agressão e defesa por bactérias e fungos

P r o f. M . S c . H u g o H o ff m a n n

AGRESSÃO E DE-FESA POR BAC-TÉRIAS E FUN-GOS

AGRESSÃO E DEFESA

POR BAC-TÉRIAS

Pseudomonas aeruginosa

• Em 2013, o CDC publicou um relatório sobre as 18 mais importantes ameaças de resistência microbiana nos EUA. As ameaças foram categorizadas com base no nível de preocupação.

• Não possuem membrana nuclear.

• Tamanho aproximado: 0,5 a 3,0 µm.

• DNA genômico, haploide.

• Não possui mitocôndria (respiração via membrana) e complexo de Golgi no citoplasma, e esteróis na membrana citoplasmática.

BACTÉRIAS

I. Aspectos macroscópicos.

II. Aspectos microscópicos.

III. Propriedades metabólicas.

IV. Antigenicidade.

V. Genotipagem.

CLASSIFICAÇÃO DAS BAC-TÉRIAS

• A diferenciação inicial entre as bactérias pode ser realizada pelas características do crescimento em diversos meios nutrientes e seletivos.

• As bactérias crescem em colônias e a soma de suas características determinam as características diferenciais como a cor, tamanho, forma e odor.

• Utilizando meios de cultura adequados, podem ser determinadas a capacidade de resistir a certos antibióticos, de fermentar açúcares específicos (p. ex., lactose, na diferenciação entre E. coli de Salmonella) ou de lisar hemácias (propriedades hemolíticas).

I. ASPECTOS MACROSCÓPI-COS

• Meio rico que oferece ótimas condições de crescimento a maioria dos microrganismos. A conservação dos eritrócitos íntegros favorecem a formação de halos de hemólise nítidos, úteis para a diferenciação de Streptococcus spp. e Staphylococcus spp.

• Utilidade: isolamento de microrganismos não fastidiosos, verificação de hemólise dos Streptococcus spp. e Staphylococcus spp.

ÁGAR SANGUE

Interpretação:

• Beta hemólise: halo transparente ao redor das colônias semeadas (lise total dos eritrócitos).

• Alfa hemólise: halo esverdeado ao redor das colônias semeadas (lise parcial dos eritrócitos).

• Gama hemólise (sem hemólise): ausência de halo ao redor das colônias (eritrócitos permanecem íntegros).

ÁGAR SANGUE

CLASSIFICAÇÃO DAS COLÔ-NIAS

Lisa ou Áspera

Com brilho ou sem brilho

Ausente, branca, creme, vermelha, amarela

Opaca, translúcida ou transparente

Plano Elevado

Convexo

Pulviniforme

Umbonado

Inteira Ondulada

Lobulada

OnduladaRizoide Filamentosa

Margem

Elevação

Tamanho

Textura

AparênciaPigmentação

Propriedade óptica

FormaCircular Rizoide Irregular Filamento

saFusiforme

Puntiforme

Pequena

Moderada

Grande

II. ASPECTOS MICROSCÓPI-COS

II. ASPECTOS MICROSCÓPI-COS

III. PROPRIEDADES METABÓLICAS

• Inclui as exigências de ambientes anaeróbicos ou aeróbicos.

• Exigências por nutrientes específicos:o Capacidade de fermentar carboidratos específicos.

o Utilização de diferentes compostos como fontes de carbono para o crescimento.

• Produção de metabólitos característicos: ácidos e álcoois.

• Produção de enzimas específicas: catalase por Staphylococcus.

III. PROPRIEDADES METABÓLICAS

III. PROPRIEDADES METABÓLICAS

IV. ANTIGENICIDADE

• Uma cepa bacteriana pode ser diferenciada pela utilização de anticorpos na detecção de antígenos característicos da bactéria ( sorotipagem ).

• Estes testes sorológicos podem ser empregados na identificação de organismos:o Não cultiváveis: Treponema pallidum (causador da

sífilis).

o Perigosos para cultivo: Francisella (causador da tularemia).

o Bactérias associadas com doenças sindrômicas específicas: Escherichia coli sorotipo O157 (agente de colite hemorrágica).

o Necessitam identificação rápida: S. pyogenes (agente da faringite estreptocócica).

IV. ANTIGENICIDADE

V. GENOTIPAGEM

• O método mais preciso para a classificação de bactérias é pela análise do seu material genético.

• Estas técnicas não exigem bactérias viáveis ou em crescimento e podem ser empregadas para a detecção rápida e identificação de microrganismos de crescimento lento.

