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BACTÉRIAS ANAERÓBIAS BACTÉRIAS ANAERÓBIAS FISIOLOGIA E PATOGENICIDADEFISIOLOGIA E PATOGENICIDADE

Prof. Vânia Lúcia da Silva

BACTÉRIAS ANAERÓBIAS BACTÉRIAS ANAERÓBIAS FISIOLOGIA E PATOGENICIDADEFISIOLOGIA E PATOGENICIDADE

Prof. Vânia Lúcia da Silva

O PLANETA MICROBIANO

• Os microrganismos são onipresentes e sãocapazes de se adaptar a, virtualmente, qualquerambiente físico-químico.

• O potencial metabólico dos microrganismos é,praticamente, ilimitado.

Crescimento em condições de baixo potencial redox, relacionado com reduzida

concentração de O2

SÉCULO XIX PASTEUR MUNDO ANAERÓBIO

Primeiros relatos não cientificamente documentados – Leewenhoek (séc. XVI)

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Epidemiologia

� Ecossistemas como solo, pântanos, sedimentos de lagos e rios, esgotos.

� Quase todos os sítios habitados do corpo:

- trato gastrintestinal (especialmente no cólon)

- trato geniturinário

- pele

- cavidade oral (mucosa e superfície dentária)

� Grupo ecologicamente significativo da microbiota residente

� Em alguns sítios - 1000:1

MICROBIOTA RESIDENTE MICROBIOTA RESIDENTE

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MICROBIOTA TRANSITÓRIA MICROBIOTA TRANSITÓRIA

MICROBIOTA RESIDENTE

• Microrganismos relativamente fixos

• Regulares em determinada área

• Diversificada habilidade metabólica:

- Colonização em sítios específicos e coexistência

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MICROBIOTA TRANSITÓRIA

• Microrganismos não patogênicos ou potencialmente patogênicos

• Temporariamente em externas ou internas

Alguns microrganismos transitórios têm pouca importância, desde

que a microbiota residente esteja em equilíbrio:

• Havendo alteração nesse equilíbrio, os microrganismos

transitórios podem proliferar-se e causar doença

Classificação dos Anaeróbios

LOESCHE, 1969

Estrito

Moderado

Microaerófilo

TALLY et al., 1977

Extremamente Sensíveis

Intermediários

Aerotolerantes

ROLFE et al., 1978

Intolerantes

Moderadamente Tolerantes

Tolerantes

Divisão atual dos microrganismos quanto à sua necessidade de oxigênio

� Obrigatórios

� Microaerófilos

� Anaeróbios Facultativos

OXIBIÔNTICOS

Aeróbios

ANOXIBIÔNTICOS

Anaeróbios obrigatórios

�Só crescem em ausência deoxigênio atmosférico. Podemapresentar diferentes graus detolerância ao oxigênio, o quetorna o grupo heterogêneo.

Aerotolerantes Extremamente sensíveis

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Fisiologia dos Microrganismos Anaeróbios

FERMENTAÇÃO X RESPIRAÇÃO

FERMENTAÇÃO: constitui a classe de reações biológicas de oxidação-reduçãoprodutoras de energia, nas quais compostos orgânicos servem como os aceptoresfinais de elétrons. Não envolve cadeia respiratória - Processo de menor rendimentoenergético.

RESPIRAÇÃO: processo de produção de energia em que os elétrons de um substratooxidável são transferidos por uma série de reações de óxido-redução para um receptorde elétrons exógeno. Processo mais eficiente de produção de energia.

Oxidação parcial do substrato

Oxidação completa do substrato

RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA: constitui a classe de oxidações biológicas em que um composto inorgânico diferente do oxigênio (sulfato, nitrato, carbonato) ou mesmo um composto orgânico (fumarato) é o aceptor final de elétrons.

Enorme diversidade de substratos que podem ser utilizados

Bactérias anaeróbias associadas ao homem são predominantemente microrganismos FERMENTADORES

MICRORGANISMO ANAERÓBIO: RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA

OU FERMENTAÇÃO????

