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SEMINARIO 1EstructuraSon organismos unicelulares que poseen vida libre y se reproducen por fisión binaria (es una forma de reproducción asexual que no otorga variabilidad genética, es rápida y barata energéticamente).Hay excepciones, bacterias que no tienen vida libre, como Chlamidia, Chlamydophila ...

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@inmunomatrix – Resumen para Microbiología I cat I SEMINARIO 1

Estructura Son organismos unicelulares que poseen vida libre y se reproducen por fisión binaria (es una forma de reproducción asexual que no otorga variabilidad genética, es rápida y barata energéticamente). Hay excepciones, bacterias que no tienen vida libre, como Chlamidia, Chlamydophila y Rickettsia que necesitan parasitar una célula para sobrevivir. Las bacterias carecen de un núcleo verdadero, NO POSEEN MEMBRANA NUCLEAR lo cual facilita la síntesis de proteínas. Después de la transcripción, el ARN precursor de las proteínas ya se encuentra en el citoplasma para ser traducido.

Cromosoma: Presentan por lo general un solo cromosoma que es una molécula de ADN doble cadena covalentemente cerrada (circular) y superenrollada, confinado en una determinada región del citoplasma denominada nucleoide (no hay núcleo). Además, el ADN carece de histonas. Ausencia de membrana nuclear simplifica las necesidades y los mecanismos de control de la síntesis de proteínas. Permite el acoplamiento de los procesos de transcripción y traducción. Plásmidos: ADN extracromosomal circular más corto, que constituye una unidad de replicación independiente del cromosoma. No son esenciales para la supervivencia de la célula, pero se asocian a la resistencial rente a determinados antibióticos. Bacteriófagos: Virus que infectan bacterias. Las bacterias son microorganismos procariotas y cómo tales carecen de organelas membranosos intracelulares, incluyendo las mitocondrias.

Envoltura bacteriana 1. Membranas La membrana citoplásmica posee una estructura lipídica de doble capa similar a la observada en células eucariotas pero que no tiene esteroides, a excepción de los micoplasmas. Participa en el transporte y la producción de energía, proteínas encargadas en el la captación de metabolitos y liberación de sustancias, bombas de iones (que permiten mantener el potencial de membrana) y

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@inmunomatrix – Resumen para Microbiología I cat I enzimas. La cara interna se encuentra tapizada en filamentos proteicos que participan en determinar la forma de la célula y el lugar de formación del tabique en la división celular.

Gram negativa Poseen una membrana externa que mantiene la estructura y le brinda impermeabilidad frente a moléculas de gran tamaño e hidrofóbicas (como algunos antimicrobianos). También ofrece protección frente a condiciones ambientales adversas. La zona externa esta fundamentalmente formada por LPS o LOS (endotoxina, reconocidos por TLR4). Pared celular en el interior de la membrana externa, que es mucho más fina. No contiene en su pared celular ácidos teicoico y lipoteicoico. Espacio periplásmico es un compartimento entre la membrana externa y la membrana citoplasmática. No se tiñen de morado porque al tener una capa más delgada de peptidoglicano las células no retienen el colorante, en cambio, se tiñen de rojo por la safranina que es usada como contraste.

Gram positiva Posee una gruesa pared celular , que consta de varias capas y está formada principalmente por peptidoglicano, este permite la difusión de metabolitos a la membrana plasmática y es clave para la estructura, replicación y supervivencia. Peptidoglicano puede degradarse mediante la lisozima presente en las mucosas de los seres humanos. Ácido teicoico y lipoteicoicoantígenos de superficie (reconocidos por TLR2) frecuentes que diferencian los serotipos bacterianos y favorecen la fijación a otras bacterias y a receptores celulares específicos (median la adherencia). Son factores de virulencia, el ácido lipoteicoico puede ser expulsado al medio circundante (exotoxina). Se tiñen debido a que el colorante morado queda atrapado su gruesa capa de peptidoglicano

Espacio periplásmico que contiene diversas enzimas hidrolíticas importantes para la degradación y metabolización por la célula de las macromoléculas de gran tamaño. También suele ser donde se encuentran muchos de los factores de virulencia litícos. Algunas bacterias no toman la coloración de Gram. Mycoplasma spp. porque carece de pared celular (peptidoglicano) y Mycobacterium spp. por el alto contenido de lípidos de sus envolturas (es una bacteria ah-alcohol resistente, debido a su estructura trilaminar) que se tiñen con Ziehl neelsen.