• A aplicação mais comum dessas técnicas:o Análise de sequências de DNA ribossômico para a

identificação de sequência altamente conservadas que identificam uma família ou gênero e as sequências altamente variáveis que diferenciam em espécie ou subespécie.

INTERAÇÃO HOSPEDEIRO-BAC-TÉRIA

• Devido não existir membrana nuclear, os processos de replicação, transcrição e tradução ocorrem conjuntamente. Inibição de algum destes processos de forma individual afeta todos os outros processos de forma significativa.

• Devido à estrutura circular do seu cromossomo, as topoisomerases são enzimas muito importantes na redução do estresse molecular para que suas funções sejam mantidas. Como resultado, estas enzimas são excelentes alvos moleculares para a ação de drogas antibacterianas (quinolonas).

http://medmap.uff.br/mapas/antibioticos_quinolonas_de_2a_geracao/cercade8vezesmaispotentequeonorfloxacino.html

PATOGÊNESE BACTERIANA

• Para uma bactéria, o corpo humano é um conjunto de nichos ambientais que fornece calor, umidade e os alimentos necessários para o seu crescimento.

• As bactérias adquiriram traços genéticos que as capacitaram:o Entrar (invadir) no ambiente.

o Permanecer em um nicho (aderir ou colonizar).

o Ganhar acesso às fontes alimentares (enzimas degradativas).

o Escapar das respostas imunes e não imunes protetoras do hospedeiro (p. ex., cápsula ).

FATORES DE VIRULÊNCIA BAC-TERIANOS

• Aderência• Invasão• Produtos do metabolismo (gás, ácido)• Toxinas• Enzimas degradativas• Proteínas citotóxicas• Endotoxina• Indução de excesso de inflamação• Evasão dos fagócitos e depuração

imunológica• Cápsula• Resistência aos antibióticos• Crescimento intracelular

PRODUÇÃO DE DOENÇA BACTE-RIANA

• A doença é causada pelos danos produzidos pelas bactérias mais as consequências das respostas imunes e inatas à infecção

• Os sinais e sintomas das doenças são determinados pela função e importância do tecido afetado.

• A duração do período de incubação é o tempo requerido pela bactéria e/ou resposta hospedeira para causar suficiente dano e iniciar o desconforto ou interferir com as funções essenciais.

BACTÉRIAS DA MICROBIOTA

BACTÉRIASVIRULENTAS

BACTÉRIAS OPORTUNISTA

S

• Importantes para o hospedeiro.

• Ajudam na digestão dos alimentos.

• Produzem vitaminas (vitamina K).

• Protegem contra colonização.• Promovem crescimento no hospedeiro.

• São invasivas.• Causam dano aos tecidos e

órgãos. • Causam doenças graves.• Aproveitam condições

preexistentes.• Hospedeiro mais suscetível à

invasão.• Vítimas de queimaduras.• Pulmões com fibrose cística.

PRODUÇÃO DE DOENÇA BACTE-RIANA

• A cepa bacteriana e o tamanho do inoculo são também fatores importantes para determinar se a doença ocorrerá.

• No entanto, o limite de detecção de cada doença é diferente para as diferentes bactérias.

• Fatores do hospedeiro também podem ser importantes. Por exemplo: embora 1 milhão ou mais de isolados de Salmonella sejam necessários para estabelecer gastroenterite em um indivíduo saudável, apenas poucos milhares são necessários para estabelecer gastroenterite em um indivíduo que tenha o pH gástrico neutro.

PRODUÇÃO DE DOENÇA BACTE-RIANA

• Muitos dos fatores de virulência consistem em estruturas ou atividades complexas que somente são expressas sob condições especiais.

• Os componentes para estas estruturas são frequentemente codificados juntos, em uma ilha de patogenicidade (regiões cromossômicas grandes que contêm conjuntos de genes que codificam numerosos fatores de virulência).

• Estes genes podem ser ligados por um único estímulo (p. ex., a temperatura do intestino, pH do lisossoma). A ilha de patogenicidade é usualmente um transposon inserido no cromossoma ou num plasmídio.

ENTRADA NO HOSPEDEIRO

ROTA EXEMPLOS

Ingestão Salmonella spp., Shigella spp., Escherichia coli

Inalação Mycobacterium spp., Legionella spp., Streptococcus spp.

Trauma Clostridium tetani

Perfuração Staphylococcus aureus, Pseudomonas spp.

