ASOCIACIONES SIMBIOTICAS, PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
Bacteriología y Micología Veterinaria
M. en C. Gerardo Castillo
Otoño 2012
Simbiosis
• Asociación de dos o mas organismos diferentes
• Simbionte: Organismo que pasa la mayor parte o la totalidad de su
ciclo vital asociado físicamente con otro organismo diferente
• Tres tipos de simbiosis:
– Comensalismo
– Mutualismo
– Parasitismo
Comensalismo
• Asociación en la que el simbionte (comensal) se
beneficia y el hospedero no es perjudicado ni
beneficiado
• Cepas no patógenas de E. coli
Mutualismo
• Asociación en la que ambos
organismos obtienen un
beneficio reciproco
• Asociación entre rumiantes
y microorganismos en el
rumen
Parasitismo
• Interacción entre dos organismos diferentes en la
cual uno (parasito) daña o vive a expensas del
otro (hospedero)
• Virus, bacterias, hongos, protozoos, helmintos,
insectos
Interacción Microorganismo-Hospedero
PATOGENO/
(Factores de Virulencia o de Asociación)
HOSPEDERO
(Respuesta Celular)
MEDIO AMBIENTE
Regulación de la
ExpresiónTransducción de
Señales
Modulación de la
Respuesta
Enfermedad y Daño
• Enfermedad: Ocurre cuando el hospedero cursa con un daño suficiente
para perturbar la homeostasis.
• Daño:
– A) Su naturaleza y extensión depende del estado inmune del
hospedero e incluye a células, órganos y tejidos.
– B) Puede ser mediado por el patógeno o por el hospedero.
• Mediado por patógeno: Cuando el hospedero monta una
respuesta inmune débil.
• Mediado por hospedero: Cuando este monta una respuesta
inmune muy fuerte.
Enfermedad infecciosa
• Cualquier desviación de la salud, por la que parte
o totalidad del hospedero no esta equilibrada
adecuadamente o es incapaz de realizar sus
funciones normales, debido a la presencia de un
organismo parasitario o sus productos
Patogénesis Mediada por Hospedero Patogénesis Mediada por Bacteria
Toxinas Secretadas+
LeukocitosAntígenos
Respuesta celular inmune e
inflamatoria prolongada
Daño a células
somáticas
Mecanismos Generalizados de patogénesis bacteriana
• Mecanismos de Patogenicidad : Estrategias
microbianas para causar daño en un hospedero.
• Virulencia: La capacidad relativa de un
microorganismo para causar daño en un
hospedero.
Patogenicidad y Virulencia
Curvas Daño-Respuesta de Patógenos Microbianos
Respuesta
Clase 2
Respuesta
Clase 3
Respuesta
Clase 1
Respuesta
Clase 4
Respuesta
Clase 6
Respuesta
Clase 5
• Factor o determinante de virulencia: Componente
microbiano que está directamente involucrado en el
daño al hospedero o cualquier producto de una
función o estructura básica, que favorece el
crecimiento o sobrevivencia durante la infección. El
gen que lo codifica es un gen de virulencia.
Patogenicidad y Virulencia
Tipos de Factores de Virulencia
• Esenciales o Indispensables: Confieren patogenicidad y
habilidad para causar daño y por lo tanto sirven para
discriminar a patógenos. Toxinas, cápsulas,
• Contribuyentes: Modifican la magnitud y extensión del
daño. Proteasas, fosfolipasas
PATOGENESIS
• La interacción recíproca entre un microorganismo patógeno y su célula
hospedera es el aspecto central de la patogénesis.
• El grado de daño al hospedero no necesariamente correlaciona en forma directa,
con el éxito evolutivo del patógeno. La interacción más evolucionada sería
aquélla en donde el grado de virulencia es tal, que permite la sobrevivencia del
hospedero
¿Cómo produce enfermedad un
microorganismo?
• Debe tener una vía de entrada
• Mucosas
• Tracto respiratorio
• Tracto gastrointestinal
• Tracto genitourinario
• Conjuntiva
• Piel
• Vía parenteral
Mecanismos de Patogenicidad
• Tropismo y Colonización: Adherencia, Movilización y Quimiotaxis,
• Invasión: Translocación de efectores, Penetración por “Zipper” y “Ruffling”.
