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Inmunidad Inficua: Neutrófilos, Macrófagos, Células NK y Células T, Apuntes de Microbiología

Cómo los neutrófilos, macrófagos, células NK y células T actúan en la respuesta inmune contra microorganismos patógenos, como virus, bacterias y protozoos. Se describe cómo los neutrófilos y macrófagos actúan como centinelas fagocitando y inactivando microorganismos, mientras que las células NK eliminan células infectadas. Las células T CD8+ y CD4+ reconocen y activan epítopos de los microorganismos, desencadenando una respuesta inmune específica. Se incluyen conceptos relacionados como enfermedades, patogenicidad, factores de adherencia y virulencia.

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 04/03/2021

kawaiimu
kawaiimu 🇪🇸

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TEMA 44: Inmunidad frente a infecciones
Mecanismos inmunes frente a infecciones por virus, bacterias y parásitos.
Los microorganismos patógenos (virus, bacterias y protozoos) logran cruzar las barreras anatómicas y la acción de péptidos
antimicrobianos, activan la respuesta innata (células dendríticas o DCs, macrófagos, neutrófilos y células asesinas naturales o NK)
que mediante distintos mecanismos intentan frenar la replicación de los microorganismos. Los neutrófilos, células inmunes
circulantes más abundantes y macrófagos, actúan de centinelas fagocitando los microorganismos e inactivándolos mediante la
producción de especies reactivas de oxígeno y de nitrógeno (ROS y NOS, respectivamente) y enzimas proteolíticos lisosomales en
el fagolisosoma. Las células NK detectan células infectadas y las eliminan mediante la producción de perforina y granzima. Las DCs
fagocitan a los microorganismos se dirigen hacia los ganglios linfáticos drenantes más cercanos y allí presentan epítopos de los
microorganismos a las células T específicas de dicho epítopo, promoviendo su activación y su expansión clonal. Las DCs actúan de
puente de unión entre la respuesta innata y la adaptativa. Las células T CD8+ reconocen el epítopo microbiano de origen citosólico,
que es procesado en el proteasoma, localizándose sus fragmentos en el retículo endoplásmico, siendo presentados a través del
complejo principal de histocompatibilidad I (MHCI) expresado en todas las células y tejidos. Las células CD8+ se activan y se
diferencian a células T citotóxicas productoras de perforina y granzima, incrementando la expresión de FAS (CD95) y su ligando,
causando la muerte de la célula infectada. Las células T CD4+ tras reconocer al epítopo de origen extracelular localizado en
edosomas y presentado a través del complejo principal de histocompatibilidad II (MHCII), expresado en células presentadoras de
antígeno profesionales (APCs), se activarán, produciendo citoquinas que van a activar a los macrófagos y también van a cooperar
con las células B para la producción de anticuerpos (células plasmáticas). Los anticuerpos participarán en la respuesta innata (vía
del complemento, opsonización y neutralización de toxinas). En el caso de la infección por helmintos, estos se caracterizan por la
producción de moléculas de excreción/secreción que serán reconocidas por el sistema inmune.
Compartimentación
La vía del complemento, la fagocitosis y los anticuerpos protegen frente algunos
pátógenos que sobreviven en los espacios intercelulares, la sangre y la linfa, como
algunos virus bacterias, protozoos y gusanos. En cambio, para aquellos que se
encuentran en la superficie de los epitelios como N. gonorrhoeae, S. pneumoniae,
V. cholerae, H pylori, C. albicans y algunos gusanos la repuesta protectora viene
dada por los péptidos antimicrobianos y anticuerpos IgA (inmunidad mucosal).
Por otro lado, los patógenos intracelulares, que sobreviven y se replican
intracelularmente, pueden localizarse en el citoplasma o en vesículas intracelulares.
La respuesta protectora frente a los citoplásmicos como muchos virus, Chlamydia
spp. y protozoos, está mediada por células NK y células T citotóxicas. Mientras que
los patógenos localizados en vesículas desencadenan una respuesta protectora
mediada por activación de macrófagos dependiente de las células NK y las T.
- Enfermedad: cualquier cambio producido en el hospedador que va desde el estado sano a un estado anómalo, en el que
parte o la totalidad del organismo huésped no es capaz de realizar sus funciones.
- Infección: colonización del hospedador por un organismo parasítico.
- Patógeno: microorganismo que causa enfermedad o daño al huésped.
- Patogenicidad: capacidad de un organismo para producir enfermedad.
- Virulencia: intensidad de la patogenicidad.
¿cuál es la diferencia entre un microorganismo parasítico patógeno y un comensal?
Los patógenos:
- Cruzan barreras anatómicas.
- Debilitan el sistema inmunológico.
- Expresan factores de virulencia/patogenia.
Patogénesis microbiana proceso de infección de la propia enfermedad
Durante la infección, estamos en contacto con los patógenos a través de la piel y las mucosas. La adherencia de un microorganismo
a piel y mucosas es necesaria pero no suficiente para iniciar la infección. Hay receptores que recubren células y tejidos a las que
pueden unirse bacterias y virus a través de adhesinas que se encuentran en la superficie del patógeno son glicoproteínas que
permiten su unión a las células del huésped. Si nada lo impide, se produce la invasión y la multiplicación. Los factores de virulencia
y las toxinas producidas por el patógeno favorecen su multiplicación. Las toxinas pueden actuar de modo local o sistémico,
causando ya la enfermedad, donde se produce daño tisular y sistémico.
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TEMA 44: Inmunidad frente a infecciones

