UPCII M Microbiologia Teórica 19-20 2º Ano 2015/2016.

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1 UPCII M Microbiologia Teórica 19-20 2º Ano 2015/2016

2 Sumário T19 20 MJC  D. O Ecossistema Oral  Capítulo XVI. Formação do biofilme oral  Características gerais do crescimento em biofilme  Formação e particularidades do biofilme oral  Capítulo XVIII. Biofilme Oral - Colonização por bactérias orais  Mecanismos de adesão  Restrições impostas pelo hospedeiro à adesão microbiana  Adesão e Metabolismo bacteriano  Aderência  Aderência “long-range”  Adesão específica  Adesinas e receptores das baterias orais 22-11-20152

3 O que são Biofilmes?  Microrganismos que crescem associados a uma superfície.  Podem ser estudados relativamente a:  Condições ambientais que favorecem a sua formação.  Os produtos genéticos que é necessário estarem presentes para a sua formação.  Os genes que são activados e necessários para a manutenção do biofilme. (São diferentes dos anteriores?)  A arquitectura do biofilme.  Os tipos de matriz extracelular existente no biofilme. 22-11-2015T19 20 MJC3

4 Biofilme  Organismo multicelular  Metabolismo energético  Alterações do fenótipo  Quorum sensing  Formação do biofilme  Existência  Arquitetura  Expressão de bacteriocinas  Expressão de fatores de virulência  O próprio biofilme é fator de virulência 22-11-2015T19 20 MJC4

5 Estudo dos biofilmes  Confocal Scanning Laser Microscopy  Técnicas Moleculares:  Clonagem  Sequenciação em massa  Sondas moleculares 22-11-2015T19 20 MJC Estudos independentes de cultivo 5

6 Biofilmes são estudados em muitos contextos  Laboratorial:  interação entre as bactérias e as superfícies  Interação entre as bactérias de biofilmes multicamadas.  Aplicações práticas:  Indústria  Biofilmes indesejáveis  Biofilmes desenhados para aplicações industriais  Medicina  Corrosão associada a biofilmes microbianos que se desenvolvem nas próteses.  Modificação de superfícies de materiais para implantes  Biofilmes saudáveis. 22-11-2015T19 20 MJC6

7 Arquitectura do biofilme  Monocamada  Interacção exclusiva com as superfícies  Comuns nos estudos laboratoriais mas também associados a situações in vivo.  Podem também ser a fase inicial dos multicamada.  Multicamada  Adesão intercelular  Pode acontecer sem superfícies abióticas  Sinalização ambiental “comunicação entre as bactérias” 22-11-2015T19 20 MJC7

8 Biofilme monocamada  Estruturas adesivas do biofilme monocamada depende de:  Adesinas pré-formadas:  Flagela  Motilidade pode ser importante na associação à superfície.  Pili  Retrácteis também ajudam a puxar contra forças repulsivas  Adesinas sintetizadas em circunstâncias específicas  As circunstâncias são essencialmente moléculas sinalizadoras que quando presentes levam à alteração da expressão génica que condiciona o fenótipo. Por exemplo Pseudomonas fluorescens produz LapA (proteína de superfície que leva à adesão)  Adesinas específicas  Usadas para aderir e invadir células de mamíferos com a utilização de receptores específicos que são moléculas da MEC 22-11-2015T19 20 MJC8

9 Biofilme monocamada  Alteração da transcrição  Dificuldade no estudo por não conseguir muita quantidade de mRNA.  Genes que deixam de ser transcritos:  Flagelos  Repressão da expressão da toxina da colera (influencia a capacidade de adesão e retenção? Ou depende da superfície de adesão?)  Genes que passam a ser transcritos  quimiotaxia 22-11-2015T19 20 MJC9

10 Biofilmes multicamada  Pode localizar-se na superfície interna ou externa de outro organismo.  As bactérias gram (-) têm o polissacárido O que lhes dá uma carga negativa.  Não adesão.  No entanto podem ocorrer mutações no polissacárido ou a alteração das moléculas de superfície (cápsulas ou camadas externas) para promover a adesão.  Um dos aspectos mais estudados é a regulação da formação do biofilme multicamada 22-11-2015T19 20 MJC10