• Multiplicación y Diseminación: Sobrevivencia, Movilidad intracelular
• Interferencia a la Respuesta del Hospedero: Evasión de la respuesta inmune,
Variación antigénica, sometimiento y confrontación
• Daño al hospedero: Toxicidad, Inducción de apoptosis, Respuesta inflamatoria
Inmunidad a las Infecciones Microbianas
• Innata: Barreras físicas y químicas de prevención.
– Piel: Prevención del libre acceso (bajo pH, desecación) y descamación.
– Mucosas: Peristaltismo, movimiento mucociliar, flujos (lagrimeo de
conjuntivas).
– Químicos: Acidos orgánicos, pH, lisozima, lactoferrina, etc.
• Específica: Producción de anticuerpos y linfocitos T.
Inmunidad a las Infecciones Microbianas
• Fiebre: Aumento anormal de la temperatura corporal. Llamada también
pirexia.
• Pirógeno: Agente patógeno que puede inducir pirexia.
– Fiebre continua: 24 hrs ≤ 1o C
– Fiebre remitente: 24 hrs > 1º C
– Fiebre intermitente: T normal una parte del día, luego se eleva
– Fiebre recurrente: T normal durante periodos largos de tiempo seguido
por periodos de fiebre
La Firma del Patógeno: Interferencia a la respuesta del
hospedero
• Evasión: Cápsula, modificación de la envoltura celular,
proteínas similares a inmunoglobulinas, Adherencia a
receptores alternativos.
• Sometimiento (secuestro de las vías de señalización): Invasión
por mecanismos de “cierre” y “disparo”, uso y modificación de
las enzimas hospederas.
• Confrontación: Proteasas de IgAs
Proteína M
Streptococcus pyogenes
Inhibición de C3b
Staphylococcus aureus
Carotenoides Estallido respiratorio
Proteína A Unión a región Fcde IgG
A B
Figura 1. A. Para algunos patógenos, la adhesión estrecha de la bacteria a la superficie celularproduce una polimerización modesta de la actina, solo en la vecindad inmediata del sitio deinteracción bacteriana (mecanismo “zipper” de inducción de la fagocitosis). B. Para otrospatógenos, la célula huésped altera su membrana, produciendo filamentos largos sobre labacteria para atraparla dentro de un compartimiento rodeado de membrana celular (mecanismo“trigger” de inducción de la fagocitosis).
Interacción de S. typhimurium con células del epitelio intestinal.(A) Microfotografía electrónica de barrido de células intestinales Caco-2 infectadas. (By C) Rearreglos de actina del citoesqueleto de las células infectadas.
Complejo Aguja del sistema de secreción tipo III de S. typhimurium type. (A) complejos en la envoltura bacteriana (flechas). (B) Microfotografia Electrónica de complejos purificados y (C) representación esquemática.
Estrategias Comunes de Sobrevivencia Microbiana
•Sobrevivencia a las barreras físicas y químicas.
•Resistencia a los ácidos, movilidad y enmascaramiento.
•Enzimas para crear un ambiente permisivo.
•Sobrevivencia intracelular.
•Inhibición de la fusión endosoma-lisosoma.
•Protección del ambiente intracelular.
• Mimetismo molecular
– Respuesta inmune inadecuada.
– Inducción de respuesta inmune cruzada
• Variación Antigénica
– Alteración y/o ausencia de la presentación inmunológica.
• Factores superficiales y secretados.
– Capsulas, proteínas, polisacaridos, enzimas, toxinas
Cell
membrane
Host
cell
Facultative intracellular
bacteria:
Salmonella
Shigelia
Yersinia
Oblígate intracellular
bacteria:
Rickettsia
Chlamydia
Coxiella
Extracellular bacteria:
Vibrio cholerase
Pseudomonas
E. coli (ETEC)
Pathogenic bacteria, indicating their preferred growth phase
within the host
Sobrevivencia Mediada por Fagocitosis Hospedero -Dirigida
Patógeno Mecanismo
Mycobacterium spp Inhibición de la fusión endosoma-lisosoma
Legionella pneumophila La proteína de membrana externa Mip interactúa con el complemento C3b. Usando los receptores C3b, el fagocito toma al patógeno disminuyendo su exposición al oxígeno tóxico.
Rickettsia spp Disuelve la membrana endosomal previo a la fusión con el lisosoma.