Mecanismos inmunes frente a infecciones por virus, bacterias y parásitos. Los microorganismos patógenos (virus, bacterias y protozoos) logran cruzar las barreras anatómicas y la acción de péptidos antimicrobianos, activan la respuesta innata (células dendríticas o DCs, macrófagos, neutrófilos y células asesinas naturales o NK) que mediante distintos mecanismos intentan frenar la replicación de los microorganismos. Los neutrófilos, células inmunes circulantes más abundantes y macrófagos, actúan de centinelas fagocitando los microorganismos e inactivándolos mediante la producción de especies reactivas de oxígeno y de nitrógeno (ROS y NOS, respectivamente) y enzimas proteolíticos lisosomales en el fagolisosoma. Las células NK detectan células infectadas y las eliminan mediante la producción de perforina y granzima. Las DCs fagocitan a los microorganismos se dirigen hacia los ganglios linfáticos drenantes más cercanos y allí presentan epítopos de los microorganismos a las células T específicas de dicho epítopo, promoviendo su activación y su expansión clonal. Las DCs actúan de puente de unión entre la respuesta innata y la adaptativa. Las células T CD8+ reconocen el epítopo microbiano de origen citosólico, que es procesado en el proteasoma, localizándose sus fragmentos en el retículo endoplásmico, siendo presentados a través del complejo principal de histocompatibilidad I (MHCI) expresado en todas las células y tejidos. Las células CD8+ se activan y se diferencian a células T citotóxicas productoras de perforina y granzima, incrementando la expresión de FAS (CD95) y su ligando, causando la muerte de la célula infectada. Las células T CD4+ tras reconocer al epítopo de origen extracelular localizado en edosomas y presentado a través del complejo principal de histocompatibilidad II (MHCII), expresado en células presentadoras de antígeno profesionales (APCs), se activarán, produciendo citoquinas que van a activar a los macrófagos y también van a cooperar con las células B para la producción de anticuerpos (células plasmáticas). Los anticuerpos participarán en la respuesta innata (vía del complemento, opsonización y neutralización de toxinas). En el caso de la infección por helmintos, estos se caracterizan por la producción de moléculas de excreción/secreción que serán reconocidas por el sistema inmune. Compartimentación La vía del complemento, la fagocitosis y los anticuerpos protegen frente algunos pátógenos que sobreviven en los espacios intercelulares, la sangre y la linfa, como algunos virus bacterias, protozoos y gusanos. En cambio, para aquellos que se encuentran en la superficie de los epitelios como N. gonorrhoeae, S. pneumoniae, V. cholerae, H pylori, C. albicans y algunos gusanos la repuesta protectora viene dada por los péptidos antimicrobianos y anticuerpos IgA (inmunidad mucosal). Por otro lado, los patógenos intracelulares, que sobreviven y se replican intracelularmente, pueden localizarse en el citoplasma o en vesículas intracelulares. La respuesta protectora frente a los citoplásmicos como muchos virus, Chlamydia spp. y protozoos, está mediada por células NK y células T citotóxicas. Mientras que los patógenos localizados en vesículas desencadenan una respuesta protectora mediada por activación de macrófagos dependiente de las células NK y las T.