CONDICONDIÇÇÕES DO MEIOÕES DO MEIO

Porque o oxigênio é letal para os anaeróbios?

Incapacidade de eliminação ou capacidade limitada de eliminar produtos do metabolismo do oxigênio molecular.

Espécies Reativas do Oxigênio (EROs)

Redução do Oxigênio

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Fluxo de EROs em procariotos anaeróbios

MORTE CELULAR

Oxidação e lipídios, proteínas e DNA

Fluxo de EROs em eucariotos e procariotos

aeróbiosEstratégia de defesa (macrófagos)

Estratégias de defesa: mecanismos antioxidantes

Mn - SOD

Fe - SOD

Archeae

Bactéria*

CuZn - SOD Eucariotos

Superóxido Dismutase (SOD)

Gram positivas: Mn-SOD / Gram negativas: ambas

1- Mitocondrial - Manganês*2- Citoplasmatica - Zinco e Cobre.

sodA, sodB e sodC

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Membrana interna

Membrana externa

Espaço Periplasmático

Citoplasma

Em bactérias Gram negativas, a SOD pode ser encontrada tanto no citoplasma quanto no espaço

periplasmático

SOD

SOD

Catalases e Peroxidases

Classe de enzimas - hemeproteínas - apresentam grupo prostéticoFERRO como cofator.

Categorias de Catalases

TIPO I - Catalases Monofuncionais (atividade menor)

TIPO II - Catalases-Peroxidases (mais comum)

TIPO III - Não-heme catalases (pseudo-catalases)

Enzima presente em bactérias, fungos, plantas,animais superiores, cuja principal função éproteger as células dos efeitos tóxicos do H2O2

Catalisa, de uma forma muito eficaz, a reação do peróxido dehidrogênio em oxigênio e água.

H2O2_Catalase_» H2O + 1/2O2

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ÂNION SUPERÓXIDO, PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO

AGENTES DA TOXICIDADE DO OXIGÊNIO

SUPERÓXIDO DISMUTASES, CATALASES

DEFESAS CONTRA ESSAS AMEAÇAS

É de se esperar que seres anaeróbios não produzam nenhum tipo de defesa contra as espécies reativas do

oxigênio.

Aeróbios estritos:

- atividade de catalase/peroxidase

- atividade de SOD

Anaeróbios aerotolerantes:

- pouca atividade de SOD

- pouca atividade de catalase/peroxidase

Anaeróbios extremamente sensíveis:

- baixos, indetectáveis ou nenhuma atividade de catalase/peroxidase ou SOD

Capacidade do anaeróbio tolerar pequenas concentrações de oxigênio podeser um pré requisito para sua patogenicidade;

SODs, catalases e peroxidases => fatores de virulência

- Proteção dos anaeróbios contra os danos causados pelo oxigênio;

• Colonização de novos nichos ecológicos:

- Transmissão de um hospedeiro para outro,

- Sítios diferentes do mesmo hospedeiro.

- Mecanismo de escape do sistema imunológico – imunidade inata

•• Resitência aos eventos oxidativos da resposta imunológica natural dos hospedeiros

imunocompetentes

Implicações da tolerância ao oxigênio para os anaeróbios

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SOD e catalases

• Consideradas importante na proteção dos anaeróbios contra os

danos causados pelo oxigênio, e a indução destas enzimas estaria

relacionada ao aumento da tolerância ao stress oxidativo;

• Habilidade do microrganismo para colonizar e invadir os tecidos do

hospedeiro depende da resistência do microrganismo à produção de

espécies reativas do oxigênio pelo hospedeiro.

ESTRESSE OXIDATIVO

Distúrbio no balanço entre as substâncias oxidantes (SO) e as substâncias protetoras antioxidantes (AO), em favor das

substâncias oxidantes.

