BACTERIOLOGIA – CAPÍTULO DEZ 

ASPECTOS GERAIS DA PATOGÊNESE BACTERIANA 

Dr Alvin Fox
Emeritus Professor
University of South Carolina School of Medicine

 

Tradução: Dr. Myres Hopkins

 

 

INGLÊS

IN SPANISH

Logo image © Jeffrey Nelson, Rush University, Chicago, Illinois  and The MicrobeLibrary

APRENDA PLUGADO

PALAVRAS-CHAVES
Patógeno/Epidemia
Flora normal
Infecção
Doença infecciosa
Hospedeiro comprometido
Infecção oportunística

Infecção nosocomial
Transmissão nosocomial
Postulado de Koch
Adesão
Penetração
Invasibilidade/disseminação
Parasita extra/intracelular
Cápsula
Exotoxina
Endotoxina
Imunopatologia
Autoimunidade

Um número limitado de espécies bacterianas é responsável pela maioria das doenças infecciosas em indivíduos saudáveis. Devido ao sucesso da vacinação, antibióticos e medidas de saúde pública eficientes, epidemias têm sido coisa do passado. Devido ao desenvolvimento de organismos resistentes a antibióticos, esta situação está mudando rapidamente.

Todos os seres humanos estão infectados com bactéria (a flora normal) vivendo em suas superfícies externas (incluindo pele, intestino e pulmões). Nós estamos também expostos constantemente a bactériad do ar, da água, solo e dos alimentos. Normalmente devido a nossas defesas do hospedeiro a maioria dessas bactérias são inócuas. Em pacientes comprometidos, cujas defesas são fracas, estas bactérias frequentemente provocam doenças de infecções oportunísticas quando ganham a corrente sanguínea (após cirurgia, cateterização ou outras modalidades de tratamento). Quando iniciadas no hospital, essas infecções são referidas como nosocomiais. Algumas bactérias comuns encontradas na flora normal incluem Staphylococcus aureus, S. epidermidis e Propionibacterium acnes (encontrada na pele), Bacteroides e Enterobacteriaceae encontradas no intestino (o último em número muito menor).

POSTULADO DE Koch (modifiCADO)

1. O organismo deve ser encontrado em humanos com a doença infecciosa mas não encontrado em saudáveis.

2. O organismo deve ser isolado de humanos com a doença infecciosa e crescido em cultura pura.

3. O organismo isolado em cultura pura deve iniciar a doença quando re-inoculado em animais susceptíveis.

4. O organismo deve ser re-isolado de animais experimentalmente infectados.

Os postulados 3. e 4. São extremamente importantes em provas definitivas do papel do agente na doença humana. Entretanto, isso depende da habilidade de desenvolver modelos animais que reproduzam a doença humana. Em muitos casos tais modelos não existem.

Transmissão

Espécies bacterianas (ou linhagens de uma espécie) iniciam infecção após serem transmitidas por rotas diferentes a determinados locais no corpo humano. Por exemplo, bactérias são transmitidas em gotículas do ar para o trato respiratório, pela ingestão de alimentos ou água, ou pelo contato sexual.

Adesão

Infecções bacterianas são normalmente iniciadas pela aderência do micróbio a determinada superfície epitelial do hospedeiro. Do contrário, o organismo será removido, ex. Por ação peristáltica e defecação (do intestino), ação ciliar, tosse e espirro (do trato respiratório). Adesão não é aderência inespecífica. Ocorrem interações específicas entre constituintes externos na célula bacteriana (adesinas) e da célula hospedeira (receptores), ex. interação adesina-receptor.

Alguns patógenos bacterianos residem em superfícies epiteliais ex. Vibrio cholerae. Outras espécies são capazes de penetrarem essas barreiras mas permanecem localmente. Outras passam para a corrente sanguínea ou de lá para outros locais sistêmicos. Isso ocorre frequentemente no intestino, no trato urinário e respiratório, e muito mais raramente através da pele. Por exemplo: Shigella penetra ao ativar células epiteliais do intestino para se tornarem endocíticas; a Shigella não se espalha pela corrente sanguinea, normalmente. E outros casos, bactéria (ex. Salmonella typhi) passa através das células epiteliais para o sangue. Dessa forma, a invasão pode se referir à habilidade de um organismo de penetrar uma célula, embora em alguns casos isso possa significar passagem posterior para o sistema vascular. Borrelia burgdorferi é transmitida na corrente sanguínea através da pele pela mordida de um carrapato. Certas exotoxinas degradativas secretadas por algumas bactérias (ex. Hialuronidase ou colagenase) podem afrouxar a matriz do tecido conjuntivo facilitando a passagem de bactéria através desses locais.

