vitaminas – tiamina, riboflavina, piridoxina, B12 e K
Papel importante na manutenção da integridade do
hospedeiro, forte impacto na fisiologia e na nutrição do
hospedeiro e é crucial para a vida humana.
Sucessão Microbiana Intestinal
Pós-parto
Colonizadores secundários:
Bacteroides, Clostridia,
Bifidobacterium
Nascimento
Colonizadores primários:
E. coli e Enterococcus
A partir dos 6 meses
Microbiota – mais diversa e
complexa
Até 6 meses
Adulto
Microbiota sofre
Redução gradual da
interferência do tipo diversidade – Bacteroidetes
alimentação
e Firmicutes e estabilidade
• Iniciado em 2007
• Término previsto 2014
• 4 regiões: boca, pele, gastrointestinal e urogenital
Caracterizar detalhadamente a microbiota humana e analisar
seu papel na saúde e na doença dos seres humanos.
Microbiota transitória, transiente ou alóctone
• Microrganismos
patogênicos,
não
patogênicos
encontrados
ou
potencialmente
em superfícies
externas
e
internas, durante algumas horas, dias ou mesmo semanas.
• Pouca importância se a microbiota residente estiver em
equilíbrio. Caso ocorra alteração neste equilíbrio, os
microrganismos transitórios podem proliferar-se e produzir
doença.
Interações bactéria-hospedeiro
O corpo humano é um conjunto de nichos ambientais que fornece
nutrientes necessários para o seu crescimento.
Corpo não é ambiente uniforme – crescimento de determinados
microrganismos é favorecido.
- Pele: ambiente relativamente seco favorece crescimento de S. aureus
- Pulmões: ambiente altamente oxigenado favorece crescimento do
aeróbio Mycobacterium tuberculosis
- Intestino grosso: ambiente anóxico favorece crescimento dos
anaeróbios estritos Clostridium e Bacteroides
Hospedeiros – mecanismos de defesa
Microrganismos que conseguem colonizar um hospedeiro com
sucesso sobrepujam esses mecanismos de defesa.
Microrganismos e mecanismos da patogênese
Conceitos básicos
• Patógeno – organismo que vive na superfície ou no interior do
hospedeiro, causando danos.
•
Patogenicidade – capacidade do microrganismo provocar
danos em um hospedeiro.
• Virulência – grau de patogenicidade, ou seja, a dose ou o
número de células que resultará em resposta patológica em
um dado período de tempo.
Virulência
Virulência microbiana. Diferenças na virulência microbiana, demostradas com base no
número de células de Streptococcus pneumoniae e Salmonella typhimurium necessárias para
matar os camundongos.
Fatores de virulência
Estruturas, produtos ou estratégias que contribuem para o aumento da
capacidade da bactéria de causar doença .
Produção de toxinas e/ou enzimas
Cápsula e camada limosa
Fímbrias
Endotoxina
Peptideoglicano
Resistência aos antimicrobianos
Fatores de virulência na patogênese de Salmonella
Conceitos básicos
INFECÇÃO
DOENÇA
• Infecção: colonização, multiplicação ou persistência dos
microrganismos no hospedeiro, quer o hospedeiro seja
prejudicado ou não.
• Doença: quando a interação entre o microrganismo e o hospedeiro
leva a um processo patológico caracterizado por dano ao hospedeiro.
A infecção pode existir sem doença detectável
Microrganismos e mecanismos da patogênese
Adesão específica
• Estratégia que as bactérias usam para se fixar nas células e nos
tecidos do hospedeiro
• Capacidade de aderência – mediada por estruturas da superfície
celular bacteriana.
• Interações macromoleculares entre as superfícies das células do
patógeno e do hospedeiro.
•
Ligação seletiva às células de região corpórea particular.
Ex: N. gonorrhoeae – epitélio urogenital
Principais fatores de aderência
Camada limosa – rede frouxa de fibras poliméricas,
estendendo-se para fora da célula.
S. mutans – camada limosa de dextrana promove a ligação
à superfície dental.
Cápsula – envoltório denso e bem definido que circunda a
célula.
E. coli patogênica – cápsula promove aderência à borda em
escova das vilosidades intestinais.
Aderência de patógeneos a tecidos animais. (a) Micrografia de transmissão de Vibrio
cholerae aderido à borda em escova das vilosidades intestinais de coelho. Observe a
ausência de cápsula. (b) Escherichia coli enteropatogênica em infeção modelo fatal, em
bezerro. As células bacterianas estão aderidas à borda em escova das vilosidades intestinais
do bezerro por meio de sua cápsula.
Principais fatores de aderência
Fimbrias e pili – Estruturas proteicas da superfície da célula
bacteriana. Atuam pela ligação às glicoproteínas da superfície da
célula hospedeira, iniciando o processo de aderência.
N. gonorrhoeae – pili facilita a ligação ao epitélio urogenital
Salmonella – fímbrias facilitam a ligação ao epitélio intestinal
Proteínas de aderência
N. gonorrhoeae – proteína Opa liga-se a receptores do
epitélio urogenital.
Colonização e crescimento
• Quando patógeno tem acesso aos tecidos, o microrganismo
pode multiplicar e colonizar o tecido.
• Geralmente, o inóculo inicial de um patógeno é insuficiente
para causar dano ao hospedeiro.
