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ASOCIACIONES SIMBIOTICAS, PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA Bacteriología y Micología Veterinaria M. en C. Gerardo Castillo Otoño 2011 ASOCIACIONES SIMBIOTICAS,

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Presentación del tema: "ASOCIACIONES SIMBIOTICAS, PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA Bacteriología y Micología Veterinaria M. en C. Gerardo Castillo Otoño 2011 ASOCIACIONES SIMBIOTICAS,"— Transcripción de la presentación:

1 ASOCIACIONES SIMBIOTICAS, PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA Bacteriología y Micología Veterinaria M. en C. Gerardo Castillo Otoño 2011 ASOCIACIONES SIMBIOTICAS, PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA Bacteriología y Micología Veterinaria M. en C. Gerardo Castillo Otoño 2011

2 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 Comensalismo Mutualismo Parasitismo Tres tipos de simbiosis:

3 Comensalismo Asociación en la que el simbionte (comensal) se beneficia y el hospedero no es perjudicado ni beneficiado Cepas no patógenas de E. coli

4 Mutualismo Asociación en la que ambos organismos obtienen un beneficio reciproco Asociación entre rumiantes y microorganismos en el rumen

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6 Vibrio fischeri Euprymna scolopes

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8 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

9 Endoparásito o ectoparásito Hospedero reservorio Hospedero final Hospedero intermedio Hospedero de transferencia

10 Interacción Microorganismo- Hospedero PATOGENO/ (Factores de Virulencia o de Asociación) HOSPEDERO (Respuesta Celular) MEDIO AMBIENTE Regulación de la Expresión Transducción de Señales Modulación de la Respuesta

11 CONTACTO MICROORGANISM0 HOSPEDERO TIEMPO COMENSALISMO SIMBIOSIS INFECCION A ELIMINACION D G ERRADICACION INMUNE Y TERAPEUTICA MUERTE H C B F E TIEMPO PERSISTENCIA (CRONICIDAD Y LATENCIA) TIEMPO ENFERMEDAD TIEMPO COLONIZACION

12 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

13 Equilibrio salud- enfermedad Numero de organismos presentes Virulencia Defensas del hospedero

14 Virulencia Toxigeni cidad Infectivi dad Invasiv idad

15 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.

16 PATOGENESIS La interacción recíproca entre un microorganismo patógeno y su célula hospedera es el aspecto central de la patogénesis. La patogénesis es también un problema ecológico y depende de interacciones complejas y continuas entre organismos evolutivamente dispares, en ambientes que están en constantes cambios 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

17 Patogénesis Mediada por Hospedero Patogénesis Mediada por Bacteria Toxinas Secretadas + LeukocitosAntígenos Respuesta celular inmune e inflamatoria prolongada Daño a células somáticas Mecanismos Generalizados de patogénesis bacteriana

18 Curvas Daño-Respuesta de Patógenos Microbianos Daño Respuesta Clase 2 Daño Respuesta Clase 3 Daño Respuesta Clase 1 Daño Respuesta Clase 4 Daño Respuesta Clase 6 Daño Respuesta Clase 5

19 Mecanismos de Patogenicidad : Estrategias microbianas para causar daño en un hospedero. Virulencia: La capacidad relativa de un microorganismo para causar daño en un hospedero. Patogenicidad y Virulencia

20 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. Un microorganismo patógeno posee la capacidad de provocar un daño, a cualquier nivel, en un organismo hospedero susceptible Patogenicidad y Virulencia

21 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

22 Bases Moleculares de la Interacción Microorganismo -Hospedero Tropismo: Especificidad tisular y de hospedero. Multiplicación: Tiempo de generación media, incluye factores para recuperar nutrimentos y evadir la eliminación por el hospedero. Citotoxicidad: Daño a los tejidos del hospedero.

23 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

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25 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.

26 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

27 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,

28 Neisseria gonorrea Streptococcus pneumoniae Haemophilus influenzae

29 Proteína M Streptococcus pyogenes Inhibición de C3b Staphylococcus aureus CarotenoidesEstallido respiratorio Proteína A Unión a región Fc de IgG

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31 Estrategias y Factores de Virulencia: Fases Tempranas EstrategiaFactor de virulencia AdherenciaAdhesinas fimbriales y afimbriales Movilidad y Quimiotaxis Flagelo, fimbrias tipo IV Invasión por disparo o cierre Sistema de secreción tipo III, Jeringas moleculares, Efectores de mimetismo molecular

32 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).

