Mecanismos

moleculares de
patogénesis microbiana

Conferencia original – Autor:

Diana Panesso Botero, MSc, Ph.D.
Universidad El Bosque-Universidad de
Texas


1
Definiciones relevantes

Patogenicidad - Virulencia Teoría de las agresinas

Interacción huésped-microorganismo
Factor de virulencia
Patógenos oportunistas
Comensales
Colonización
Infección
Islas de Patogenicidad
1. Patogenecidad MO
2. Interacción daña el huésped
Toxinas 3. Dañó – Reflejo de la Virulencia
Cluster-Varios-Movilidad-Ausencia
y calidad Rta del huésped

TBC
2
 Postulados de Koch

La bacteria debe ser asociada con la lesión

La bacteria debe ser aislada de un cultivo puro

La bacteria aislada debe producir enfermedad cuando se

inocula en un humano o un animal

La bacteria debe ser aislada nuevamente posterior a la

infección en el animal

I. genética del mo. permitiría diseñar medidas

preventivas o terapéuticas para contrarrestar la infección

Koch, R. Investigations into the Etiology of Traumatic Infective Diseases. The New Sydenham Society, 1880. 3
 Postulados “moleculares”
de Koch

El gen solo se debería encontrar en las bacterias

virulentas
El gen se debería estudiar por métodos de
clonación
Inactivación del gen por métodos moleculares
resultaría en la perdida del fenotipo de virulencia
Incorporación de una copia del gen inactivado
resultaría en restauración de la virulencia
Falkow S. Nat Rev Microbiol. 2004. 4
 Evolución de patógenos
bacterianos

Jackson W et al. Trend in Gen.2011.27:32-40 5

 Mecanismos genéticos implicados
en evolución de patógenos

Mecanismo Especie Efecto

Mutación N. Variación del pili, capsula y LPS
puntual meningitidis
N.
gonorrhoeae
Deleciones H. Variación de capsula
influenzae Perdida pili P y hemolisina
E. coli Perdida de producción de
S. biopelículas
epidermidis
Modificaciones E. coli Variaciones de las fimbrias
del DNA
Recombinación N. Variacion del pili
homóloga gonorrhoeae Variacion de proteinas de
M. 1999. 56:719-728 superficie
Ziebuhr W et al. CMLS Cell Mol Life Sci. 6
 Clasificación de los
mecanismos de virulencia I

Mecanismo Caracteristicas
Adhesión Superficial
Específica
Invasión Transcelular
Intercelular
Supervivencia Intracelular Citoplasma
Vesícula endocítica
Inhibición de la apoptosis

Supervivencia Mecanismos
Extracelular antifagocíticos
Inhibición de la activación
del complemento
Webb SAR et al. Crit Care.2008. 12:234 Ciclo celular y evasión Inmune 7
 Clasificación de los
mecanismos de virulencia
II
Mecanismo Características
Adquisición de Sistemas de adquisición
nutrientes de hierro
Daño celular al huésped Citotoquinas
Enzimas que degradan
ECM
Movilidad Flagelo
Pili
Formación comunidades Formación de
bacterianas biopelículas
Regulación de virulencia Transcripción/activación
de genes de virulencia
Quorum sensing
Micro/Macroambiente
Webb SAR et al. Crit Care.2008. 12:234 8
Factores de virulencia

9
 Adhesión

Colonización: tejidos en contacto, UG, GIT, R,

Adherencia: No específica- Específica:

Huésped: Receptor (Proteína o carbohidrato)
Bacteria : Ligando: Pili (fimbria), Flagelos, Proteínas y LPS

Adh específica B-C: Tropismo por tejido, especie esp, especificidad genética

Patrones moleculares 10
 Que es el pili y cual es su
función?
• Adherencia
• Asociación inicial seguida de
contacto cercano: proximidad
bacteria-huésped

• Componentes ECM (proteínas)

y CH (glicoproteínas o
glicolípidos)