DANOS CELULARES

AOAO SOSOSOSO

AOAO

Condições letais que levem a um aumento na quantidade de espécies

reativas do oxigênio ou à diminuição de enzimas ou moléculas protetoras

e reparadoras antioxidantes constituem um estresse oxidativo.

• Radiações ionizantes

• Xenobióticos

• Temperaturas extremas

• Poluentes

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GENES REGULADORES DA RESPOSTA AO ESTRESSE OXIDATIVO

oxy R soxR / soxS

Expressão de uma série de

proteínas protetoras contra os

efeitos biológicos do H2O2

(catalases e peroxidases).

Expressão de uma série de

proteínas protetoras contra os

efeitos biológicos do O2-

(superóxido dismutases).

RESPOSTA ADAPTATIVA À EXPOSIÇÃO A ESPÉCIES REATIVAS DO OXIGÊNIO

Patogenicidade dos microrganismos anaeróbios

Fatores de Virulência dos anaeróbios

• Fatores relacionados à colonização bacteriana (fímbrias, adesinas)

• Polissacarídeos capsulares

• Lipopolissacarídeos (LPS)

• Enzimas hidrolíticas (hialuronidases, colagenases, lipases, hemolisinas)

• Exotoxinas (toxina botulínica, toxina tetânica);

• Componentes que degradam proteínas do complemento - (podem inibir tanto aquimiotaxia, como a opsonização)

• Ácidos graxos de cadeia curta – poderiam inibir a proliferação de células T e induzirapoptose em macrófagos, por diferentes estímulos.

• Mecanismos protetores contra alterações ambientais, relacionados à sensibilidade aooxigênio (SODs, catalases, peroxidases).

A maioria dos microrganismos encontrados em infecções anaeróbicas são de origem endógena => fazem parte da nossa microbiota residente =>

caráter anfibiôntico

(exceção Clostridium botulinum e Clostridium tetani => exógenos)

A perda do suprimento sanguíneo em qualquer tecido pode induzir uma hipóxia localestabelecendo assim um potencial de oxido-redução mais baixo, permitindo oestabelecimento dos anaeróbios.

Rompimento da barreira anatômica por trauma.

Corpos estranhos, queimaduras.

Baixa na imunidade.

Algumas vezes, microrganismos anaeróbios facultativos podem auxiliar oestabelecimentos dos anaeróbios, pelo consumo de pequenas concentrações de oxigêniopresente naquele sítio.

Condições favoráveis para o estabelecimento de infecções anaeróbicas

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As infecções anaeróbicas podem apresentar-se de 2 maneiras:

- Coleção de anaeróbios facultativos e anaeróbios obrigatórios;

- Coleção de uma ou mais espécies de anaeróbios obrigatórios.

Infecções produzidas por anaeróbios caracterizam-se por:

• Supuração;

• Formação de gás com odor fétido;

• Formação de abscessos;

• Destruição tecidual;

• Geralmente polimicrobiana

PROCESSOS CLÍNICOS MAIS COMUNS NOS QUAIS OS ANAERÓBIOS ESTÃO ENVOLVIDOS

• Infecções periodontais;

• Infecções pleuropulmonares;

• Infecções intra-abdominais;

• Infecções do trato geniturinário.

Infecções de vários tipos e em qualquer parte do corpo podem envolver estes microrganismos

Abscessos cerebrais

• Anaeróbios- Mais freqüentes: Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus

- Menos freqüentes: Clostridium, Actinomyces

• Não – anaeróbios- Streptococcus, Staphylococcus, Haemophilus, Actinobacillus

• Fatores de risco: sinusite, otite, infecções orais, infecções pulmonares,endocardite, bacteremia.

Empiema subdural

• Anaeróbios- Bacteroides, Fusobacterium, Clostridium, Actinomyces...

• Não – anaeróbios- Streptococcus, Staphylococcus, Haemophilus

• Fatores de risco: sinusite, otite, meningite, neurocirurgias, infecçõesorais, infecções pulmonares, infecções faringotonsilares, bacteremia.

