¡Descarga Factors de Virulència en Microorganismos: Agentes Patogénicos y Toxinas - Prof. Martínez y más Apuntes en PDF de Microbiología solo en Docsity!
TEMA 28. PATOGENICITAT MICROBIANA
La patogenicitat és la capacitat que té un agent infecciós de produir una malaltia en un hoste susceptible.
Hi intervenen factors de virulència: molècules o estructures de microorganismes que acostumen a desenvolupar una funció normal, però que dins de l'hoste tenen un paper virulent (ex: penetració, infecció...).
Exemple de factors de virulència en Helycobacter pylori :
- Ureasa: ajuda a combatre el pH àcid de l'estómac.
- Flagels: mobilitat i quimiotaxis per a col·lonitzar.
- Exotoxines i enzims secretors: causen danys a la mucosa gàstrica.
- Lipopolisacàrids: adhesió a les cèl·lules hoste i causar inflamació.
Els enzims o gens que codifiquen per factors de virulència poden ser: · Fags en estat lisogènic (no maten la cèl·lula) -> conversió lisogènica, canvi de genotip gràcies a un fag. · Plasmidis
Malaltia infecciosa (infecció) = (nº organismes X virulència) / resistència de l'hoste
Per a que es desenvolupi una malaltia infecciosa, hi ha d'haver una trobada entre l'organisme i l'agent infecciós, el qual ha d'entrar per la via adequada (pell, tracte respiratori o gastrointestinal, mucoses...). Un cop ha penetrat, ha d'evadir les defenses de l'hoste: càpsules, enzims, paret, etc. Pot causar un dany directe o indirecte (toxines, conversió lisogènica), i marxarà per la via de sortida, que normalment és la mateixa que la d'entrada. · Sistema digestiu: via oral-fecal. · Sistema respiratori: oral (surt per tos, estornuts).
Els patògens poden ser:
- molt virulents -> amb poques unitats ja poden provocar la infecció.
- poc virulents -> es necessiten molts més individus per a causar la infecció (i la mort) de l'organisme.
Per a quantificar la virulència tenim dos paràmetres:
- Dosis letal 50 -> dosis o nº de microorganismes que causen la mort del 50% de la mostra. Com més petita és la dosi, vol dir que mata o infecta amb menys microorganismes, i per tant és més perillosa.
- Dosis infectiva 50 -> dosis o nº de microorganismes que causen la infecció del 50% de la mostra.
Fases de la infecció
- Adherència · L'adhesió específica (ex. patògens més virulents) és la unió entre una proteïna del microorganisme, l'adhesina, i un receptor de la membrana citoplasmàtica de l'hoste (normalment glicoproteïna). · L'adhesió inespecífica és la unió entre la càpsula del microorganisme i un receptor de la membrana citoplasmàtica de l'hoste.
- Penetració Un cop adherit, pot ser que el patògen penetri a la cèl·lula o no. Si ho fa, pot ser:
- Penetració passiva -> els bacteris poden arribar a la cèl·lula fàcilment. Entren per una ferida, per la picada d'algun insecte...
- Penetració activa -> capacitat del patògen d'induir una endocitosis de la cèl·lula hoste.
- Normalment l'inòcul inicial no és suficient per provocar la infecció. L'organisme necessita créixer, multiplicar-se.
- Multiplicació Creixement de l'inòcul inicial, gràcies a enzims com les proteases i les lipases, que afavoreixen la multiplicació. És important la síntesi de sideròfors: molècules transportadores de ferro, que permeten la obtenció de ferro de fora de la cèl·lula. Les molècules de ferro s'uniran a un receptor de membrana (ferritina, transferina), els quals entraran el Fe a través de porus, utilitzant-lo per a la síntesi d'altres molècules.
- Invasió Desorganització del teixit i de l'estructura tissular. Alguns dels enzims que afavoreixen la invasió són:
- Hialorudinases -> trenquen l'àcid hialurònic.
- Colagenases -> trenquen la col·làgena.
- Coagulases -> ajuden als dipòsits de fibrina per aïllar-se del sistema immune.
- Fibrinolítics (estreptoquinasa) -> trenquen la fibrina.
- Hemolisines -> danyen els glòbuls vermells o blancs.
- Capacitat lesional: toxines.
neurotoxines, enterotoxines, toxines inhibidores de la síntesi proteica, toxines citolítiques, etc.
- Endotoxines: són lipídiques. Lípid A del LPS de la paret cel·lular de les G-. Termoestable. Molt menys letal i perillosa que les exotoxines. Fa augmentar la temperatura corporal i provoca febre (ex: febres tifoidees). Queden unides al patògen, només s'alliberen amb la lisi d'aquest.