Antígeno O es el componente hidrofilico, funciona como barrera contra sustancias hidrofóbicas como son algunos ATBs.

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@inmunomatrix – Resumen para Microbiología I cat I Mientras que la barrera contra las sustancias hidrofilicas (como son azucares o aa) serían los fosfolípidos (forman una barrera hidrofóbica). Tiene una longitud variable, varían entre las distintas bacterias cada uno define una especie o subespecie –serovariedad-. Antígeno O (presenta extensión variable y define la serovariedad) activa el complemento por su vía alterna (al igual que el peptidoglicano y los ácidos teicoicos), el LOS al no tener Antígeno O no puede activar el complemento de una manera tan eficiente, ni pueden ser serotipificadas. Lípido A  Altamente tóxico para el hombre (común a ambos) puede reaccionar con receptores de tipo TLR4 de los macrófagos, produciendo la secreción de IL1, IL6 y TNFalfa. Al ser inmunogénico es capaz de generar sepsis y shock séptico. Una excepción es el LPS del Treponema pallidum, el cual es prácticamente atoxico. Bacterias Gram negativas pueden tener LPS o LOS en su membrana externa. LPS: Esterichia Coli, Salmonella spp, Shingella spp, Brucella spp. LOS: Nisseria spp, Haemophilus spp. 2. CápsulaAdherencia y evasión. Apenas es visible al microscopio, puede visualizarse por la exclusión de partículas de tinta china. Tiene una importante función en la supervivencia, debido a que es poco antigénica y antifagocitica, por lo que constituye un factor de virulencia significativos (p. ej. En el Streptococcus pneumoniae). Puede actuar como barrera frente a moléculas hidrófobas tóxicas (como detergentes) y facilitar la adherencia - La cápsula de ácido hialurónico participa en la adherencia de algunas bacterias, como alguna especie de estreptococos - Mientras que en otras como en N. meningitidis la cápsula dificulta la adherencia a la orofaringe, por lo que en ese momento puede dejar de expresarla por un mecanismo de variación de fase. 3. Fimbrias y pili sexuales  Adherencia. Formadas por subunidades proteicas (pilina). Favorecen la adhesión a otras bacterias o al organismo hospedador. En los extremos de las fimbrias puede haber lectina, una proteína que permite la unión a azucares, como manosa. Los pili sexuales constituyen una estructura tubular que permite la transferencia horizontal genética de grandes segmentos de los cromosomas bacterianos. Los pili están codificados por un plásmido. 4. Flagelos  Movilidad. Proceso activo, con gasto de energía. Proporcionan motilidad le permite seguir gradientes, la búsqueda de nutrientes y alejarse de sustancias toxicas. Se unen a las membranas de las bacterias mediante unas estructuras (gancho y cuerpo basal) y se impulsan por el potencial de membrana. Especies bacterianas pueden tener uno o varios flagelos en la superficie, los cuales pueden anclarse a diferentes partes de la célula. Flagelos están compuestos de un motor de proteínas activado por ATP conectado con un propulsor formado por flagelina. Además determinan un ligando antigénico y se unen a receptores Toll 5. 4

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5. Endoflagelos.  Son organelas similares a los flagelos que se encuentran adosadas a la pared de peptidoglicano (son intracelulares).  Este tipo de flagelo se encuentra en las espiroquetas (Treponema pallidum y Leptospira interrogants) y permite los característicos movimientos tipo: rotación, flexión, tirabuzón o sacacorchos