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Infecções orofaciais e odontogênicas

• Anaeróbios-Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus, Prevotella, Porphyromonas,

Actinomyces...

• Não – anaeróbios- Streptococcus do grupo viridans

• Fatores de risco: infecções de canal radicular, abscessos periapicais, cáries dentais,gengivite, periodontite, trauma ou cirurgia oral.

Otite média crônica

• Anaeróbios- Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus, Veilonella,

Clostridium

• Não – anaeróbios- Pseudomonas, Enterobacteriaceae, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae,

Haemophilus influenzae, Moxarella catarralis, Streptococcus pyogenes.

• Fatores de risco: Otite média aguda, obstrução da trompa de Eustáquio, mastoidite(infecção viral do mastoide – osso atrás do ouvido), colesteatoma (similar a um cistoinfectado no ouvido médio), abscessos peridurais cerebrais e meningites.

Sinusite crônica

• Anaeróbios- Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Eubacterium, Actinomyces.

• Não – anaeróbios- Streptococcus, Staphylococcus aureus, Haemophilus, pneumococos e Enterobacteriaceae

• Fatores de risco: sinusite aguda, anormalidades anatômicas (desvio de septo, etc),introdução de corpos estranhos a cavidade nasal, tumores, infecções orais.

Angina de Vincent

Infecção que se manifesta-se como faringite em crianças e adultos jovens. Ocorre aformação de lesão com pseudomembrana, ulceração e necrose. A doença geralmenteevolui para embolia pulmonar séptica, abscessos pulmonares, abscessos de fígado, etc.

• Anaeróbios- Fusobacterium necrophorum é o patógeno chave, particularmente quando ascomplicações resultam em sepse.

• Não – anaeróbios- Espiroquetas e outras bactérias podem estar associadas

• Não são conhecidos fatores de risco.

Bacteremia

• Anaeróbios- Bacteroides, Clostridium e cocos anaeróbicos em 5 a 15% das hemoculturas positivas.

• Fatores de risco: traumas e infecções no trato gastrintestinal, infecções no trato genitalfeminino, doenças vasculares, manipulação dental, infecções do trato respiratório superior ecom menor freqüência infecções do trato respiratório inferior.

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Endocardites

• Anaeróbios- 1 a 15% dos casos: Bacteroides, Peptostreptococcus, Fusobacterium necrophorum,Clostridium e Propionibacterium.

• Fatores de risco: traumas e infecções no trato gastrintestinal, infecções no trato genitalfeminino, doenças vasculares, manipulação dental, infecções do trato respiratório superior ecom menor freqüência infecções do trato respiratório inferior.

Abscessos pulmonares

• Infecções comunitárias:- Anaeróbios: microbiota indígena (Bacteroides, Fusobacterium,

Peptostreptococcus, Clostridium, Eubacterium, Actinomyces...)- Não-anaeróbios: Streptococcus do grupo viridans

• Infecções hospitalares:- Anaeróbios: microbiota indígena (Bacteroides, Fusobacterium,

Peptostreptococcus, Clostridium, Eubacterium, Actinomyces)- Não-anaeróbios: Streptococcus viridans, Staphylococcus aureus,

Enterobacteriaceae, Pseudomonas aeruginosa...

• Fatores de risco: gengivite, periodontite, neoplasias pulmonares,corpos estranhos introduzidos, embolia pulmonar, embolia séptica,sepse intra-abdominal...

Abscessos de fígado (envolvimento de anaeróbios – aproximadamente 50%)

• Anaeróbios- Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Actinomyces.

• Não – anaeróbios- Streptococcus viridans, Enterococcus, bastonetes Gram negativos entéricos,

Streptococcus pyogenes e Staphylococcus aureus.

• Fatores de risco: infecções de trato biliar, bacteremia, peritonite, infecções intra-abdominais, abscessos periretais, traumas da cavidade intra-abdominal...