  • Enfermedad: cualquier cambio producido en el hospedador que va desde el estado sano a un estado anómalo, en el que parte o la totalidad del organismo huésped no es capaz de realizar sus funciones.
  • Infección: colonización del hospedador por un organismo parasítico.
  • Patógeno: microorganismo que causa enfermedad o daño al huésped.
  • Patogenicidad: capacidad de un organismo para producir enfermedad.
  • Virulencia: intensidad de la patogenicidad. ¿cuál es la diferencia entre un microorganismo parasítico patógeno y un comensal? Los patógenos:
  • Cruzan barreras anatómicas.
  • Debilitan el sistema inmunológico.
  • Expresan factores de virulencia/patogenia. Patogénesis microbianaproceso de infección de la propia enfermedad Durante la infección, estamos en contacto con los patógenos a través de la piel y las mucosas. La adherencia de un microorganismo a piel y mucosas es necesaria pero no suficiente para iniciar la infección. Hay receptores que recubren células y tejidos a las que pueden unirse bacterias y virus a través de adhesinas que se encuentran en la superficie del patógeno son glicoproteínas que permiten su unión a las células del huésped. Si nada lo impide, se produce la invasión y la multiplicación. Los factores de virulencia y las toxinas producidas por el patógeno favorecen su multiplicación. Las toxinas pueden actuar de modo local o sistémico, causando ya la enfermedad, donde se produce daño tisular y sistémico.

Las bacterias se introducen en la célula hospedadora mediante mecanismos activos y pasivos. Liberan factores de virulencia que le permiten diseminarse por todo el cuerpo del hospedador: adhesinas, toxinas, enzimas… Islas de patogenicidad: segmentos de ADN de 10 a 200kb presentes en el genoma de algunos patógenos y que contiene los genes responsables de la virulencia; un patógeno puede presentar más de una isla de patogenicidad. Factores de adherencia a las bacterias:

  • Cápsulas de Bacillus anthracis: Las cápsulas son estructuras de adherencia , son gruesas cubiertas pegajosas por fuera de la membrana plasmática que contienen receptores para facilitar la adherencia a los tejidos del huésped.
  • Fimbrias y flagelos: las fimbrias, los pili y los flagelos también son estructuras adherentes.
  • Capa mucosa (superficie dental): La caries dental es una enfermedad oral, tras un contacto inicial Streptococcus sobrinius y Streptococcus mutans se adhieren y forman un biofilm denominado placa dental. Colonización de mucosas: El proceso de colonización de las mucosas empieza justo después del nacimiento en las membranas mucosas recubiertas de mucus, una secreción de glicoproteínas. Toxigenicidad bacteriana:  Endotoxina : parte de la pared bacteriana de Gram-, pequeñas trazas causan fiebre, activación del complemento y coagulación. Son mitógenos termoestables para las células B. activan la producción de citoquinas provocando el choque endotóxico. Las endotoxinas son los lipopolisacáridos de las bacterias Gram-, que son toxinas cuando se solubilizan. Son menos tóxicas que las exotoxinas.Exotoxina: proteína tóxica termolábil producida por una batería como resultado de su metabolismo normal o por la adquisición de un plásmido o profago. Causan enfermedad por ingestión y colonización de mucosas y de heridas.  Las toxinas bacterianas pueden inducir el choque tóxico en ausencia del organismo que las produce, pueden ser endotoxina y exotoxinas. Invasión e infección sistémica:  Invasividad: habilidad de crecer en los tejidos del huésped a densidades que inhiben las funciones del huésped.  Bacteremia: presencia de bacterias en el torrente circulatorio.  Septicemia: infección sanguínea sistémica que puede conducir una inflamación masiva, choque séptico y la muerte.  Infección: cualquier situación en la que un microorganismo (no un miembro de la flora local) se establece y crece en un huésped. Patogenicidad, virulencia y atenuación:  Virulencia : habilidad relativa de un patógeno para causar enfermedad, o intensidad de la patogenicidad.  Medida de la virulencia : Dosis letal 50 (LD50) es la cantidad de patógeno que mata el 50% de los animales infectados en un grupo experimental. Virulencia microbiana: Los patógenos altamente virulentos muestran pocas diferencias en el número de ellos requeridos para matar el 100% de la población, es decir que se requieren muy pocos. Es el caso de S. pneumonia , se requieren 100 células para causar el 100% de mortalidad en los ratones. En cambio, los que presentan virulencia moderada solo causan el 100% de mortalidad cuando se inocula 1 millón de células, es decir 10.000 veces mas Múltiples factores de virulencia de Salmonella : Salmonella causa diversas enfermedades gastrointestinales. Las especies de Salmonella y otras Gram- como E. coli codifican para un gran número de factores de virulencia. Los genes que dirigen la invasión directa se encuentran agrupados en el cromosoma bacteriano en una isla de patogenicidad (SPI1). Otros genes que promueven la enfermedad sistémica se encuentran en otra isla de patogenicidad (SPI2 ). Además, contiene plásmidos de resistencia a antibióticos ( plásmidos R ) que pueden expandirse hacia otras especies de Salmonella u otros géneros de bacterias entéricas.

