Interações Parasita-Hospedeiro

1. Introdução * Animais e plantas passam toda a vida em contato com microrganismos * Muitos tipos de microrganismos habitam os animais e as plantas como comensais inócuos * Porém, se os mecanismos de defesa enfraquecem: comensais parasitas * Outros patógenos podem invadir os organismos doença * Doença ou saúde resultam do equilíbrio das relações parasita-hospedeiro

Resistência x Susceptibilidade mecanismos de infecção mecanismos de defesa PARASITA HOSPEDEIRO Resistência x Susceptibilidade Influência na medicina, fitopatologia, indústria ...

(b) adesão; (c) invasão Interações microbianas com as membranas mucosas: (a) associação frouxa; (b) adesão; (c) invasão Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al., 2004

Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004 Aderência de patógenos a tecidos animais. Escherichia coli enteropatogênica em uma infecção modelo fatal de um bezerro recém-nascido. As células bacterianas estão aderidas à borda das vilosidades do bezerro por meio de um glicocálix. Os bacilos têm cerca de 0,5 μm de diâmetro.

Gêneros de microrganismos representativos da microbiota normal de humanos Sítio anatômico Organismo Pele Staphylococcus, Corynebacterium, Acinetobacter, Pitysrosporum (levedura), Propionibacterium, Micrococcus Boca Streptococcus, Lactobacillus, Fusobacterium, Veilonella, Corynebacterium, Neisseria, Actinomyces Trato respiratório Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Neisseria Trato gastrointestinal Lactobacillus, Streptococcus, Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium, Peptococcus, Peptostreptococcus, Ruminococcus, Clostridium, Escherichia, Klebsiella, Proteus, Staphylococcus, Enterococcus Trato urogenital Escherichia, Klebsiella, Proteus, Neisseria, Lactobacillus (vagina de mulheres adultas), Corynebacterium, Staphylococcus, Candida, Clostridium, Prevotella, Peptostreptococcus

Exemplo de interação microrganismo-homem Seção de um dente ilustrando os tecidos circundantes que ancoram o dente à gengiva Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

células bacterians envoltas por uma PLACA DENTAL células bacterians envoltas por uma matriz de polímeros e produtos salivares encontrada nos dentes

A placa dental Bactérias colonizam a superfície dos dentes graças a um filme orgânico fino resultante da ligação com glicoproteínas ácidas da saliva Streptococcus mutans Streptococcus sobrinus Streptococcus sanguis Streptococcus mitis A placa dental Fusobacterium Actinomyces

destruição dental resultante de uma CÁRIE DENTAL destruição dental resultante de uma infecção bacteriana

descalcificação do esmalte proteólise da matriz do dente A cárie dental Streptococcus mutans Streptococcus sobrinus Açúcares ácido lático descalcificação do esmalte proteólise da matriz do dente Fluoreto reduz a ação descalcificante (une-se a matriz do dente)

Micrografia eletrônica de varredura da bactéria cariogênica Streptococcus mutans. O polímero aderente, dextrana, mantém as células unidas na forma de filamentos. Células individuais apresentam diâmetro de aproximadamente 1 μm. Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

2. Mecanismos de infecção (fatores de virulência) Definições * patogenicidade: habilidade de produzir uma infecção * infecção: colonização de um organismo por alguma espécie externa * doença: detrimento do organismo infectado * patógenos oportunistas primários * virulência: capacidade relativa do patógeno de causar doença * fatores de virulência: toxinas, enzimas, etc.

2.1. Requisitos para doença

2.2. Principais fatores de virulência 2.2.1. Toxinas: substâncias que causam danos às células ou tecidos EXOTOXINA proteína liberada extracelularmente por um microrganismo à medida que cresce, produzindo dano imediato à célula hospedeira

2.2. Principais fatores de virulência * exotoxinas: - Corynebacterium diphtheriae - Clostridium tetani (neurotoxina) - Vibrio cholerae (enterotoxina) natureza química: proteínas afinidade por tecidos específicos sensíveis ao calor Enzimas citolíticas = lise Enzimas A-B = duas subunidades Toxinas que atuam como superantígenos = estimulam células de resposta imune (inflamações)

Ação da toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae (a) O fator de elongação 2 (EF-2) normalmente se liga ao ribossomo, conduzindo um tRNA carregado com um aminoácido ao ribossomo, promovendo a elongação protéica. (b) A toxina diftérica liga-se à membrana celular, onde é clivada e o peptídeo A é internalizado. O peptídeo A modifica o fator de elongação 2 (EF-2*) que deixa de auxiliar na transferência de aminoácidos para a cadeia polipeptídica em crescimento, resultando na interrupção da síntese protéica e morte celular. Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

2.2. Principais fatores de virulência * exotoxinas: - Corynebacterium diphtheriae - Clostridium tetani (neurotoxina) - Vibrio cholerae (enterotoxina)

Ação da toxina tetânica de Clostridium tetani Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

2.2. Principais fatores de virulência * exotoxinas: - Corynebacterium diphtheriae - Clostridium tetani (neurotoxina) - Vibrio cholerae (enterotoxina) ENTEROTOXINA proteína liberada extracelularmente por um microrganismmo à medida que cresce, produzindo dano imediato no intestino delgado do hospedeiro = vômitos e diarréia

Ação da toxina colérica Glicolipídio complexo Ação da toxina colérica Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

2.2. Principais fatores de virulência ENDOTOXINA porção lipopolissacarídica do envoltório celular de determinadas bactérias, liberada após a lise da célula do patógeno, atuando como uma toxina quando solubilizada

