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Mecanismos de Patogenia y Factores de Virulencia Bacteriana

Dr. Pablo Power

Laboratorio de Resistencia BacterianaCátedra de Microbiología

Facultad de Farmacia y Bioquímica

Algunos modelos de interacciones huésped‐patógeno

Cólera (Vibrio cholerae)

Tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis)

Neumonía (Streptococcus pneumoniae)

Faringitis (Streptococcus pyogenes)

Ulcera gástrica (Helicobacter pylori)

Disentería (Shigella dysenteriae)

Infecciones gastrointestinales (E. coli enteropatógenos)

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Vibrio cholerae ‐ Factores de virulencia Flagelo Motilidad y quimiotaxis

Adhesinas Adherencia

Tcp PILI (Toxin coregulated pili)

Otras adhesinas? (Acf: Accessory Colonization Factor)

Hemaglutinina (?)

Toxina colérica Acción tóxica Diarrea

Exotoxina Tipo A-B ADP-ribosilación de GS

Pérdida de iones + agua Niveles de AMPC

Otras toxinas Zot; Ace (?)

Vibrio cholerae

Expresión de factoresde virulencia

Adherencia y colonización de mucosadel ID (Flagelo; Tcp pili; Acf; otras adhesinas?)

Producción de toxinas:Acción sobre mucosa (Ctx; Zot?; Ace?)

Perdida masiva de iones y aguade tejidos - Hipotensión - Desbalance

electrolítico - Muerte

Patogénesis del cólera

Shock de pH en estómagoAumento de temperatura

Genes tcp + acf = VPI

Genes ctx en fago lisogénico (CTX)

Receptor: Tcp

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Toxina colérica ‐ Síntesis

P ctxA ctxBDNA

mRNA rbs1 rbs2

ASS

SS

B BB B

B

SS

SS

A

B B

B

BB

Operón ctxAB

TcpGMC

MEB B

B

BB

SS

SS

A1

A2

Ensamble en

periplasma

Excreción y

activación

Toxina colérica ‐Mecanismo de acción

GM1 GM1GS GS

Normal Cólera

GDP

B A1

B A1

GS GTP

GTPGTPasa

GS - ADPR

AC inactiva

Actividad decAMP

(mantiene balance

electrolítico)AC activa

AC inactivaAC activa

cAMPcAMPcAMP

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Regulación transcripcional de los genes de virulencia en Vibrio cholerae

Heat Shock Protein

htpGAltas Temp.Bajo pH osm.

toxR/S

ToxSToxR

30°CpH 6

ctxA/B

toxT

SSSS

B BB B

B

ToxTtcpActxA/BOtros

Cólera ‐ Tratamiento y prevención

Terapia de rehidratación = ESENCIALAgua + sales + glucosaOral (pacientes conscientes) o intravenosa (casos severos)

AntibióticosEn algunos casos muy severos para acelerar la eliminación intestinal de la bacteria y reducir la producción de toxinas

VacunasBacterias enteras muertas (1880s) = NO EFECTIVAVacuna oral I: bacterias muertas + subunidad B = 60% protec. (pero muy baja protección en niños y recién nacidos)Vacuna oral II: bacilos vivos ctxA- = 90% protec. (adultos)

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Helicobacter pylori ‐ Factores de virulencia

Ureasa Colonización de mucosa del estómagoUrea CO2 + amonio*

*neutraliza acidez y permite supervivencia en mucosa

Adhesinas Colonización de mucina Diferentes adhesinas

LPS, citotoxina vacuolante, ureasa, heat-shock protein Inflamación; destrucción

progresiva de la mucosa (úlcera)PMN, LB y LT en submucosa

Mycobacterium tuberculosis  ‐ Factores de virulencia

Supervivencia dentro de fagocitos:Invasinas o fagocitosis “normal”?Multiplicación intracelular: citoplasma o fagolisosoma?Hemolisina símil LLO (Listeria monocytogenes)Previene acidificación del FL (NH4

+?)

Interferencia en activación de macrófagos:Lipoarabinomanano; antígeno 85A

Destrucción de tejidos:Diversos antígenos, factor de cordón, etc.

Resistencia a drogas antituberculosas?

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Inhalación de bacteria

Bacteria alcanza pulmón ReactivaciónSupresión inmunológica

Entrada y reproducción en macrófagos Bacteria deja de crecer;lesión se calcifica

Macrófagos activadosBacterias en esputo

Diseminación a sangre; órganos - Muerte

Lesión se licúaLesión (necrosis caseosa)

Patogénesis de la tuberculosis

Toxo‐infecciones Alimentarias

Microorganismos toxigénicos

Microorganismos invasores

Otros (inciertos)

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Microorganismos toxigénicos

Staphylococcus aureus

Clostridium perfringens

Bacillus cereus

E. coli toxigénicos

Vibrio cholerae O1, O139

Microorganismos invasores

Salmonella enterica Campylobacter jejuni Shigella E. coli enteroinvasora Yersinia enterocolitica Vibrio parahaemolyticus Rotavirus Calicivirus Entamoeba histolytica Coccidios Otros

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Agentes etiológicos implicados en TIA declarados en España

Agente etiológico N° de brotes (%)

Salmonella 850 (44.3)

S. aureus 89 (4,6)

C. perfringens 21 (1,1)

E. coli 18 (0,9)

Shigella 8 (0,4)

Campylobacter 3 (0,1)

Otros 117 (6)

Desconocido 790 (41,2)

SUB-REGISTRO?