• Inducción de señales a nivel

celular

• Transferencia de material
genético Rc/Señal/transferencia/activación génica
 Pilis bacterianos

Diferencial – Intracelular – Hifas

VSG – Axial – T.cruzi - Modular
Kline KA et al. Cell Host and Microb. 2009. 580-593 12
 Pili en Gram negativos

 Apéndices no flagelares
 James Duguid: fimbria
 Charles Brinton: pili

 Son formados por asociaciones covalentes entre las

pilinas
 Mejores caracterizados:
 Pili tipo I (E. coli enteropatogénica)
 Pili tipo IV (Pseudomonas spp. y Neisseria spp.)
 Pili tipo curli (Algunas especies de E. coli)

13
 Pili en Gram positivos

Detectados por primera vez en C. renale

Observados también en Actinomyces spp, C. diphtheriade, S.

parasanguis, SGB, SGA, S.pneumoniae, E. faecalis, E. faecium

Conformados por tres proteínas unidas covalentemente

Presentan un motivo LPXTG (sitio de acción de las sortasas

Sortasas: catalizan la unión covalente del pili al peptidoglicano

21
 Interacción célula eucariota
vs pili

Kline KA et al. Cell Host and Microb. 2009. 580-593 26

 Adhesinas de tipo no pili

• Proteínas con afinidad

por componentes de
ECM ( matriz extracelular)
contribuyen a la
invasión del huésped

• Familia MSCRAMMS:
Microbial surface component recognizing adhesive
matrix molecules

•Se unen a
componentes de
ECM: fibrinógeno,
28
Interacción entre S.pneumoniae
y ECM

29
 Sistemas de secreción

Proteinas Enzimas/Toxinas ANTI………… Transmembranal

Tseng TT et al. BMC microbiol.2009. Supp 1. S2 15

 Mecanismos tipo I
2. Invasión I

Invasinas: Compuestos producidos por bacterias,

actúan sobres células y tejidos generando
destrucción o permitiendo el acceso del mo.

Enzimas que causan hemólisis

Coagulasas

Enzimas digestivas extracelulares

Toxinas
Permanencia
30
 Invasión II

Enzimas: factores dispersantes

Hialuronidasas: degradan HA, CS, H: tejido
conectivo
Staphilococcus, Streptococcus, Clostridium
Neuraminidasa: degradan A. neuramídico/siálico
(Cel epiteliales en mucosa)
V. cholerae, S. dysenteriae
Estreptoquinasa: convierte plasminógeno en
plasmina, interfiere en la coagulación
Streptococcus, Staphylococcus
Penetración
31
 Invasión III

Enzimas que causan hemólisis/ lisis leucocitos/dest membrana

Leucocidinas: lisan fagocitos y gránulos:
Staphylococcus y Streptococcus
Fosfolipasas: hidrolisan fosfolípidos en mem cel:
C. perfringes
Lecitinasas: destruyen lecitina:
C. perfringes
Hemolisinas: destruyen GR:
Staphylococcus y Streptococcus

Diseminar/Lisis
32
 Invasión IV

Coagulasa
S. aureus
Convierte fibrinógeno en fibrina
Papel en virulencia es controvertido

Enzimas extracelulares digestivas

Proteasas, lipasasas, glicosilhidrolasas
Relacionadas con funciones metabólicas

33
 Invasión V

Toxinas con efecto limitado

Actividad de adenilato ciclasa: aumento del AMPc:

incrementa permeabilidad celular

Toxina del ántrax

Toxina de B. pertusis

Contribuyen a la invasión por su actividad en

macrófagos y linfocitos

Efecto huésped
34
 3. Supervivencia
Intra/extra
Interferencia de la
fagocitosis

Tradicional 35
 Mecanismos
antifagocíticos

Señalización
36
Apoptosis producida por
Salmonella

37
Apoptosis producida por
Shiguella

38
 Clasificación de los
mecanismos de virulencia
II
Mecanismo Características
Adquisición de Sistemas de adquisición
nutrientes de hierro
Daño celular al huésped Citotoquinas
Enzimas que degradan
ECM
Movilidad Flagelo
Pili
Formación comunidades Formación de
bacterianas biopelículas
Regulación de virulencia Transcripción/activación
de genes de virulencia
Quorum sensing
Webb SAR et al. Crit Care.2008. 12:234 8
Quorum Sensing