Patogenia de las enfermedades víricas:

  • El virus se introduce en una célula hospedadora para replicarse.
  • Se propaga a células adyacentes al liberarse por la lisis celular
  • Estimula la respuesta inmunitaria humoral y celular
  • El hospedador se recupera cuando elimina el virus
  • El ciclo se completa cuando el virus se libera al medio ambiente. Mecanismo de evasión de bacterias patógenas extracelulares Las bacterias extracelulares patógenas han desarrollado diferentes estrategias para evitar ser detectadas por los receptores de patrones moleculares repetitivos (PRR) y la destrucción por anticuerpos, complemento y péptidos antimicrobianos. Estrategias :
  1. Poseen cápsulas que bloquean la detección del LPS por parte de los receptores Toll4, o bloquean el reconocimientos por parte del complemento.
  2. Se recubren de proteínas del huésped como la fibrina que evita la detección del peptidoglicano por los receptores Toll2.
  3. Utilizan la variación antigénica para engañar al sistema inmune.
  4. Secretan factores que degradan el complemento.
  5. Expresan proteína A que interfiere la unión de los anticuerpos a sus receptores Fc
  6. Combaten el estrés oxidativo mediante catalasa o superoxidodismutasa.
  7. Degradan péptidos antimicrobianos. Las bacterias intracelulares patógenas también han desarrollado diferentes estrategias. Se dan mecanismos parecidos a los de las bacterias extracelulares, pero también otros adicionales:
  8. Variación de la expresión de pilli y fimbrias
  9. Producción de hidrolasas, toxinas intracelulares que bloquean la señalización celular dependiente de las MAP quinasas (NFKB).
  10. Peptidasas que degradan AMPs.
  11. Modulación de los fosfolípidos de la membrana que previene la unión a PAMPs.
  12. Liberación de los componentes de la pared bacteriana que inhiben la formación del fagolisosoma.
  13. Pared bacteriana rica en ácido micólico y otros lípidos que les permiten resistir el ataque de las enzimas lisosomales.
  14. Producción de hemolisinas que degradan la membrana lisosomal permitiendo su salida al citoplasma donde se replica. Variación antigénica: Distintas cepas de S pneumoniae poseen cápsulas de polisacáridos antigénicamente distintas. La cápsula previene la fagocitosis hasta que la bacteria es opsonizada por donde intervienen anticuerpos específicos y el complemento. Los anticuerpos contra un tipo no reconocen otros tipos, por lo que el individuo no desarrolla inmunidad protectiva frente a otro tipo. El individuo debe empezar una nueva respuesta inmune cada vez que se infecta con un tipo de bacteria diferente. Variación antigénica en virus RNA: Mecanismos de los virus DNA: Los virus DNA interfieren en la respuesta NK y CTL. Los mecanismos más frecuentes de evasión de la respuesta inmune por parte de los virus DNA consisten en mimetizar elementos clave de la respuesta inmune. Codifican receptores Fc, moléculas del complemento, receptores de citoquinas y quimioquinas, moléculas de adhesión, receptores Toll, MHCI, TAP, entre otros. De modo que interfieren en la respuesta innata y la adaptativa, así como la respuesta inflamatoria. Los virus RNA utilizan diferentes mecanismos de variación antigénica para ir un paso por delante de la respuesta inmune adaptativa: deriva antigénica y cambio antigénico.