Picada Rickettsia spp., Francisella spp., Yersinia pestis

Sexual Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis, Treponema pallidum

COLONIZAÇÃO, ADESÃO E IN-VASÃO

• A colonização de sítios que são normalmente estéreis implica a existência de um defeito nos mecanismos de defesa natural ou numa nova porta de entrada.

• Pacientes com fibrose cística apresentam estes defeitos por causa da redução em sua função ciliar mucoepitelial e suas secreções mucosas alteradas; como resultado, os pulmões destes pacientes são colonizados por S. aureus e P. aeruginosa.

• Se as bactérias forem capazes de aderir aos revestimentos celulares epiteliais ou endoteliais da bexiga, intestino e vasos sanguíneos, não poderão ser eliminadas e esta aderência permitirá que colonizem o tecido.

COLONIZAÇÃO, ADESÃO E IN-VASÃO

• A função natural da bexiga elimina qualquer bactéria que não esteja fixada à parede da mesma.

• Escherichia coli e outras bactérias possuem adesinas que se ligam a receptores específicos na superfície do tecido e impedem que estas bactérias sejam eliminadas.

• Muitas destas adesinas estão presentes nas extremidades das fímbrias (pili) e se ligam firmemente a açúcares específicos do tecido-alvo.

COLONIZAÇÃO, ADESÃO E IN-VASÃO• Uma adaptação especial que facilita a

colonização, especialmente de dispositivos cirúrgicos como válvulas e cateteres permanentes, é um biofilme produzido pelas bactérias.

• As bactérias em um biofilme estão unidas com uma membrana viscosa de polissacarídios que liga as células entre si e à superfície.

• Algumas bactérias, como Pseudomonas aeruginosa, percebem quando um número suficiente de bactérias está presente para fazer um biofilme (percepção de quórum) e criam uma comunidade bacteriana.

• A placa dental é um exemplo de biofilme. A matriz do biofilme pode também proteger as bactérias das defesas do hospedeiro e dos antibióticos.

MECANISMOS DE ESCAPE DAS DEFESAS DO HOSPEDEIRO

• As bactérias são parasitas e a evasão das respostas protetoras do hospedeiro é uma vantagem seletiva.

• A bactéria que pode evitar ou incapacitar as defesas do hospedeiro apresenta um maior potencial para causar doença.

DEFESAS BACTERIANAS CONTRA A DEFESA DO HOSPEDEIRO

• Encapsulamento (S. aureus, P. aeruginosa)• Mimetismo antigênico• Alteração antigênica• Produção de proteases anti-

imunoglobulinas• Destruição do fagócito• Inibição da quimiotaxia• Inibição da fagocitose• Inibição da fusão fagolisossoma (M.

tuberculosis)• Resistência às enzimas lisossômicas (M.

leprae)• Replicação intracelular (Mycobacterium

spp.)

• O controle das infecções por microrganismos intracelulares requer respostas imunes das células T auxiliadoras TH1, as quais ativam os macrófagos a matarem a bactéria ou a criarem uma parede (granuloma) ao redor da célula infectada.

• Os fagócitos (neutrófilos, macrófagos) são uma defesa antibacteriana importante, porém S. pyogenes produz a enzima estreptolisina capaz de lisar as células fagocitárias.

• S. aureus pode produzir coagulase, uma enzima que promove a conversão de fibrina a fibrinogênio para produzir uma barreira semelhante a um coágulo, isolando o sítio de infecção.

MECANISMOS DE ESCAPE DAS DEFESAS DO HOSPEDEIRO

DEFESAS DO HOSPEDEIRO ÀS BACTÉRIAS

DEFESAS DO HOSPEDEIRO ÀS BACTÉRIAS

• A imunidade inata pode limitar o crescimento bacteriano, mas a erradicação requer a imunidade adaptativa mediada por células (a principal resposta).

• Indivíduos infectados pelo HIV são muito mais suscetíveis a infecções com bactérias intracelulares.

• Os anticorpos neutralizam a ação das bactérias e impedem sua ligação com o tecido.

• Em associação com o complemento podem lisar as bactérias e funcionar como opsoninas, facilitando a fagocitose.

DEFESAS DO HOSPEDEIRO ÀS BACTÉRIAS

• Os neutrófilos tem ação microbicida fundamental contra bactérias.

• Os macrófagos são importantes contra agentes intracelulares.

• As células T CD8+ secretam citocinas que vão ativar macrófagos para destruir os agentes intracelulares.