Infecções de trato biliar

• Anaeróbios:- Bacteroides, Clostridium, Peptostreptococcus, Clostridium...- Não-anaeróbios: Enterobacteriaceae (especialmente E. coli),Enterococcus, Streptococcus viridans, Staphylococcus aureus.

• Fatores de risco: cálculo biliar, inflamação aguda...

Abscessos intra-abdominais e peritonites

• Anaeróbios- Peptostreptococcus, Bacteroides, Fusobacterium, Clostridium.

• Não – anaeróbios- Streptococcus viridans, Enterococcus, bastonetes Gram negativos entéricos,

Streptococcus pyogenes e Staphylococcus aureus.

• Fatores de risco: cirurgia gastrintestinal, supuração de feridas, doença inflamatória deintestino, isquemia intestinal, pancreatite, traumas da cavidade intra-abdominal.

Outras manifestações clínicas envolvendo anaeróbios

• Apendicite, abscessos renais, endometrites, inflamações pélvicas, abscessos tubo-ovarianos, aborto séptico, infecções secundárias em feridas, infecções de pele e tecidosmoles, osteomielite, artrite purulenta, tétano, botulismo.

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Aborto séptico Vaginose

Infecção de ferida de mordidas

Abscesso periretal

Abscesso de folículo piloso

Úlcera em pés diabéticos

Fasciíte necrosanteGangrena gasosa

Necrose de feridas

Gangrena vascular

Abscesso peri-aureolar

TétanoBotulismo

Isolamento e identificação de

bactérias anaeróbias

Rotina laboratorial de

identificação preliminar

ETAPA LABORATORIAL

Ágar sangue-S

KLBBBE

TSBV

Ágar Sabouraud

Ágar Mac Conkey

Capela de fluxo laminar

Tioglicolato

Câmara Anaeróbica

Ágar sangue

Ringer-PRAS

Amostra-seringa

37ºC-48H

37ºC-48H

TA-30dias

Coloração de Gram

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Características morfo-coloniais

GRAM

Meios seletivos

(anaerobiose)

Teste respiratório

Microaerofilia AerobioseAnaerobiose

Cultura pura

Microaerofilia

O método da vela nospermite obter umaatmosfera de 6-7% deOxigênio no interiorda jarra quando avela se apaga.

Métodos físicos e químicos para

cultivo de bactérias anaeróbias

Jarra anaeróbica

X

Câmara anaeróbica

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Método físico

90% Nitrogênio, 10% CO2

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Método químico

Jarra Gas Pak®

O gerador Gas Pak® ativado pelo acréscimo deágua é colocado dentro da jarra hermeticamentefechada. Gera, por reação química, CO2 e H2 que écaptado por catalisadores para formação de H2O elivrar o sistema de O2

85% Nitrogênio,

10% Hidrogênio,

5% CO2

Método químico e físico

Câmara Anaeróbica

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Isolamento e identificação de

bactérias anaeróbias

Rotina laboratorial de

identificação específica

Métodos manuais e automatizados

- Catalase

- Indol

- Motilidade

- Produção de H2S

- Hidrólise da esculina

- Esporulação

- Resistência ao calor

- Fermentação de carboidratos

Identificação manual

Características bioquímicas e fisiológicas

Identificação semi-automatizadaRapid ID 32A

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Identificação semi-automatizada

Identificação molecularReação de polimerização em cadeia ou PCR => constitui hoje ométodo de rotina para isolar rapidamente sequências específicas apartir de uma mistura complexa de seqüências genômicas.

Permite a identificação de microrganismos utilizando oligonucleotídeosiniciadores (primers) específicos.

Identificação por PCR de Bacteroides fragilis (anaeróbio) usando primer específico que amplifica um fragmento de 294 pares de bases do genoma

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Controle de qualidade no laboratório de microbiologia de anaeróbios

- Colheita do espécime

- Meio de preservação

- Transporte

- Processamento das amostras

- Método de anaerobiose

- Contaminação microbiana