· Toxines A/B. Les exotoxines que actuen intracel·lularment, en general, presenten una estructura molecular tipus A/B, formada per dues subunitats. La subunitat A és l'enzim responsable de l'efecte tòxic, i la subunitat B s'encarrega del transport i el reconeixement de les cèl·lules diana. Presenten dos mecanismes d'entrada a la cèl·lula, i mecanismes d'acció molt diversos.
Toxina diftèrica ( Corybnebacterium diphteriae ) Toxina codificada en un fag lisogènic (conversió lisogènica). És una toxina de tipus A/B. Entra a la cèl·lula induint una endocitosi citoplasmàtica. La mateixa toxina genera un descens de pH a la vesícula d'endocitosi, i així la toxina es separa en les dues subunitats: la subunitat A va cap al reticle endoplasmàtic de la cèl·lula, mentre que la subunitat B torna al medi. Afecta al sistema respiratori, dificultant la respiració (falta d'aire), i mentrestant va sintetitzant una toxina que afecta al teixit del cor i del cervell, els quals tenen els receptors per a la toxina. La funció de les toxines no està del tot clara, ja que al bacteri li interessa que l'individu visqui. La temperatura i la osmolaritat són senyals que indiquen al bacteri si està dins de l'hoste, per començar a generar toxines. La toxina diftèrica causa una ADP-ribosilació de les proteïnes de la cèl·lula hoste, inactivant un factor d'elongació i bloquejant la síntesi proteica. La cèl·lula morirà.
Toxina colèrica ( Vibrio cholerae ) És una enterotoxina, codificada per un fag lisogènic (conversió lisogènica). Actua a nivell de l'epiteli gastrointestinal. És una toxina A/B, i entra unint-se a un porus receptor de la subunitat B, a la membrana plasmàtica. Això comporta un canvi de conformació del porus, el qual s'obre, i permet que entri (només!!!) la subunitat A. La subunitat B quedarà enganxada al porus i quan la subunitat A ja hagi entrat, s'alliberarà al medi.
Un cop dins, la subunitat A activa l'adenilat ciclasa, un enzim que fa augmentar els nivells d'AMP cíclic als enteròcits de l'intestí prim. Aleshores es dóna una secreció massiva de fluids cap al lumen de l'intestí, provocant diarrea i deshidratació.
- L'AMP cíclic regula l'equilibri químic de la cèl·lula. Com que l'entrada de Na
- a l'intestí està bloquejada, excreta Cl- i HCO3- cap al lumen. Per tal de compensar aquesta sortida de ions, les cèl·lules expulsen H2O fora de la cèl·lula.
Toxina tetànica ( Clostridium tetani ) És un microorganisme anaerobi estricte, que habita naturalment al sòl. Quan ens fem una ferida a la pell, pot entrar mitjançant espores, i quan la ferida es tanca, com el medi és ric, es dóna el creixement i la germinació de les espores. Es sintetitza una neurotoxina que afecta a les neurones motores, ja que inhibeix l'alliberament de glicina. La glicina, en situacions normals, s'allibera per les neurones motores afavorint la relaxació del múscul. Però si s'inhibeix l'alliberament de glicina, es provoca una contracció muscular permanent, causant la paràlisi rígida i la mort de l'individu.
Toxina botulínica ( Clostridium botulinum ) Neurotoxina que afecta a l'acció de les neurones motores. Actua a nivell de sistema nerviós i fa l'efecte invers que la toxina tetànica. Inhibeix l'alliberament d'acitelcolina, produïnt una relaxació permanent del múscul, que causa la paràlisi flàccida i pot provocar la mort, ja que impedeix la contracció muscular. A baixes dosis pot provocar una ràpida intoxicació: en mel (nens < 2 anys), llaunes infectades, etc.
Toxines citolítiques Disgregadores de membrana. Les que tenen la toxina B-hemolítica són més virulentes que les A- hemolítiques.
- Exotoxina formadora de porus -> hemolisines i leucocidines. Formen un porus a la cèl·lula, s'introdueixen a la membrana plasmàtica i la cèl·lula mor per lisi. Ex: Streptococcus.
- Exotoxina fosfolipasa -> trenca els fosfolípids per a poder alimentar- se del citoplasma de la cèl·lula i aquesta es disgrega. Ex: Clostridium pergringes , causa la gangrena.
Cal tenir en compte la freqüència amb la que es dóna actualment l'emergència de malalties infeccioses. Hi ha una sèrie de factors importants, com:
- Demografia humana -> migracions
- Comerç i turisme internacional
- Tecnologia i indústria
- Canvis i adaptacions microbianes
- Invasió humana d'àrees salvatges
- Ús de la terra i agricultura
- Canvi climàtic global (ex: el mosquit que transmet la malària és capaç de criar en zones més temperades).
