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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
Vibrio fischeri
Euprymna scolopes
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)
Regulación de la
Expresión
Transducción de
Señales
MEDIO AMBIENTE
HOSPEDERO
(Respuesta Celular)
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
Patogenicidad
• Capacidad de un microorganismo para
causar enfermedad en un hospedero
susceptible.
Patogénesis Mediada por Hospedero
Patogénesis Mediada por Bacteria
Toxinas Secretadas
+
Antígenos
Leukocitos
Respuesta celular inmune e
inflamatoria prolongada
Daño a células
somáticas
Mecanismos Generalizados de patogénesis bacteriana
Patogenicidad y Virulencia
• Mecanismos de Patogenicidad : Estrategias
microbianas para causar daño en un hospedero.
• Virulencia: La capacidad relativa de un
microorganismo para causar daño en un
hospedero.
Curvas Daño-Respuesta de Patógenos Microbianos
Clase 2
Clase 1
Respuesta
Clase 4
Respuesta
Respuesta
Clase 5
Respuesta
Clase 3
Respuesta
Clase 6
Respuesta
Patogenicidad y Virulencia
• 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.
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
Neisseria gonorrea
Streptococcus pneumoniae
Haemophilus influenzae
Proteína M
Inhibición de
C3b
Streptococcus pyogenes
Staphylococcus aureus
Carotenoides
Estallido
respiratorio
Proteína A
Unión a
región Fc
de IgG
Estrategias y Factores de Virulencia: Fases Tempranas
A
B
Figura 1. A. Para algunos patógenos, la adhesión estrecha de la bacteria a la superficie celular
produce una polimerización modesta de la actina, solo en la vecindad inmediata del sitio de
interacción bacteriana (mecanismo “zipper” de inducción de la fagocitosis). B. Para otros
patógenos, la célula huésped altera su membrana, produciendo filamentos largos sobre la
bacteria 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. (B
y 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 y Factores de Virulencia: Fases
Tardías
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
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
Host
cell
Sobrevivencia Mediada por Fagocitosis
Hospedero -Dirigida
Patógeno
Mecanismo
Mycobacterium spp
Inhibición de la fusión endosomalisosoma
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 degraded in 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
Factores de virulencia en H. pylori
Exotoxinas bacterianas
Tipo Blanco
Mecanismo
Tipo de toxina
I
Envoltura
Interferencia con la
celular,
transducción de señales,
membranas activación inapropiada de
receptores celulares
Enterotoxinas
termoestables
Superantígenos
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
Exotoxinas bacterianas
• Tres tipos:
• Citotoxinas:
– Dos componentes:
• Polipeptido A (activo) y B (union)
• Neurotoxinas
• Enterotoxinas
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 FITCconjugated antibody (green) and DNA with DAPI (blue).
Table 1 An overview of mechanisms used by bacteria
to avoid host immune responses
Regulación de los Factores de Virulencia