33 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.

34 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.

35 Estrategias y Factores de Virulencia: Fases Tardías EstrategiaFactor de virulencia Sobrevivencia intracelular Sideróforos, Efectores de mimetismo molecular, Movilidad Intracelular Efectores de escape vacuolar y de unión a componentes del citoesqueleto, Evasión de la respuesta inmune y Variación antigénica Cápsula, modificación de la envoltura celular, proteínas similares a inmunoglobulinas. Alteración y/o ausencia de la presentación inmunológica Sometimiento y Confrontación Uso y modificación de las enzimas hospederas, Proteasas de IgAs, Adherencia a receptores alternativos

36 Estrategias Comunes de Sobrevivencia Microbiana Resistencia a los ácidos, movilidad y enmascaramiento. Enzimas para crear un ambiente permisivo. Sobrevivencia a las barreras físicas y químicas. Inhibición de la fusión endosoma- lisosoma. Protección del ambiente intracelular. Sobrevivencia intracelular.

37 Respuesta inmune inadecuada. Inducción de respuesta inmune cruzada Mimetismo molecular Alteración y/o ausencia de la presentación inmunológica. Variación Antigénica Capsulas, proteínas, polisacaridos, enzimas, toxinas Factores superficiales y secretados.

38 Cell membran e Hostcell 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

39 Sobrevivencia Mediada por Fagocitosis Hospedero -Dirigida

40 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.

41 E. coli enteropatógena y Shigella explotan la maquinaria de polimerización de actina para adherirse intimamente o para desplazarse intracelularmente

42 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

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44 Exotoxinas bacterianas TipoBlancoMecanismoTipo de toxina IEnvoltura celular, membranas Interferencia con la transducción de señales, activación inapropiada de receptores celulares Enterotoxinas termoestables Superantígenos IIMembranaFormación de canales, daño enzimático a membrana Fosfolipasa C, proteasas, citolisinas, toxinas RTX IIIIntracelularInhibición de síntesis de proteínas, activación de adenilato ciclasa, alteración del citoesqueleto, alteración de la señalización celular Toxinas AB (CT, LT, Pertusis, ExoA, DT, Stxs), ExoS, ExoT

45 Multiple Biologic Activities Exhibited by the Lipid A Component of Endotoxin Pyrogenicity Leukopenia, leukocytosis Complement activation Depression of blood pressure Hageman factor activation Plalelet activation Induction of plasminogen activator Bone marrow necrosis Hypothermia in mice LeIhal toxicity in mice Induction of prostaglandin sinthesis Induction of nonspecific resistance to infection Induction of endotoxina tolerance Adjuvant activity Mitogenic activity for lymphocytes Macrophage activation Induction of interleron synthesis Induction of necrosis factor synthesis

46 Intracellular bacteria that induce and/or inhibit host cell apoptosis BacteriaHost cellsApoptosisHost targets Shigella (IpaB)MacrophagesInductionCaspase-1 Salmonella (SipB)MacrophagesInductionCaspase-1 Listeria (LlyO)Hepatocytes, dendritic cells, lymphocytes InductionUnknown LegionellaMacrophages,epithelial cellsInductionCaspase-3 Yersinia (YopJ/YopP)MacrophagesInduction TNF- NF- B, MAPKK Mycobacterium (Cell Wall) MacrophagesInduction and inhibition TNF-, Caspase-1 ChlamydiaEpithelial cells, Macrophages Induction and inhibition Caspase-3, cyt c RickettsiaEpithelial cellsInduction and inhibition NF- B CoxiellaMacrophagesInduction TNF- [a]Abbreviations: cyt c, cytochrome c; MAPKK, mitogen-activated protein kinase kinase; NF- B, nuclear factor B; TNF-, tumor necrosis factor

47 APAF1, factor apoptotico activante de proteasa 1; CAD, desoxirobonucleasa activada por caspasa; MAPKK, proteína cinasa de cinasa activada por mitogen;NF-kB, factor nuclear B; TNF-a, factor de necrosis tumoralMAPKK, proteína cinasa de cinasa activada por mitogen;NF-kB, factor nuclear B; TNF-a, factor de necrosis tumoral

48 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.

49 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 FITC- conjugated antibody (green) and DNA with DAPI (blue).

50 Table 1 An overview of mechanisms used by bacteria to avoid host immune responses


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