- Desglossament de les infraestructures de salut pública
Infeccions nosocomials
Una infecció nosocomial és aquella que contrauen els pacients ingressats en un centre d'atenció a la salut (no només hospitals). Segons la OMS, són les infeccions que es contrauen durant la estància i que no eren la causa de l'ingrés, i les infeccions que contrauen els treballadors del centre degut a la seva ocupació.
Les causes principals daquestes infeccions són:
- Contacte amb una colònia de microorganismes patògens arrelats a una instalació hospitalària
- Tractament insegur
- Compartir un vial contaminat
- La mare en el moment del part
- Visitants portadors d'una malaltia contagiosa mitjançant contacte o per l'aire
- El propi personal sanitari que assisteix al malalt (i passen d'una habitació a una altra constantment)
- Contagi entre pacients (quan ja de per si estan immunodeprimits)
- Instalació hospitalària massa antiga i difícil d'esterilitzar
El més greu és que no tenim mitjans per a tractar-ho, ja que els microorganismes s'han fet més resistens (a antibiòtics i a les condicions del centre sanitari).
- comunes -> infeccions urinàries (biofilms al catèter).
Tècniques de diagnòstic
Mètodes d'identificació que depenen del creixement del microorganisme.
Per tal de poder diagnosticar una malaltia infecciosa, hem de tenir en compte: · El tipus de microorganisme · El lloc on està la infecció · L'eficàcia (del mètode) · L'economia (del mètode) · El temps de resolució
- Creixement del microorganisme in vitro
- Saber a quin grup pertany el microorganisme (ex: si tenim una infecció d'orina, el més probable és que sigui una enterobactèria o una càndida) i sembrar en un medi selectiu (ex: Mc Conkey, selectiu per enterobactèries).
- Utilitzar un kit de diagnòstic per a valorar la transformació que fa el microorganisme al créixer en diferents medis de cultiu (canvis metabòlics i fisiològics).
- Un cop sabem quina espècie és, podem fer un antibiograma, per determinar a quins antibiòtics és sensible o resistent.
- Tècniques que es basen en la immunologia
a) Aglutinació Tens un microorganisme, sospites el que és, i per confirmar-ho, poses part d'aquest microorganisme en contacte amb els seus anticossos (els que tu creus que seran anticossos per al teu antigen/microorganisme). Aquests anticossos han de ser, com a mínim, bivalents: amb 2 o més llocs d'unió. D'aquesta manera, si hem encertat quins antígens tenim, s'aglutinaran i formaran una xarxa. La prova dóna positiu (+) quan hi ha aglutinació.
b) Mètode ELISA ( Enzyme Linked Immunosorbent assay ) És un mètode de detecció de microorganismes, per tal de detectar antigens determinats. Es pot realitzar de forma:
- Directa -> detectar un antigen en la mostra
- Indirecta -> detectar la "petjada" de l'antigen en el cos
· ELISA DIRECTE Tenim un suport de plàstic de poliuretà, on s'hi poden enganxar les proteïnes de forma inespecífica. Aquest suport té 96 pouets.
- Hi introduïm anticossos (els que creiem que seran anticossos del nostre antigen)
- Bloquejar els espais lliures amb una solució de caseïna per a que no s'hi enganxi res més de forma inespecífica.
b) Utilitzar un marcador que tingui radioactivitat
TEMA 30. APLICACIONS DE LA MICROBIOLOGIA
Microbiologia industrial
Les funcions principals de les aplicacions industrials dels microorganismes són:
- Producció de cèl·lules: mitjançant fermentacions o altres processos, es poden obtenir productes com els llevats (cèl·lules de llevat: en pastilles, en pols...), els quals són molt importants per a la indústria alimentària (pa, llevat com a suplement alimentari), agrícola (pinsos), sanitària (medis de cultiu, vitamines B i D), bioquímica (obtenció d'ATP, NAD+), begudes (alcohòliques o destil·lades), etc. També es poden obtenir microorganismes que actuïn com a probiòtics.
- Bioconversió: obtenció de molècules d'interès utilitzant un microorganisme en alguna fase del procés de producció (ex: bioconversió d'esteroides).
- Utilització d'enzims: per a la producció de detergents, de paper, de cafè, de sucs de fruites, de formatge, elaboració de la cervesa, tractament de carn, etc.
- Ús de bioreactors.