• As células T CD4+ Th1 atuam na defesa contra bactérias intracelulares.

• As células T CD4+ Th2 atuam na defesa contra bactérias extracelulares.

AGRESSÃO E DEFESA

POR FUN-GOS

Saccharomyces cerevisiae

• Embora as bases moleculares e genéticas da patogênese bacteriana e viral sejam bem conhecidas, nosso entendimento sobre a patogênese das infecções fúngicas é limitado.

• Relativamente poucos fungos são suficientemente virulentos para serem considerados patógenos primários.

• Patógenos primários são capazes de iniciar uma infecção em um hospedeiro normal, aparentemente imunocompetente.

• Entre patógenos fúngicos primários conhecidos se encontram quatro fungos ascomicetos, os patógenos dimórficos endêmicos Blastomyces dermatitidis, Coccidioides immitis, Histoplasma capsulatum e Paracoccidioides brasiliensis.

• Cada um destes microrganismos possui fatores de virulência que lhes permitem romper ativamente as defesas do hospedeiro e que habitualmente restrigem o crescimento invasivo de outros microrganismos.

Histoplasma capsulatum P. brasiliensis

• Quando um grande número de conídios desses quatro fungos é inalado por humanos, mesmo se esses indivíduos forem saudáveis e imunocompetentes, habitualmente ocorre infecção e colonização, invasão tecidual e disseminação sistêmica do patógeno.

Histoplasma capsulatum P. brasiliensis

• Como ocorre com a maioria dos patógenos microbianos primários, estes fungos podem também agir como patógenos oportunistas , uma vez que as formas mais severas de cada uma destas micoses são vistas mais frequentemente em indivíduos com comprometimento das defesas imune inata ou adquirida.

• Geralmente, indivíduos saudáveis e imunocompetentes apresentam alta resistência inata à infecção fúngica, apesar de serem constantemente expostas às formas infecciosas de diversos fungos presentes como parte da microbiota endógena (endógenos) ou no ambiente (exógenos).

• Os patógenos fúngicos oportunistas, como Candida spp., Cryptococcus spp. e Aspergillus spp., somente causam infecção quando ocorrem quebras nas barreiras protetoras da pele e membranas mucosas ou quando falhas no sistema imune do hospedeiro permitem a penetração, colonização e produção no hospedeiro.

Candida spp. Cryptococcus spp. Aspergillus spp.

FUNGOS OPORTUNISTAS

CLASSIFICAÇÃO DOS FUNGOS

CLASSIFICAÇÃO DOS FUNGOS

IDENTIFICAÇÃO DOS FUNGOS

Candida albicans

INFECÇÃO FÚNGICA POR CAN-DIDA

• Candida spp. é o mais comum dos patógenos fúngicos oportunistas.

• Atualmente está bem estabelecido o fato de que Candida spp. coloniza a mucosa gastrointestinal e atinge a corrente sanguínea por translocação gastrointestinal ou através de cateteres vasculares contaminados.

• As características do organismo que contribuem para sua patogenicidade incluam sua capacidade de aderir a tecidos, o dimorfismo entre as formas de levedura e hifa, a hidrofobicidade de sua superfície celular, a secreção de proteinases e as mudanças fenotípicas.

INFECÇÃO FÚNGICA POR CAN-DIDA

• Candida spp. é o mais comum dos patógenos fúngicos oportunistas.

• Atualmente está bem estabelecido o fato de que Candida spp. coloniza a mucosa gastrointestinal e atinge a corrente sanguínea por translocação gastrointestinal ou através de cateteres vasculares contaminados.

• As características do organismo que contribuem para sua patogenicidade incluam sua capacidade de aderir a tecidos, o dimorfismo entre as formas de levedura e hifa, a hidrofobicidade de sua superfície celular, a secreção de proteinases e as mudanças fenotípicas.

INFECÇÃO FÚNGICA POR CAN-DIDA

• Diversas espécies de Candida secretam aspartil proteinases, que hidrolisam as proteínas do hospedeiro envolvidas em defesas contra a infecção, permitindo que as leveduras rompam barreiras de tecido conjuntivo.

• A maioria das espécies de Candida que causam infecção em humanos produz fosfolipases. Estas enzimas lesam as células do hospedeiro, sendo consideradas importantes na invasão tecidual.

• Mudanças fenotípicas contribuem para a virulência de Candida spp. por permitir que o organismo se adapte rapidamente a alteração em seu microambiente, facilitando sua capacidade de sobreviver, invadir tecidos e escapar das defesas do hospedeiro.

