UPCII M Microbiologia Teórica º Ano 2015/2016

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

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 T19 20 MJC3

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 T19 20 MJC4

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

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 T19 20 MJC6

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” T19 20 MJC7

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 T19 20 MJC8

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 T19 20 MJC9

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 T19 20 MJC10

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 T19 20 MJC11

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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 T19 20 MJC13

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 T19 20 MJC14

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 T19 20 MJC15

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

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 T19 20 MJC17

Bibliografia T19 20 MJC Capítulo 14, 15 Capítulo 31-Secção Dental Plaque Biofilm 18

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

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

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 T19 20 MJC21

Adesão bacteriana a superfícies  A que aderem?  Como aderem?  Estratégias para evitar a adesão T19 20 MJC22

Adesão de curta e longa acção T19 20 MJC23

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

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

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

Adesão de curta e longa acção T19 20 MJC27

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

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 T19 20 MJC29

Actinomyces naeslundii T19 20 MJC30  Fimbrias tipo 1  PRPs  Fimbrias tipo 2  Receptores glicosídicos em células epiteliais

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 T19 20 MJC31

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

Mas as bactérias não aderem só à superfície… T19 20 MJC33 Colonizadores 1ºs Colonizadores 2ºs Esmalte CSEPS CSEPS

As bactérias orais recorrem a vários “substratos” T19 20 MJC34

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) T19 20 MJC35

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

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 T19 20 MJC37

Outros exemplo de co-colonização T19 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

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 T19 20 MJC39

Bibliografia T19 20 MJC Capítulo 13, 14