Estructura Cromosoma

Composición química ADN

Pared celular

Fosfolípidos (ácido teicoico y lipoteicoico), Proteínas, Peptidoglicano (mureina) -Excepciones: micoplasma (carece de pared celular) y clamidia (no tienen peptidoglicano) Fosfolípidos Proteínas

Membrana celular o citoplasmática

Espacio periplamático

Membrana Externa

Cápsula

Enzimas hidroliticas, Toxinas, Espiroquetas, Endoflagelo Fosfolípidos, LOS/LPS Porinas

Exopolisacáridos

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Función Síntesis de genes Transcripción Rigidez, forma y protección. Resistencia al choque osmótico. Sin embargo, es poroso, lo que permite la difusión de metabolitos

Anclaje de ADN, Síntesis de proteínas, Metabolismo, Respiración celular Síntesis de membrana externa, Pasaje de sustancias, Reacciones metabólicas, Le confiere resistencia a los ATB Pared hidrofilica, Antigénica Permiten la difusión pasiva de iones y moléculas hidrofilias. Porinas de Neisseria actúan como invasinas promoviendo un mecanismo de reorganización de la actina. Resistencia a ATBs. Evitar fagositosis (evasión), Adherencia,

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Flágelo Pili sexual

Flagelina Pilina

Fimbrias

Proteínas

Reservorio de nutrientes, Evitar la desecación, Barrera frente a detergentes. Motilidad Transferencia Horizontal Genética (THG) Adherencia

División Bacterias se dividen por fisión binaria. Es un tipo de replicación asexual que NO genera diversidad genética. Donde la bacteria: 1. 2. 3. 4.

Replica el ADN y elongación de la bacteria. Invaginación de la membrana y pared celular. Formación del septo. Separación de las células hijas.

Tiempo medio de generación (TMG): Es el tiempo que tarda en duplicar su tamaño, pero va a depender de cada bacteria. Ej. Salmonella enterica, Escherichia coli 20 min M. tuberculosis 15h Implicancias:  

Inicio de síntomas Tiempo de espera para el diagnóstico

¿Por qué es importante el número de bacterias que ingresan al individuo? Dosis Infectante (DI): Mínimo número de bacterias necesario para producir infección  

Propia de cada microorganismo Depende de factores de la bacteria y del hospedador

Salmonella spp. 10-100 millones de organismos Shigella spp. 100 organismos

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@inmunomatrix – Resumen para Microbiología I cat I Latencia  Censa el ambiente en el que se encuentra, etapa de adaptación. Se están estableciendo, se están dividiendo, pero a la vez algunas están muriendo. Logarítmica  Etapa de multiplicación, dependiente de su tiempo medio de generación. Seguida por los síntomas. Estacionaria La misma cantidad de bacterias que se están dividiendo, están muriendo, debido al tratamiento o la respuesta inmune. Declinación  Son más las bacterias que están muriendo que las que se están dividiendo.

Factores que afectan el crecimiento bacteriano 1. -

Físicos Temperatura Ph Presión osmótica  Hay bacterias que contaminan alimentos salados, como S. aureous, debido a su pared celular gruesa.

2. Químicos Aerobia estricta

Anaerobia estricta Anaerobias facultativa

Aerotolerante Microarofílica

Requiere O2 para crecer Respiración aerobia

Sólo crece en ausencia de O2, Respiración anaerobia, Fermentación Bacteroides (intestino) Crece en presencia o ausencia de O2, Respiración aerobia (si hay O2), Fermentación o respiración anaerobia (si no hay O2) Indiferente al O2, Fermentación Requiere baja concentración de O2, Respiración aerobia.