 Sobrevivência no hospedeiro

Muitos patógenos bacterianos são capazes de resistir à ação citotóxica do plasma e de outros fluidos corporais envolvendo anticorpos e complemento (via clássica) ou o complemento sozinho (via alternativa) ou lisozima. A morte de patógenos extracelulares ocorrem largamente dentro dos fagócitos após opsonização (por anticorpo e/ou complemento) e fagocitose. Circumvenção ou fagocitose por patógenos extracelulares é assim um mecanismo principal de sobrevivência. Cápsulas (muitos patógenos), proteína A (S. aureus) e  proteína M (S. pyogenes) funcionam desse jeito.

Protein A é um constituinte de superfície do S. aureus assim como é um produto secretado e liga à porção Fc das imunoglobulinas. Bactérias, ao se ligarem a anticorpos, ativam a cascata clássica do complemento, o que resulta na ligação de fragmentos de C3. Ocorre a fagocitose após a ligação da bactéria opsonizada a receptores para a porção Fc de IgG ou das regiões C3. A proteína A é anti-complementar (visto que, ao ligar a IgG, a cascata do complemento é ativada, diminuindo os níveis do complemento). Assim, na presença da proteína A, a interação da bactéria (via complemento ligado) com receptores de C3 será inibida. A proteína A livre se liga à porção Fc da IgG, e a fagocitose via receptores Fc não ocorre devido a impedimento estérico.

O peptidoglicano, assim como o lipopolissacarídeo, pode ativar a cascata de complemento alternativa. No peptidoglicano de S. pyogenes o peptidoglicano é suficientemente exposto, ou seja, é capaz de ligar-se ao complemento. A proteína M dos estreptococos do grupo A é o componente anti-fagocítico das fímbrias. A proteína M se liga ao fibrinogênio do plasma que bloqueia a ligação do complemento à camada de peptidoglicano inferior. Assim os estreptococos no soro não imune não são fagocitados. Patógenos intracelulares (obrigatórios e facultativos) devem ser capazes de evitar sua morte dentro dos fagolisossomos. Isso pode ocorrer pelo desvio ou pela lise dessas vesículas e por residirem livres no citoplasma. Alternativamente, eles podem sobreviver nos fagossomos (a fusão de fagossomos com lisossomos pode estar inibida ou o organismo pode ser resistente às enzimas degratativas se a fusão com lisossomos ocorrer).

danos nos tecidos

Bactérias provocam danos nos tecidos primariamente através de alguns mecanismos distintos, envolvendo:

• Exotoxinas
• Endotoxinas e imunidade não específica
• Imunidade específica humoral ou mediada por células

Exotoxinas

Muitas bactérias produzem proteínas (exotoxinas) que modificam, por ação enzimática, ou destroem certas estruturas celulares. Os efeitos das exotoxinas são normalmente vistos em formas agudas, visto que elas são suficientemente potentes para provocar efeitos sérios (ex. morte) com frequência. Exemplos destas são o botulismo, antrax, cólera e difteria. Se o hospedeiro sobreviver à infecção aguda, anticorpos neutralizadores (anti-toxinas) são frequentemente liberados que neutralizam o efeito da exotoxina. Entre as classes de exotoxinas se incluem:

Toxinas que agem na matriz extracelular do tecido conjuntivo

e.g. Clostridium perfringens colagenase, Staphylococcus aureus hialuronidase.

Toxinas que têm um componente “B” de ligação a células e um componente enzimático ativo “A” (toxinas tipo A-B)

Estes incluem:
a) Aquelas com atividade ADP-ribosilante ex. Toxina da cólera, toxina termolábil de E. coli, toxinas de Pseudomonas aeruginosa e difteria.
b) Aquelas com uma atividade lítica no RNAr  28S ex. toxinas shiga e toxinas tipo shiga (vero).
c) Aquelas com um local de ação parcialmente caracterizado ex. toxina botulínica, toxina do tétano e toxina letal do antrax.