11 Regulação da formação de biofilmes multicamada  Sinais  Mecânicos  Presença ou ausência de flagelo  Espressão ou ausência de expressão de genes associados à síntese e função do flagelo  síntese de matrix extracelular  Vibrio cholerae  Bacillus subtilis  Nutritivos e Metabólicos  Glucose e repressão catabólica  Glicose  Indole (resulta da decomposição do triptofano em indole e ac.pirúvico)  Poliaminas  Moléculas inorgânicas  Ferro  Fosfato 22-11-2015T19 20 MJC11

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13 Regulação da formação de biofilmes multicamada  Sinais  Osmolaridade  Sinais do Hospedeiro  Bilis e V.cholerae  H 2 O 2 e Pseudomonas aeruginosa  Agentes antimicrobianos  Triclorosano e trombacina em doses sub-inibitórias  Sinais de Quorum 22-11-2015T19 20 MJC13

14 Composição da matriz de biofilmes multicamada  Exopolisacarídeos  Proteínas  Algumas que facilitam a adesão às superfícies  DNA  eDNA parece essencial na formação de biofilmes de P.aeruginosa 22-11-2015T19 20 MJC14

15 Biofilmes como alvos terapêuticos difíceis  Difusão de antimicrobianos  Tolerância a [antimicrobianos]  Eh e pH alterados e inibidores  Metabolismo baixo das bactérias  Inativação do antimicrobiano por EPS  Ação dificultada do SI do hospedeiro 22-11-2015T19 20 MJC15

16 Biofilmes medicamente importantes  Oral  Tubagens e equipamentos em clinicas e hospitais  Associados a próteses  Associados a cateters  Associados a válvulas naturais “defeituosas” 22-11-2015T19 20 MJC16

17 O Biofilme Oral – Placa dentária  Muita matriz extracelular e algumas células  Composição muito diferente:  entre indivíduos  entre dentes do mesmo indivíduo  entre zonas do mesmo dente  Que fatores determinam essas diferenças?  Quais as fases de formação do biofilme oral?  Formação da película aderida  Transporte até ao local (movimentos estocásticos ou determinados pelo fluxo salivar)  Interações estereoquímicas entre adesinas e recetores  Co agregação e co adesão  Comunidade clímax 22-11-2015T19 20 MJC17

18 Bibliografia T19 20 MJC22-11-2015 Capítulo 14, 15 Capítulo 31-Secção Dental Plaque Biofilm 18

19 Sumário T19 20 MJC19  Capítulo XVIII. Biofilme Oral - Colonização por bactérias orais  Mecanismos de adesão  Restrições impostas pelo hospedeiro à adesão microbiana  Adesão e Metabolismo bacteriano  Aderência  Aderência “long-range”  Adesão específica  Adesinas e receptores das baterias orais 22-11-2015

20 Colonização da cavidade oral 22-11-2015T19 20 MJC20 Morte e expulsão Colonização Célula Bacteriana Compostos antimicrobianos Exfoliação Acção mecânica da língua Propriedades de aderência Bactérias sinergisticas Nutrientes pH

21 Aquisição das bactérias orais Nascimento Colonização por contacto com objectos Streptococcus (mitis e oralis), Haemophilus e Neisseria Veículo é a saliva Erupção dos decíduos Colonização que se torna reconhecível Essencialmente Streptococcus (1ºsanguis e depois mutans)e Actinomycetes Adolescênci a Alterações hormonais Anaeróbios G(-) Adulto Exercício físico, stress,  função imunitária ou fluxo salivar Tabagismo, consumo de hidratos de carbono e gravidez 3ª Idade Alterações no fluxo salivar Colonização por Candida 22-11-2015T19 20 MJC21

22 Adesão bacteriana a superfícies  A que aderem?  Como aderem?  Estratégias para evitar a adesão. 22-11-2015T19 20 MJC22

23 Adesão de curta e longa acção 22-11-2015T19 20 MJC23

24 É mais fácil colonizar HA ou mucosa?  Mucosa expressa:  Fibronectina  Laminina  Proteínas proteoglicanos 22-11-2015T19 20 MJC24  Capacidade de resposta de estímulos Pode ser nocivo para o hospe- deiro