Mycobacterium tuberculosis, Bordetella pertusis, Pseudomonas aeruginosa Clostridium tetanii, C. Perfringens, C. Botulinun Salmonella spp. Escherichia coli Staphylococcus aureus Streptococcus pneumoniae Helicobacter pylori, Campylobacter spp. Actinomyces

Suelen formarse nichos mixtos, en los que conviven bacterias aerobias y anaeróbicas (que se ubican en el centro hipóxico). 3. Disponibilidad de Hierro El hierro es esencial para la respiración y síntesis de ADN. Por lo que las bacterias han desarrollado mecanismos de captación de hierro, tanto libre como asociado a macromoléculas: transportadores asociados a la membrana y sideroforos (captan el hierro del ambiente y cambian su conformación permitiéndoles a las bacterias que lo recapten). El huésped en presencia de infecciones, aumenta los niveles de hepcidina que aumenta la transferrina que limita la disponibilidad del hierro por las bacterias.

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Patogenicidad bacteriana: Adherencia La adherencia es un paso esencial para la colonización, establecimiento y la cronicidad de las infecciones. Sin colonización y establecimiento no hay infección. Estructuras que participan en la adherencia bacteriana   

Adhesinas fímbricas y afímbricas. Cápsula con ác. hialurónico (Ej. S. pyogenes). LPS con sacárido terminal clave (Ej. S. enterica serovar Typhi).

FACILITADORES DE ADHERENCIA (“colaboran”)   

IgA proteasa. Flagelo. Proteínas que degradan matriz extracelular y mucus (sialidasas, proteasas, colagenasas, otras).

Adhesinas bacterianas Las adhesinas fimbricas y afimbricas presentan leptina (las afimbricas son leptina y las fimbricas lo tienen en su punta) que reconocen hidratos de carbono al que se unen. Una determinada especie bacteriana puede codificar tanto adhesinas fímbricas como afimbricas. A su vez, pueden expresarse en diferentes momentos durante la infección bacteriana. Funciones      

Adherencia a tejidos Adherencia a superficies inertes Formación de biopelículas Agregación bacteriana Invasión celular Movimiento (twitching) Por ejemplo, Fimbria tipo 4 en Neisseria spp.

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@inmunomatrix – Resumen para Microbiología I cat I Favorecen: 1. 2. 3.

Autoagregación. Receptores del huésped. Co-agregación (importante en la generación de biofilms).

Se ensamblan en el espacio extracelular, sobre la membrana externa en los gram negativos o sobre la pared celular en los gram positivos.

Fimbria tipo 1 Se une a residuos de manosa en el epitelio de la vejiga, por lo que se asocia a cistitis.

E. coli uropatógena

Fimbria P  Se une a residuos de galabiosa en el epitelio renal (le permite ascender), por lo que se asocia a pielonefritis. (Patologia que causa y la localización de la bacteria es distinta dependiendo la fimbria que expresa en determinado momento).

Fimbrias tipo IV de la Neisseria meningitidis le permite “arrastrarse”, mediante la tensión y retracción de la fimbria. Le permite moverse por el epitelio respiratorio y por medio de un evento post-traduccional cambia la carga para desadherirse (al agregar un fosfolípido a la fimbria), de esta forma se libera de la colonia en donde se estaba multiplicando.

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Son proteínas o glicoproteínas monoméricas, que actúan como lectinas (reconocen carbohidratos) ancladas a la membrana externa de las bacterias gram negativas (porinas) o a la pared celular de las bacterias gram positivas. Se unen a Receptores en la célula huésped o a moléculas de la matriz extracelular. Las conjuntivitis o infecciones del tracto respiratorio ocasionadas por H. influenzae no capsulados se inician por la acción de una adhesina afímbrica específica. Las adhesinas le brindan el tropismo tisular (es decir, dependiendo que fimbria expresa a que tejido va a adherirse). Hap es una proteína de membrana, con función de adhesina-invasina. Presente en todos los biotipos de H. influenzae no calsulados. Permite que se peguen las entre ellas y formen las microcolonias, importante para formación de biopelículas por ejemplo en oído externo.