Toxinas que Danificam Membranas ex. Toxina delta do Staphylococcus aureus 

Toxinas que agem extracelularmente. Estas incluem proteases, colagenases e hialuronidases. Por exemplo: Clostridium perfringens produz uma potente colagenase, enquanto que Staphylococcus aureus produz uma hialuronidase. Danos na matriz do tecido conjuntivo (pela hialuronidase e colagenase) podem “afrouxar” as fibras do tecido permitindo o espalhamento do organismo através dos tecidos mais prontamente. Também está incluída neste grupo a toxina exfoliativa de Staphylococcus aureus que provoca a separação das camadas da epiderme e é o agente causador da síndrome da pele escaldada do recém nascido.

Toxinas A - B. Tais toxinas consistem em dois componentes. Um se liga a superfícies da célula e outro passa para a membrana celular ou para o citoplasma onde elas agem. As toxinas clássicas que foram demonstradas como agindo dessa forma são as da cólera e da difteria.

(i) Exotoxinas ADP-ribosilantes

A toxina da difteria (produzida pela Corynebacterium diphtheriae) é codificada pelo gene tox do fago. A toxina é sintetizada como uma cadeia polipeptídica que é prontamente quebrada em duas cadeias ligadas por uma ponte dissulfeto. B se liga a células e A tem atividade enzimática. A é endocitada e passa do endossoma para o citosol. A toxina da difteria ribosila o ADP do fator de elongação (EF2) nos ribossomas, inibindo assim a síntese protêica. A exotoxina A de Pseudomonas tem um modo similar de ação ao da toxina da difteria.

A toxina da cólera tem algunas subunidades que formam um anel com uma subunidade A inserida no centro. B se liga a gangliosídeos na superfície da célula e parece fornecer um canal através do qual A penetra. A1 é formado por clivagem proteolítica e após a internalização ribosila o ADP de um complexo regulador de membrana (usando NADH como substrato), causando por sua vez ativação da adenilato ciclase. A ativação da adenilato ciclase provoca um aumento na produção do AMP cíclico com aumento resultante de captação de cloreto de sódio do lúmen do intestino e íon ativo e secreção de água resultando em diarréia aquosa. A toxina lábil de E. coli tem um modo de ação semelhante.

(ii) Toxinas que agem no RNAr 28S

Toxinas shiga (cromossomicamente codificadas) estão envolvidas na patogênese da shigelose, enquanto eua as toxinas tipo shiga (codificadas pelo fago) são primariamente produzidas por E. coli enterohemorrágica. Elas têm um modo de ação comum. O fragmento A da subunidade A passa para o ribossomo onde tem atividade de N-glicosidase em um único resíduo de adenosina; ou seja, a ligação entre a base e a ribose é lisada. A diarréia resulta não da secreção íon/água ativa, mas da pobre absorção de água devido à morte de células epiteliais resultante da inibição da síntese protêica

(iii) Local de ação parcialmente caracterizado

Neurotoxinas botulínicas, tetanoespasmina e a toxina letal do B. anthracis parecem ser exotoxinas tipo A-B. A toxina botulínica age causando a inibição da liberação de acetilcolina na junção neuromuscular. A toxina tetânica é captada nas junções neuomusculares e transportada pelos axônios para as sinapses. Daí elas agem inativando neurônios inibidores. As exotoxinad do tétano e do botulismo aparentam ter componentes B, mas o modo de ação de suas subunidades A não é conhecida. O componente B da toxina letal do B. anthracis é o antígeno protetor; curiosamente, ele também serve como subunidade B para a toxina do edema.

Toxinas que Danificam Membranas: Essas toxinas digerem enzimaticamente os componentes fosfolipídicos (ou protêicos) de membranas ou se comportam como detergentes. Em qualquer caso são feitos orifícios na membrana da célula e os conteúdos citoplasmáticos podem vasar. A(“ toxina”) fosfolipase de C. perfringens é um exemplo de uma toxina que danifica membrana. Ela destrói vasos sanguíneos interrompendo o influxo de células inflamatórias. Isso também ajuda a criar um ambiente anaeróbico que é importante para o crescimento deste anaeróbio estrito. A toxina delta de S. aureus é uma proteína extremamente hidrofóbica que se insere em membranas celulares e acredita-se que ela tenha uma ação tipo detergente.