Strategies to survive in macrophages. New phagosomes are generated by coordinated actin polymerization (rods) and myosindependent contractions. As the phagosome matures, its lipid and protein composition changes to resemble that of (a) early endosomes, then (b) late lysosomes, and eventually (c) phagosomal prey is degradedin digestive lysosomes. To survive in macrophages, some pathogens (d) exclude from their vacuoles host proteins that promote phagosome maturation. Other parasites (e) exploit either specialized secretion systems or glycolipid coats to stall phagosome maturation.
E. coli enteropatógena y Shigella explotan la maquinaria de polimerización de actina para adherirse intimamente o para desplazarse intracelularmente
Factores de Virulencia que Causan Daño al Hospedero
• Exotoxinas: Tipo A-B, proteolíticas, formadoras de poro, alterantes de
membrana.
• Endotoxinas y otros componentes de la pared: LPS, lipooligosacaridos
(LOS).
• Enzimas hidrolíticas: Fosfolipasas, DNAasa.
• Productos bacterianos que provocan respuesta autoinmune: Proteínas
de choque térmico.
• Inducción de Apoptosis: Factor activante de proteasa, desoxiribonucleasa
activada por caspasa
Exotoxinas bacterianas
Tipo Blanco Mecanismo Tipo de toxina
I Envoltura celular, membranas
Interferencia con la transducción de señales, activación inapropiada de receptores celulares
Enterotoxinas termoestablesSuperantígenos
II Membrana Formación de canales, daño enzimático a membrana
Fosfolipasa C, proteasas, citolisinas, toxinas RTX
III Intracelular Inhibición de síntesis de proteínas, activación de adenilato ciclasa, alteración del citoesqueleto, alteración de la señalización celular
Toxinas AB (CT, LT, Pertusis,
ExoA, DT, Stx’s), ExoS, ExoT
• Tres tipos:• Citotoxinas:
– Dos componentes:• Polipeptido A (activo) y B (union)
• Neurotoxinas• Enterotoxinas
Exotoxinas bacterianas
Intracellular bacteria that induce and/or inhibit host cell apoptosis
Bacteria Host cells Apoptosis Host targets
Shigella (IpaB) Macrophages Induction Caspase-1
Salmonella (SipB) Macrophages Induction Caspase-1
Listeria (LlyO) Hepatocytes, dendritic cells, lymphocytes
Induction Unknown
Legionella Macrophages,epithelial cells Induction Caspase-3
Yersinia (YopJ/YopP) Macrophages Induction TNF-α, NF-κB, MAPKK
Mycobacterium (Cell Wall)
Macrophages Induction and inhibition
TNF-α, Caspase-1
Chlamydia Epithelial cells, Macrophages
Induction and inhibition
Caspase-3, cyt c
Rickettsia Epithelial cells Induction and inhibition
NF-κB
Coxiella Macrophages Induction TNF-α
[a]Abbreviations: cyt c, cytochrome c; MAPKK, mitogen-activated protein kinase kinase; NF-κB, nuclear factor B; TNF-α, tumor necrosis factor
Mecanismos para el establecimiento de una infección persistente por Helicobacter pylori. La bacteria sobrepasa el sistema inmune innato neutralizando el ácido gastrico (a) y produciendo un flagelo y LPS con bajo reconocimiento inmunoestimulatorio por receptores Toll-like (b). La proliferación de células B (c) y T (d) es bloqueada por la actividad de CagA (producto de genes asociado a cytotoxin-associated gene (cag) en la isla de pategenicidad) y VacA (citotoxina vacuolizante), respectivamente. Además puede sobrevivir intracelularmente (e), y mostrar una alta frecuencia de rearreglos genéticos (f) que aparentan ser esenciales para una colonización persistente.
Interaction of Salmonella with intestinal epithelial cells. (a) Electron micrograph of S. typhimurium infected Madin Darby canine kidney (MDCK) cell. The apical surface of the MDCK cell is pseudo-colored red and displays numerous microvilli (finger-like projections). The bacterium pseudo-colored green. Invasion disrupts the microvilli and induces localized membrane ruffles that envelop the bacteria leading to engulfment (C Ginocchio, S Olmsted, C Wells and JE Gala´ n; unpublished). (b) Immunofluorescence image showing actin cytoskeletal rearrangements (arrow) stimulated by S. typhimurium infection of Henle 407 cells. F-actin was stained with rhodamine phalloidin (red), S. typhimurium with a FITC-conjugated antibody (green) and DNA with DAPI (blue).
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