Latencia del Herpes simplex: En otros casos como el del Herpes simplex, el sistema inmune logra limitar su replicación entrando en un estado de latencia, pero cuando la inmunidad se ve comprometida, se replican de nuevo. Inmunidad adquirida natural y artificial: La vacunación es un tipo de inmunidad activa que se induce de forma artificial. VACUNACIÓN, aspectos históricos Ya las culturas clásicas habían descrito que las personas que cuidaban de los enfermos eran generalmente supervivientes de la enfermedad. Incluso algunos habían intentado inmunizaciones con restos de heridas de algunas enfermedades víricas que en la práctica tuvieron nefastos resultados. Edwar Jenner (finales del s XVIII) fue el primero que observó que un paciente que no contrajo la viruela había estado en contacto con el virus, y mostró que la inoculación con el mismo confería protección. Mas tarde Louis Pasteur (finales s XIX) mostró que pájaros inoculados con un cultivo atenuado del bacilo del cólera eran resistentes a cultivos frescos. También lo experimentó con ántrax , rabia y denominó al proceso “ vacunación ”. Hasta la fecha la viruela es la única enfermedad completamente erradicada en el planeta. Estrategias:

  • El objetivo de la vacunación es proveer protección mediante el establecimiento de unos niveles adecuados de anticuerpos y una población activada de células memoria que pueden expandirse rápidamente al entrar en contacto con el antígeno.
  • A veces se requiere un título de anticuerpos elevado (tétanos)
  • Otras veces macrófagos activados por celular T (tuberculosis)
  • O otras células T citotóxicas (Influenza)
  • A menudo la localización es importante, como en el caso del cólera donde los anticuerpos deben estar en el lumen del intestino para inhibir la absorción. Tipos de vacunas La inmunización con células vivas o virus vivos es normalmente más efectiva que con material muerto o inactivado. La mayoría de agentes utilizados para inmunizaciones son atenuados o forma inactivadas de productos microbianos como las toxinas. La importancia de las inmunizaciones para el control de las enfermedades infecciosas está bien establecida, y los calendarios de vacunación infantil son ampliamente seguidos en la mayoría de los países. Los toxoides son toxinas bacterianas purificadas e inactivadas. Las inmunizaciones se realizan en varias dosis para asegurar una buena respuesta adaptativa y un título alto de anticuerpos. Las vacunas conjugadas combinan una proteína antigénica pequeña a otra más grande o “carrier” para mejorar la respuesta inmune frente al antígeno. Las vacunas sintéticas son el producto de la ingeniería genética de componentes antigénicos que estimulan la respuesta inmune. Otras utilizan vectores víricos e incluso simplemente ADN. Organismos atenuados como vacunas: Consideraciones: Los gusanos y en menor medida los protozoos son difíciles de crecer en grandes cantidades para manufacturar las vacunas. En cambio, bacterias y virus crecen con facilidad. Mimetizan al organismo vivo sin causar infección. La respuesta inmunológica es menor que la propia infección. Métodos de atenuación: cultivo a temperatura más alta, sin oxígeno, con bilis… Con la tecnología de ADN recombinante se generan cepas de virus con menor virulencia. Vectores microbianos fusionados con otros genes como el de la Hepatitis B. Un inconveniente sigue siendo el riesgo de contraer la infección. Microorganismos knockout para factores de virulencia. Vacunas: antígenos protectivos individuales. Se identifican en modelos experimentales. Se generan anticuerpos monoclonales contra antígenos y se evalúa si la protección es humoral. En el caso de que la inmunidad venga dada por la respuesta celular habrá que aislar clones de células T específicos del antígeno y evaluar si la protección es celular. Componentes purificados:
  • Exotoxinas bacterianas modificadas (toxoides)
  • Antígenos clonados y caracterizados, glicosilados para estabilizarlos deben ser administrados con adyuvantes como la toxina del tétanos, o de Mycobacterium, o proteínas de choque térmico (HSP70)