25 Como é que a bactéria se “aproxima” ? 22-11-2015T19 20 MJC25 Bactéria - - - - - - - - - - - Fimbria/fibrilhas + + + + + aa apolar - + van der Waals Atração hidrofóbica Atração electroestática Superfície do hospedeiro

26 Depois da atração inicial 22-11-2015T19 20 MJC26 Bactéria - - - - - Fimbria/fibrilhas Ponte catiónica bivalente Pontes de hidrogénio Superfície do hospedeiro +Ca+

27 Adesão de curta e longa acção 22-11-2015T19 20 MJC27

28 Adesinas e Recetores AdesinasRecetores ProteínasGalactose Ácido Siálico Cadeias de hidratos de cabono Oligossacáridos Proteínas: amilase 22-11-2015T19 20 MJC28 Lectin-Like Proteína-açúcar

29 Streptococci  S. parasanguis – Fimbriae têm FbpA  fibronectina  S. gordonii- Fibrilhas têm CshA/B  fibronectina  S. cristatus  fibrilhas Fusobacterium nucleatum  S. mutans (AgI/II)  Película salivar  Aglutininas (gp340)  Colagénio (dentina)  Outras bactérias  AbpA e AbpB  amilase  GBPs  Glucanos 22-11-2015T19 20 MJC29

30 Actinomyces naeslundii 22-11-2015T19 20 MJC30  Fimbrias tipo 1  PRPs  Fimbrias tipo 2  Receptores glicosídicos em células epiteliais

31 Outras bactérias orais  Porphyromonas gingivalis FimA  PRPs  Histatinas salivares  Integrinas das células epiteliais  Aggregatibacter Flp pili e Ema  Adesão a superfícies  Proteína não fibrilar que liga colagénio  Fusobacterium nucleatum FadA  Células epiteliais  Treponema denticola MSP  Proteínas da Matriz  Tanerella forsythia BSPA  Células humanas e proteínas da matriz 22-11-2015T19 20 MJC31

32 Depois de estabelecerem esta adesão inicial o que acontece? 22-11-2015T19 20 MJC32 Colonização Infeção à superfície Invasão dos tecidos Invasão intra celular

33 Mas as bactérias não aderem só à superfície….. 22-11-2015T19 20 MJC33 Colonizadores 1ºs Colonizadores 2ºs Esmalte CSEPS CSEPS

34 As bactérias orais recorrem a vários “substratos” 22-11-2015T19 20 MJC34

35 Adesão promovida por outras bactérias  Actinomyces (Fimbrias tipo 2)  Streptococci (polissacarídeos)  Fusobacterium tem RaD e galactose que ligam arginina e lectinas específicas para galactose e nacetilneuramic acid (peptidoglicano).  P. gingivalis adere a:  colonizadores primários (Streptococci)  FimA  gliceraldehído 3 fosfato desidrogenase  Mfa  Antigénio I/II  Colonizadores tardios (Tanerella e Treponema) 22-11-2015T19 20 MJC35

36 Adesão e Metabolismo  Não são considerados juntos mas deviam  Adesão duradoura pressupõem metabolismo  Adesão é forma de garantir consórcio metabólico 22-11-2015T19 20 MJC36

37 Streptococci na cavidade nasofaringica  Oligosacarídeos das glicoproteínas  Mucinas  Hidrolases de glicano  Sialidases  Galactosidases  Fucosidase  S.mutans e S.salivarus são eficientes a fermentar açucares levando à produção de ácido lático consumido por  Veillonella 22-11-2015T19 20 MJC37

38 Outros exemplo de co-colonização 22-11-2015T19 20 MJC38 InteracçãoBenefícios S.gordonii-P.gingivalisAdesão, potencial redox S.gordonii-F.nucleatumAdesão, potencial redox, ácidos gordos F.nucleatum-T.forsythiaFactores de crescimento (Acido acetil murâmico) P.pingivalis-T.forsythiaPeptideos e hemina

39 A coexistência das bactérias orais nem sempre é pacífica  Competição indireta por  nutrientes  espaço de adesão.  Competição direta por  Bacteriocinas  Lantibióticos  Contacto de FimA com a arginina deiminase da superfície de Streptococcus cristatus reduz a expressão de FimA.  Peróxido de hidrogénio 22-11-2015T19 20 MJC39

40 Bibliografia T19 20 MJC4022-11-2015 Capítulo 13, 14