39
Biopelículas

40
 Sistemas de adquisición de
hierro

Skaar EP. Plos Pathog. 2010.6 41

Métodos para evaluar
patogénesis

42
 Preguntas iniciales antes de
evaluar un factor de virulencia

Ventajas/desventajas técnicas y científicas usando

un huésped específico

Tipo de factores de virulencia pueden ser

evaluados y que modelo es el adecuado

La similitud y diferencia entre cada huésped en

relación con el factor de virulencia a evaluar

NO EXISTE SISTEMA PERFECTO!

43
 Modelos simples

Insectos/ Nemátodos/ Plantas

Ventajas Desventajas
Amplio tamizaje (gran No poseen sistema
numero de I, N, P) para FV inmune adaptativo
Facil de manipular Condiciones T, nutrientes
no son similares a inf
mamíferos
Rápidos/adecuados costos Algunos factores de los
mamíferos no son
considerados
Relevantes para
patógenos de mamíferos
44
 Modelos complejos

Humano/Murino/Conejo
Ventajas Desventajas
Verificación adecuada Costosos/ regulaciones
relevante al FV éticas mas complicadas

Se puede evaluar SII y SIA Dificultad para hacer los

tamizajes

Se pueden hacer estudios Número de unidades

en tejidos específicos experimentales es menor

Similar a la infección
clínica
45
Modelos mas comunes …

Ratones
Infección urinaria, peritonitis, endocarditis,
colonización del TGI, sepsis, piel
Conejos
Endocarditis, endolftalmitis
Nemátodos
C. elegans
G. mellonella
Plantas
A. thaliana
Moscas
D. melanogaster
46
 Enterococcus
spp.
 Colonización del TGI-TGU

 Patógenos emergentes

 Producen infecciones:
Bacteriemias
Endocarditis
Infecciones urinarias
Infecciones de sitio
quirúrgico

Murray BE, New England J of Med. 1990 E. faecalis – E. faecium 47

 Potenciales factores de
virulencia
E. faecalis
Factores
secretados Adhesin
Citolisina
as
• Sustancia de Agregación AS
E • P. sup en enterococos (Esp)
Proteasas:
• Adhesina de unión a colágeno (A
• Gelatinasa
• E. faecalis antígeno A (EfaA)
• Serina
• MSCRAMMs
proteasa

Isla de patogenicidad putativa (PA

EbpABC-SortasaC
Modelo simple
48
 Potenciales factores de virulencia
E. faecalis
Proteín Virulencia/efecto patogénico Epidemiología
a
Esp Formación de Biopelículas Ampliamente diseminado
Patogénesis en M. de ITU
AS Promueve conjugación x agregación Ampliamente diseminado
bacteriana/Internalización de cel. Epiteliales
AsaI Unión a cel tubulares renales/ sobreviv en
AspI macrófagos
Asc10 Unión a ECM/patogénesis en endocarditis
conejos
Sobrevivencia en PMN/ Unión a ECM/ Patog
Endo C
Gelatinasa Formación de biopelículas Ampliamente diseminado
/FSR Patogénesis en M. peritonitis/ C. elegans/
endolftalmitis en conejos
Ace Unión a colágeno I, IV, laminina y dentina Ampliamente diseminado
Patogénesis en endocarditis en ratas/ efecto
protector No patogénico en M. peritonitis

Epa Formación de biopelículas Modelo complejo

Resistencia
Sava IG et al. Clin a la muerte
Microbiol Infec. por PMN/infección por
2010. 16:533-540 49
 Genes de superficie Fms en E.
faecium

Modelo funcional
Sillanpaa J et al. Microbiol. 2008. 154:3199-3211 55
Gracias…..

56