Agente etiológico N° de brotes (%)

Salmonella 850 (44.3)

S. aureus 89 (4,6)

C. perfringens 21 (1,1)

E. coli 18 (0,9)

Shigella 8 (0,4)

Campylobacter 3 (0,1)

Otros 117 (6)

Desconocido 790 (41,2)

SUB-REGISTRO?

Diarrea del viajero

Quiénes? 30 a 60% de los viajeros a áreas de riesgo

Cuándo? Entre 12 hs del arribo y 5 días post regreso

Consecuencias inmediatas? 1% de los afectados deben ser hospitalizados en

destino 15% de los afectados continúan con molestias

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Etiología de las DV

Bacterianas

Parasitarias

Virales

DV: etiología bacteriana (~72%)

Agente etiológico %Escherichia coli entero patógena (sl) 42Shigella 10S. flexneri 5S. sonnei 3,4S. dysenteriae 1S. boydii 3Salmonella 3Campylobacter 2Yersinaia enterocolitica 2Aeromonas hydrophila 2

Agente etiológico %Escherichia coli entero patógena (sl) 42Shigella 10S. flexneri 5S. sonnei 3,4S. dysenteriae 1S. boydii 3Salmonella 3Campylobacter 2Yersinaia enterocolitica 2Aeromonas hydrophila 2

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DV: E. coli asociados

Agente reconocido N° %E. coli enterotoxigénico (ETEC) 55 16 ETEC ST 38 ETEC LT 11 ETEC ST y LT 6E. coli enteroagregativa (EaggEC) 47 13E. coli con adherencia difusa (DAEC) 32 9E. coli enteroinvasiva (EIEC) 12 3E. coli enteropatógena (EPEC) 10 3E. coli productor de verotoxina (VTEC) 3 1 VTEC VT1 2 VTEC VT1 y VT2 1

Agente reconocido N° %E. coli enterotoxigénico (ETEC) 55 16 ETEC ST 38 ETEC LT 11 ETEC ST y LT 6E. coli enteroagregativa (EaggEC) 47 13E. coli con adherencia difusa (DAEC) 32 9E. coli enteroinvasiva (EIEC) 12 3E. coli enteropatógena (EPEC) 10 3E. coli productor de verotoxina (VTEC) 3 1 VTEC VT1 2 VTEC VT1 y VT2 1

E. coli enteropatogénicas

A B

C D E

A- EPEC: E. coli enteropatogénicaB- EHEC: E. coli enterohemorrágicaC- EIEC: E. coli enteroinvasivaD- ETEC: E. coli enterotoxigénicaE- EAggEC: E. coli enteroagregativa

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ETEC

Adherencia sin invasión

LT (similar a toxina colérica): Aumento cAMP a través de ACDiarrea acuosa

ST (ligeramente similar): Aumento de cGMP a través de GC

ETEC

Adherencia: Pili: tipo 1 (pre colonización?)

CFA I y CFA II

Longus (similar a Tcp de V. cholerae)

LT y CFAs en los mismos plásmidos

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EIEC

Invaden lateralmente células de la mucosa (idéntico a shigelas)

AUNQUE

no producen verotoxina

EAggEC

Adherencia:Pequeñas fimbrias parecidas a las de salmonelas

Toxinas: Históricamente, consideradas como no productoras. Actualmente: una EnteroAgregativa ST (virulencia?) y una citolisina formadora de poros (como en E. coli en infecciones urinarias) Virulencia?

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EPEC

Adherencia en tres etapas:

Mediada por pili (no íntimo) (parecido a ETEC y V. cholerae) codificados en plásmidos.

Unión firme.

Unión intima (pedestales por rearreglo de actina), “unión y borrado de microvellosidades”. Intimina(OMP) necesaria pero quizas no única para la unión y los re-arreglos.

EPEC

Sin evidencias de  LT, ST, ni otras toxinas

Las células de la mucosa absorben agua: si pierden la funcionalidad  diarrea acuosa

En algunos modelos celulares, la adhesión dispara un aumento de Ca2+ citoplasmático a expensas de reservorio intracelular

Fosforilación de proteínas (sistemas de transducción de señales eucarióticas)

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EHEC

AdherenciaSimilar a EPEC

ToxinasShiga -like enterotoxin (fago temperado)Causa disentería similar a shigela, y también síndrome urémico hemolítico

Diagnóstico de E. coli O157:H7

MacConkey-sorbitol

Detección de toxina

PCR para los genes de las toxinas

Dificultades prácticas

Costo-beneficio en paciente individual vs. comunidad (relevamiento)

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Streptococcus pneumoniaeFactores de virulencia

Adherencia, entrada y colonización del pulmón:Adhesina, IgA proteasa (?)Neumolisina: citotoxina simil SLO, citoplásmica

Supervivencia en pulmón:Cápsula antifagocítica: contenido de colina vs. CRPEvasión de opsonización por surfactantes (lectinas símil factores de complemento)Peróxido de hidrógeno (microaerofilia)

Inducción de respuesta inflamatoria:Fragmentos de peptidoglicano, ácidos teicoicos

Streptococcus pyogenes

Faringitis

Fiebre reumáticaEPE*

Glomerulonefritis

*EPE: enfermedades post estreptocóccicas

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Streptococcus pyogenesFactores de virulencia ‐Faringitis

Colonización de garganta y piel:Adherencia por ácido lipoteicoico (LTA)Proteína F: unión a fibronectina (principal adhesina?)

Intensa respuesta inflamatoria:Enzimas hidrolíticas: hemolisinas, proteasas, DnasasFragmentos de PG y TA: cascada de complemento

Enfermedades post estreptocóccicas:Fiebre reumáticaGlomerulonefritis