• EUA: Aumento de 8,7 casos por 100.000 habitantes (1992-1993) para 14 casos por 100.000 habitantes (2008-2009).Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 2012;74:323-331

INCIDÊNCIA DE CANDIDEMIA

• BRASIL: 1,4 casos por 1.000 admissões (nov/2008-out/2010). PLOS One 2013;8:e59373

• MT: 1,8 casos por 1.000 admissões (jan/2006-dez/2011). Mycopathologia 2013;176:409-415

• 2 hospitais universitários de Cuiabá: HGU e HUJM;

• Janeiro/2006 a Dezembro/2011;

• Estudo de corte transversal retrospectivo;

• N = 130.

• O número de episódios de candidemia por Candida não-albicans aumentou 48,2% quando comparado o primeiro triênio (2006-2008) com o segundo (2009-2011).

• C. krusei (n=459): 74,5% Fluco-R (1997-2007).J. Clin. Microbiol. 2010;48:1366-1377

• Sexo Feminino: 58,5% (n=76);

• Idade média: 31,4 anos (IC95%=23,1-39,7);

• Adultos: 61,5% (n=80);

• UTI’s: 69,2% (n=90);

• Tempo médio de Internação: 53,5 dias (IC95%=45,6-61,4)

• Fluconazol: 50,4%

• Anfotericina B: 47,3%

• Caspofungina: 1,6%

• Cetoconazol: 0,8%

ANTIFÚNGICOS UTILIZADOS

DISTRIBUIÇÃO DOS CASOS DE CANDIDEMIA POR AGENTES ISO-

LADOS

DISTRIBUIÇÃO DOS CASOS DE CANDIDEMIA POR AGENTES ISO-

LADOS

• C. albicans foi mais prevalente que C. parapsilosis na UTI adulto.

• C. parapsilosis foi mais prevalente que C. albicans na UTI neonatal.

ANÁLISE UNIVARIADA

• Ventilação Mecânica: p<0,001

• CVC: p<0,05

• Corticoterapia: p=0,05

• Internação em UTI: p<0,05

• Nutrição Parenteral: p<0,001

Desfecho: Óbito

ANÁLISE MULTIVARI-

ADA

ANÁLISE UNIVARIADA

Desfecho: Óbito

Expo

sição

: Nu

triçã

o Pa

rent

eral

ANÁLISE MULTIVARIADA

• Sexo: p<0,05 | OR=0,3 | IC95%=0,2-0,9.

• Neutropenia (<500 cels./mm3): p=0,05 | OR=2,4 | IC95%=1,0-5,9).

Desfecho: Candidemia por C. albicans

• Sexo: p<0,01 | OR=3,0 | IC95%=1,4-6,3.

Desfecho: Candidemia por C. parapsilosis

• Nutrição Parenteral: p<0,05 | OR=0,3 | IC95%=0,1-0,8.

Desfecho: Candidemia por C. tropicalis

CONCLUSÕES

• A prevalência de candidemia nos dois hospitais universitários de Cuiabá foi maior que os índices apontados por estudos multicêntricos nacionais.

• Os neonatos tiveram prevalência de candidemia maior que os idosos, mas sua letalidade foi menor, provavelmente por conta do amadurecimento natural do sistema imune dos neonatos.

• Candida parapsilosis foi o agente etiológico mais frequente nas candidemias diagnosticadas neste período.

CONCLUSÕES

• O uso de CVC em pacientes com candidemia se apresentou como fator independente (p=0,01) dentre os demais fatores de risco e aumentou a probabilidade da incidência de óbito em 5,7 vezes.

• Acredita-se que o importante aumento da prevalência de candidemia no segundo triênio (2009-2011) tenha ocorrido devido o aumento da exposição aos fatores de risco já bem descritos na literatura e pela melhoria nos métodos laboratoriais de detecção e identificação para hemoculturas.

DEFESA DO HOSPEDEIRO AOS FUNGOS

• O principal mecanismo de defesa contra fungos é desenvolvido pelos fagócitos, que os destroem por meio da produção de óxido nítrico e de outros componentes secretados por essas células.

• Adicionalmente, há a participação de IFN-γ, aumentando a função de neutrófilos e macrófagos, não havendo evidências de atividade citotóxica por células T CD8+.

• Portanto, pacientes com neutropenia (<500 neutrófilos/mm3) desenvolvem com frequência micoses recorrentes e ocasionalmente desenvolvem formas graves e profundas.