LPS Salmonella entérica serovar Typhi. Un residuo terminal clave del core oligosacárido le permite internalizarse en células epiteliales Le permite acceder desde el intestino a circulación.

Cápsula La cápsula con ácido hialurónico del Streptococcus pyogenes le permite unirse al receptor CD44 de la célula epitelial, para producir un rearreglo del citoesqueléto y abrir uniones intercelulares que posibilitan la invasión tisular.

IgA1 proteasa En el caso de Streptococus pneumoniae la IgA proteasa cliva el fragmento Fc evitando que la bacteria sea reconocida por receptores para opsoninas, pero queda unida en la región del paratope. Esto permite que varias bacterias se unan a la IgA y formen conglomerados.

Flagelo El flagelo de Pseudomona aeruginosa le brinda adherencia al epitelio respiratorio.

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Biofilm/Biopelícula Son comunidades bacterianas que crecen embebidos en una matriz de exopolisacáridos y adheridos a una superficie inerte o a un tejido vivo. El “quorum sensing” o autoinducción es un mecanismo de control de la expresión genética dependiente de la densidad celular. Las bacterias liberan a su entorno moléculas difusibles o autoinductoras, que a medida que la población crece se acumulan en el exterior. Las bacterias pueden censarlas, y al alcanzarse la concentración umbral del autoinductor, se modifica la expresión de determinados genes (ej. Genes del exopolisacárido de la biopelícula). Presente por ejemplo en Pseudomona aeruginosa. 

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Las biopeliculas pueden estar constituidas por una o por varias especies (por ejemplo, formadas por bacterias anaerobias en la región central y aerobias en las regiones externas) y pueden ser benignas en su interacción con el huésped. Ej. La microbiota normal. Las biopelículas protegen a las bacterias del efecto de los antibióticos. Debido a que la concentración inhibitoria mínima para matar la colonia va a ser mayor, porque el biofilm dificulta el paso del ATB. Los neutrófilos no pueden penetrar las biopelículas, por lo que también funcionan como un mecanismo de evasión a la respuesta inmune. Algunas bacterias “escapan” de las biopelículas, lo cual da lugar a un nuevo ciclo de formación de biopelículas en otro sitio distante. Ej.: Infecciones pulmonares de P. aeruginosa en Pacientes con Fibrosis Quística. Más del 60% de las infecciones microbianas son causadas por la producción de biopelículas.

Bacterias capaces de formar biopeliculas:

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Especificidad de especie y especificidad de tejido. Las bacterias poseen diferente tropismo debido a la interacción de las adhesinas con el carbohidrato que reconocen.

Escherichia coli uropatógena Puede encender o apagar la expresión de adhesinas cuando hay escases de nutrientes por aumento de la colonia, lo que les permite salir del huésped. El cambio de fase es un “on”-“off” de la adhesina, no confundirse con un cambio de la expresión de una adhesina fimbriada a una afimbrica (lo preguntaron en un final “El cambio de fase le permite a la bacteria alternar la expresión entre adhesinas fímbricas y afímbricas” FALSO!!).

Cambios en la composición de aminoácidos de la adhesina. Nuevas variantes bacterianas aparecen durante la infección, dando lugar a una población heterogénea que evade la respuesta inmune y también le confiere la capacidad de reconocer nuevos receptores. Puede variar su propio genoma a partir de tomar ADN del medio. Por ejemplo Neisseria es una bacteria transformante natural, capta ADN del medio por su fimbria tipo 4 y lo puede usar como nutriente o para transformar su genoma. Esto le permite cambiar las proteínas de su cápsula y del vástago de la fimbria, sin embargo no cambia a la fimbria en sí. -

Tomado en un final: Las fimbrias tipo IV de las neisserias están sujetas al mecanismo de variación antigénica. (Falso, porque las fimbrias tipo IV son las promotoras de la variación antigénica, pero no sufren la misma –solo el vástago pero aparentemente es tema aparte-).

Efectos beneficiosos:   

Estimulan el sistema inmunológico. Compi...