- Productes de les cèl·lules: enzims, antibiòtics (ex: penicil·lina), additius alimentaris (ex: AA), alcohol (ex: etanol), productes químics (ex. àcid cítric). · ex: formació d'alcohol a partir de sucre gràcies al llevat. · ex: formació de penicil·lina pel fong Penicillium chrysogenum.
Microbiologia alimentària
Els microorganismes són molt importants per la producció d'aliments. Podem trobar fongs, llevats, bacteris de l'àcid làctic, etc. ex: Propionibacterium , Saccharomyces ...
Cal destacar la producció d'aliments derivats de la llet, com els iogurts o el formatge; així com també la producció d'embotits, de begudes alcohòliques (fermentació), cogombrets i olives, producció de pa i pastes, etc.
· Fermentació alcohòlica Procés: transformació de la glucosa en àcid pirúvic mitjançant la glicòlisi, alhora que es desprenen 2 ATP i 2 NADH + H+. L'àcid pirúvic passarà a
acetaldehid, tot desprenent CO2, per mitjà de l'enzim pirúvic descarboxilasa. L'acetaldehid es transformarà en etanol, gràcies a l'enzim alcohol deshidrogenasa i a l'addició de NADH + H+.
(reacció)
Exemples: Saccharomyces cerevisiae (producció de cervesa) Saccharomyces ellipsoideus (producció de vi)
· Fermentació malolàctica És una fermentació secundària, un procés de canvi que es produeix en el vi, quan l'àcid màlic (agre) es converteix en àcid làctic, més suau al tast. Es produeix per l'acció de bacteris de l'àcid làctic (com l' Oenococcus oeni ), que consumeixen l'àcid màlic per produir energia. Pot tenir lloc en qualsevol moment, durant o després de la fermentació alcohòlica.
· Fermentació làctica Hi ha dos tipus de fermentació làctica: la heterolàctica i la homolàctica. Aquesta última és la que realitzen normalment els bacteris que s'utilitzen per la indústria alimentària. L' àcid làctic fa baixar el pH, impedint així el creixement d'altres organismes (alguns patògens) i conservant els aliments. A més, dóna característiques organolèptiques al producte final, enriquint-lo: sabor, aroma, textura... Cal destacar l'elaboració del iogurt, la mantega i el formatge. La producció del iogurt es basa en la inoculació de la llet amb dos bacteris: Lactococcus termophilus i Lactobacillus bulgaricus. El Lactococcus creix primer, forma àcid làctic i fa que baixi el pH. Quan el pH és més baix, creix el Lactobacillus , i es coagula la llet. Aleshores es produeix la fermentació a una determinada temperatura (es pot fer directament en contenidors grans, i després repartir-ho en pots petits per a comercialitzar, o directament en pots petits). Si porten fruites, s'afegeix sucre. El líquid del iogurt porta vitamines, i la data de caducitat és aquella en la que els microorganismes es moren, i per tant, el iogurt no ens aportarà gaire.
La glucosa passa a àcid pirúvic mitjançant la glicòlisi, i allibera 2 ATP i 2 NADH + H+. L'àcid pirúvic es transforma en àcid làctic gràcies a l'enzim lactat deshidrogenasa i a l'addició de NADH + H+.
(reacció)
Exemples: Lactobacillus , Lactococcus , Pediococcus , Leuconostoc ...
- Netejar el medi ambient -> ex: petroli (oil) -> bacteris oxidadors d'hidrocarburs. Necessiten O2. També podem incorporar altres nutrients, com N2, S, P... per a que aquests bacteris creixin més ràpid. El petroli també es pot intentar emulsionar amb detergents, que fan les gotes més petites, i per tant, hi haurà més superfície per ser atacada.
- Netejar el medi ambient -> ex: xenobiòtics -> són molècules no naturals creades per l'home, com els insecticides. Molt difícil tractament. Es modifiquen bacteris genèticament per a que puguin atacar millor a aquestes molècules.
Modificació dels microorganismes pel seu ús a la indústria alimentària, farmacèutica, bioremediació i altres
S'aplica la tecnologia del DNA recombinant: inserció o modificació de gens per a produïr la proteïna desitjada -> s'aïlla un DNA que contingui el gen d'interès, es separa el DNA en trossets gràcies a un enzim, i s'inserta el gen que ens interessa en el plàsmid (el qual havia estat aïllat anteriorment) d'un bacteri. Aquest plàsmid (DNA recombinant) serà inserit en un bacteri, i les cèl·lules amb aquest gen d'interès seran clonades. S'utilitza per:
- Protegir les plantes de plagues d'insectes (ex: Bacillus thuringiensis ).
- Producció de medicines, com la insulina (1a molècula obtinguda genèticament) o la hormona del creixement (anteriorment s'obtenia de cadàvers).