• Patógenos – nutrientes e condições ambientais apropriadas
(temperatura, pH, presença ou ausência de oxigênio) que
permitam seu crescimento.
Ações patogênicas das bactérias
• Destruição dos tecidos
ácidos, gás - resultantes do crescimento bacteriano
enzimas degradativas – decompõe o tecido e
fornece nutrientes para crescimento do microrganismo
Ex: Clostridium perfringens – produzem fosfolipase C, colagenase, proteases,
hialuronidase, toxinas, ácido, gás – destroem o tecido.
Toxinas – produtos bacterianos que danificam diretamente o
tecido ou promovem atividades biológicas destrutivas.
Toxinas
• Toxicidade – capacidade de um organismo causar uma doença
por meio de uma toxina que inibe a função ou mata a célula
hospedeira.
• Exotoxinas
- proteínas tóxicas liberadas pela célula do patógeno, à
medida que ele cresce.
• Endotoxinas
- Lipopolissacarídeos (LPS) da camada externa de Gramnegativas que estão ligadas à célula e liberadas em grandes
quantidades quando as células sofrem lise.
Exotoxinas
Citolíticas – destroem a integridade
citoplasmática, promovendo a lise celular.
da
membrana
AB – subunidade B liga-se a um receptor superficial da célula
hospedeira, promovendo a transferência da subunidade A
através da membrana da célula-alvo, que promove danos à
célula.
Superantígenos – estimulam um grande número de células da
resposta imune, resultando em intensas reações inflamatórias
e danos teciduais.
Toxina citolítica
α-toxina de estafilococos é uma citotoxina formadora de poros, produzidas por
Staphylococcus. Liberadas na forma de monômeros, sete subunidades proteicas idênticas
oligomerizam-se na membrana citoplasmática das células alvo. O oligômero forma um
poro, liberando todo o conteúdo celular e permitindo o influxo de compostos
extracelulares e o efluxo de compostos intracelulares. As células eucarióticas tornam-se
intumescidas e sofrem lise.
Toxina AB
A ação da toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae
Enterotoxinas
• Exotoxinas cujas atividades afetam o
intestino
delgado,
provocando
secreção de fluidos para o lúmen
intestinal, o que resulta em diarreia.
•
Geralmente adquiridas pela ingestão
de alimentos ou água contaminados.
•
Produzidas
por
vários
microrganismos:
S.
aureus,
C.
perfringens, B. cereus, V. cholerae, E.
coli e S. enteritidis
Ação da toxina colérica
Endotoxinas
(LPS) da camada externa de
Gram-negativas que estão
ligadas à célula e liberadas em
grandes quantidades quando
as células sofrem lise.
Diarreia, vômitos, febre e choque
potencialmente fatal
ENDOTOXINA
Propriedades
Exotoxinas
Endotoxinas
Propriedades químicas
Proteínas,excretadas
por Lipopolissacarídeo – liberado por lise
determinadas Gram-negativas ou celular - parte da membrana externa
Gram-positivas.
de Gram-negativas.
Mecanismo de ação,
sintomas
Específico, geralmente ligam- Geral, febre, diarreia, vômito
se a receptores ou estruturas
específicas,
atuam
como
citotoxinas, enterotoxinas ou
neurotoxina,
com
ação
específica em células ou
tecidos
Toxicidade
Frequentemente
muito Pouco tóxicas, raramente fatais
tóxicas, algumas vezes fatais
Potencial de febre
Geralmente não produz febre
Pirogênica,
frequentemente
induz febre no hospedeiro
Fatores do hospedeiro na doença infecciosa
Fatores de risco do hospedeiro na infecção – contribuem para a
susceptibilidade do hospedeiro
• Idade
- Crianças: patógenos intestinais têm maior chance de se estabelecer.
- Idosos: mais susceptíveis às infecções respiratórias.
• Estresse e dieta
- Fontes de estresse fisiológico (fadiga, dieta pobre, desidratação, mudanças
climáticas bruscas) – aumentam a incidência e gravidade das doenças
infecciosas.
• Hospedeiro comprometido
- Um ou mais mecanismos de defesa estão inativados
- Probabilidade de infecção é maior.
Fatores de proteção do hospedeiro na infecção
• Imunidade natural ou inata:
- Mecanismos de defesa presentes independente da presença de
agentes infecciosos (barreiras físicas, químicas e anatômicas).
• Imunidade adquirida ou específica:
- Mecanismos de defesa estimulados pela exposição a substâncias
estranhas - imunoglobulinas.
Remoção de partículas,
incluindo microrganismos
Pele – barreira física, e sua
microbiota normal inibe a
colonização de patógenos
A lisozima da lágrima e
outras secreções dissolvem
as paredes celulares
bacterianas
O muco e os cílios que
revestem a traqueia deslocam
os microrganismos para fora
do corpo
O muco dos pulmões
impede a colonização
A acidez estomacal inibe
crescimento microbiano
Proteínas sanguíneas e a linfa
inibem o crescimento
microbiano
Microbiota normal
compete com os
patógenos
O fluxo no trato urinário
impede a colonização
Rápida alteração do pH inibe o
crescimento microbiano
Microbiota normal compete
com os patógenos
Barreiras físicas, químicas
e anatômicas