 

Endotoxinas

Apesar dos avanços da era dos antibióticos, cerca de 200,000 pacientes irão desenvolver sepsia Gram negativa a cada ano, dos quais cerca de 25-40% irão finalmente morrer de choque séptico. Choque séptico envolve hipotensão (devido ao acúmulo de fluidos tissulares), coagulação intravascular disseminada e febre e é frequentemente fatal com falha sistêmica generalizada. Isso inclui ausência de oxigenação eficiente em tecidos sensíveis como o cérebro. Não há terapia eficiente que reverta a atividade tóxica do lipídio A ou peptidoglicano nos pacientes.

Endotoxinas são componentes tóxicos do envoltório celular bacteriano. A endotoxina clássica e mais potente é o lipopolissacarídeo. Entretanto, o peptidoglicano tem muitas propriedades semelhante às das endotoxinas. Certos peptidoglicanos são fracamente biodegradáveis e podem provocar lesões nos tecidos agudas ou crônicas. Endotoxinas são incitadores de inflamação “não específicos”. Por exemplo: células do sistema imune e de outras fontes são estimuladas a liberarem citocinas (incluindo interleucina 1 e fator de necrose de tumor). Endotoxinas também ativam a via alternativa do complemento. A produção dessas citocinas leva à atração de células polimorfonucleares para os tecidos afetados. PG e LPS e certamente outros componentes de parede celular (ex. ácido teicóico de pneumococos) são também ativadores da cascata alternativa do complemento. Assim, muitas bactérias vão ligar o complemento encorajando sua captura e morte por fagócitos na ausência de anticorpos. Certos produtos intermediários do complemento são também quimioatrativos de neutrófilos. Endotoxinas são também potentes mitogênicos de células B, ativadores policlonais de células B e adjuvantes (para anticorpos e imunidade mediada por células); isso tem papel no desenvolvimento de uma resposta imune apropriada para se lidar com micróbios se não forem eliminados na fase aguda.

Em uma infecção "primária" durante a fase aguda a imunidade “não antígeno-específica" será de crucial importância na erradicação da infecção. Se o organismo persiste (ou em uma reinfecção posterior), a imunidade específica será de maior importância na diminuição do crescimento de organismos ou na eliminação da infecção. Isso tem importância em infecções crônicas tais como tuberculose, lepra, doença de Lyme e sífilis.

Imunopatologia

O tecido infectado frequentemente serve como simples espectador da imunopatologia. Isso pode ocorrer em infecções crônicas e agudas. A hiperestimulação da produção de citocina e ativação do complemento pelas endotoxinas provocam danos nos tecidos na ausência de uma resposta imune. Antígenos continuamente gerados de micróbios viáveis que persistem irão subsequentemente induzirem a produção de anticorpos e imunidade mediada por células levando à imunopatologia crônica. Certos antígenos incompletamente degradados (ex. Polissacarídios de pneumococos e paredes celulares de estreptococos do grupo ACertain poorly degradable antigens (e.g pneumococcal polysaccharide and group A streptococcal cell walls) podem manter a imunopatologia mesmo na ausência da persistência dos agentes vivos. Outros antígenos bacterianos fazem reação cruzada com antígenos do tecido hospedeiro causando o desenvolvimento da autoimunidade (ex. a proteína M do S. pyogenes faz reação cruzada com a miosina de mamíferos). Assim, a imunopatologia pode persistir mesmo após a infecção e os antígenos microbianos terem sido eliminados.

O sistema imune na resistência contra infecção - exemplos

1. Parasitas extracelulares. Anticorpos provocam a lise do organismo e/ou sua opsonização por fagócitos e nesse ponto eles são rapidamente mortos.

2. Parasitas intracelulares são mortos principalmente por imunidade mediada por células.

3. Exotoxinas podem ser neutralizadas por anti-toxinas. Estas podem ser produzidas usando vacinas toxóides (toxóides são antigênicos mas não tóxicos). Isso ocorre, por exemplo, na vacina contra difteria.

4. Certos organismos produzem proteases IgA (incluindo H. influenzae, S. pneumoniae, N. gonorrhoeae e N. meningitidis) isso ajuda a sobrevivência em superfícies externas.