2.2. Principais fatores de virulência * endotoxinas: liberadas após a lise da célula do patógeno - toxinas de Salmonella, Escherichia coli menos tóxicas que as exotoxinas diminuem leucócitos, linfócitos, plaquetas proteínas pirogênicas: liberação de pirogenios diarréia inflamação generalizada mortes: choques hemorrágicos e necrose dos tecidos

Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

3. Resistência/defesa 3.1. Inespecífica (ou natural): * mecanismos de defesa que protegem o hospedeiro de qualquer parasita, com ou sem exposição 3.2. Específica (ou imunidade): * mecanismos de defesa em resposta e um determinado parasita (após exposição) - em plantas e em muitos animais: inespecífica (primeira linha de defesa) - em vertebrados: resistência específica

4. Fatores de resistência/defesa dos hospedeiros Dependem da: * raça * espécie * individuo * estresses (hormônios) * Idade (+ jovens ou + velhos) * estado nutricional * higiene

4.1. Mecanismos externos de defesa * Barreiras físicas: pele mucosas cutícula e ceras das plantas parede celular pelos cílios das células epiteliais

4.1. Mecanismos externos de defesa * Barreiras químicas ANIMAIS Ácido lático (pele) Ácidos graxos (suor) Enzimas (ex. lisozima da lágrima) Sebo (glândulas sebáceas) Suco gástrico (HCl + enzimas + muco) Lactoferrina no leite e nas mucosas (quelante de Fe) Transferrina no soro sanguíneo (idem) PLANTAS Fitoalexinas (compostos fenólicos) pH da seiva Saponinas, glicosídeos e cianogênicos Ácido salicílico

4.1. Mecanismos externos de defesa * Barreiras biológicas: microbiota da pele superfície das folhas rizosfera

Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

4.2. Mecanismos internos de defesa 4.2.1. Inflamação: reação vascular e celular para inibir a invasão causada por histaminas liberadas pelas células danificadas * vasodilatação: maior volume de sangue na área vermelhidão e calor maior pressão dor * limitação da disseminação do patógeno: formação de coágulos ao redor do local afetado pús (células fagocitárias mortas pelas leucocidinas da bactéria)

4.2. Mecanismos internos de defesa 4.2.2. Febre: - resposta sistêmica geralmente devida a bactérias e vírus - aumento da produção de calor metabólico provocado por alterações no hipotálamo * endotoxinas * pirogenio - função da febre: aumentar a atividade de fagócitos e a velocidade das respostas inflamatória e imune. Exemplos de patógenos mortos pela febre: Neisseria gonorrhoeae e Treponema pallidum

4.2. Mecanismos internos de defesa 4.2.3. Células fagocitárias (leucócitos) – glóbulos brancos neutrófilos monócitos e macrófagos Fagócitos tem elementos bactericidas como proteases, fosfatases, nucleases, lipases Não fagocitários linfócitos (sistema imune – células T e B) Fagocitários

4.2. Mecanismos internos de defesa Defesa celular Ingestão e morte Produtoras de anticorpos

4.2. Mecanismos internos de defesa * mecanismo de fagocitose - adesão (opsonina-micróbio) - pseudópodos (projeções) - ingestão - fagossoma (fusão das membranas - vacúolo) - ação dos lisossomas - grânulos com enzimas digestivas que se fundem ao fagossoma - digestão do microrganismo (fagolisossoma) pH 3,5 - 4,0 lisozima outras enzimas hidrolíticas aumento da respiração - diminui O2: produção de radicais - superóxido - peróxido morte do microrganismo 10-30 min depois

Lisossomo + macrófago = fagolisossoma Radicais hidroxil Anions superóxidos Ácido hipocloroso S. aureus + carotenóides Óxido nítrico Peróxido de hidrogênio Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

4.2. Mecanismos internos de defesa 4.2.4. Células “natural killers” (linfócitos não específicas) e células Tc (citotóxicas) * matam células indesejáveis: infectadas por vírus ou células tumorais * destroem a membrana celular dessas células (proteases e fosfolipases) * resposta de hipersensibilidade em plantas: morte do tecido invadido limitando a disseminação do patógeno

4.2. Mecanismos internos de defesa Células T citotóxicas, ou células TC, são ativadas por antígenos apresentados por qualquer célula, no contexto de proteínas MHC1. As células TC respondem liberando grânulos que contêm perforinas e granzimas — citotoxinas que perfuram a célula-alvo e provocam apoptose, respectivamente.

4.2. Mecanismos internos de defesa 4.2.5. Respostas imunológicas * antígenos: proteínas, nucleoproteínas, lipoproteínas, polissacarídeos e qualquer outra substância que propicie a formação de: * anticorpos: proteínas produzidas pelos linfócitos em reposta à presença de um antígeno Células T Células B

4.2. Mecanismos internos de defesa Defesa celular Ingestão e morte Produtoras de anticorpos

Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

Série de proteínas ativadas por interações SISTEMA COMPLEMENTO Série de proteínas ativadas por interações com complexos antígeno-anticorpo, causando danos e lise às células estranhas Certos antígenos recrutam essas proteínas

4.2. Mecanismos internos de defesa 4.2.6. mediadores solúveis a) complemento: grupo de cerca de 20 proteínas em animais superiores (complemento à ação do anticorpo) ação em cadeia quando ativadas pelo microrganismo ou pelo anticorpo

C Anafilatoxinas proteína do complemento Fonte: Microbiologia de Brock; Madigan et al.2004

4.2. Mecanismos internos de defesa b) linfocinas: proteínas solúveis produzidas pelos linfócitos T funções: sinais de comunicação intercelular, ativando macrófagos; p. ex. interleucinas

4.2. Mecanismos internos de defesa c) interferon: tipo de linfocina * protegem células contra infecções por vírus * mecanismo indireto: estimula a célula a produzir proteína antiviral que inibe a transcrição do RNA viral