Inmunidad frente a bacterias intracelulares. Bacterias intracelulares obligadas y bacterias intracelulares facultativas

1. Inmunidad frente a Bacterias
intracelulares
Alfredo Prieto Martín
Coordinador del programa de doctorado en Inmunología de la UAH
Mención de calidad del MECD.
Universidad de Alcalá
alfredo.prieto@uah.es
1
http://www.alfredoprieto.tk
http://www2.uah.es/problembasedlearning/

2. Bacterias intracelulares
Tienen capacidad para sobrevivir y multiplicarse
en el interior de los fagocitos
1. Son poco toxicas las células infectadas sobreviven
2. Vías de entrada: Aire, sangre, alimentos.
entrada: alimentos.
3. Incubación larga y enfermedad persistente.
persistente.
4. Son inaccesibles a los anticuerpos y buscan la fagcitosis
2

3. Infecciones por bacterias
intracelulares
‡ Afectan a especies especificas
‡ Entrada
± Mordiscos de insectos Ritketsia
± Mucosa respiratoria M tuberculosis y Legionella pneumophilla
± Mucosa intestinal Salmonella enterica y Listeria monocytogenes
± Incubación suele ser larga
‡ Sistema inmune puede abortar infección antes de que produzca enfermedad o
eliminarla completamente, pero lo mas frecuente con estas bacterias es que se
produzcan infecciones crónicas por un equilibrio entre la proliferación del patógeno
y su eliminación.
‡ La enfermedad la causa la interacción SI patógeno
3

4. Tipos de Bacterias Intracelulares
Facultativas Obligadas
M. Tuberculosis Rickettsiae
M. Bovis
Chlamydiae
M. Leprae
S. Enterica serovar C. trachomatis
typhi C. Pneumoniae
Brucella
L. Phenumophila
L. Monocytogenes
4
Francisella tularensis

5. Inmunidad frente a bacterias intracelulares.
‡ Su eliminación depende de mecanismos de inmunidad celular
dependiente de células T
‡ Inaccesibles a anticuerpos y resistentes a fagocitos ordinarios.
‡ Detectadas por células T en MHC
‡ Antígenos presentados en MHC II a células T CD4 que
activan fagocitos y en MHC I y CD1 a CTL CD8 y DN.
‡ Respuestas de TCD4 y macrófagos son muy importantes,
también respuestas de CTL tanto de tipo EF como KH
‡ La toxicidad y lesión se debe principalmente a la respuesta
5
inmunitaria del huésped

6. Patogenicidad de bacterias
intracelulares
‡ La infección esta separada de la enfermedad clínica.
‡ La infección persiste frente a la respuesta inmune.
‡ El patógeno esta adaptado para coexistir con el huésped
enfermo
‡ La infección potencialmente puede producir daños
acumulativos y más severos en estadios tardíos
‡ La patogénesis es fuertemente dependiente de la respuesta
inmune
6

7. La infección por una bacteria
intracelular ideal
‡ Características esenciales:
1. Estilo de vida intracelular
2. Las células T protegen interaccionando con células infectadas no
directamente con los microbios.
3. Estas infecciones estimulan hipersensibilidad de tipo retardado por
linfocitos T y macrófagos.
4. Provocan reacciones tisulares granulomatosas, su ruptura provoca la
diseminación de las bacterias.
‡ Características condicionales:
5. No son directamente tóxicas y la patología es resultado de las
reacciones inmunes.
6. Las bacterias intracelulares coexisten con sus habitat celulares
durante largos periodos.
7

8. Tipos de bacterias intracelulares:
facultativas y obligadas
‡ Facultativas
± Mycobacterium, Salmonella, Brucella, Legionella, Listeria,
Francisella infectan fagocitos mononucleares pero también otras
células
± Tienen estrategias de supervivencia intracelular
‡ Obligadas
± Rickettsia y Chlamidiae
± No sobreviven fuera de células y prefieren fagocitos no
profesionales como las células endoteliales.
± Tienen moléculas de invasión que les facilitan entrar en fagocitos
no profesionales en los que es más fácil sobrevivir
8

9. Modelos de infección intracelular:
1. Tuberculosis
‡ 8 millones de nuevos casos, 2 millones de muertes, 2000
millones de infectados (90% permanecen sanos 10%
desarrollan enfermedad)
‡ Es un bacillo aerobio obligado prefiere tejidos con alta
presión de oxigeno
‡ Llega en aerosoles infecta pulmones de donde puede
diseminarse a otros tejidos
‡ Son reconocidos por células T no convencionales
‡ Incubación larga infección durmiente persisten en
9
granulomas y larga duración

10. Glicolípidos de Mycobaterium
‡ Contienen abundantes glicolípidos que les hacen
resistentes al complemento y a pH extremos.
‡ Son reconocidos por el SI innato y hacen de el
Mycobacterium un buen adyuvante en
inmunización (Adyuvante de Freund aceite/agua
+ BCG)
‡ Adyuvante secuestra el material antigénico y lo
lleva a los fagocitos a los que estimula para que
inicien la activación de células T antígeno-
específicas.
‡ Calmette y Guerin desarrollaron una cepa
atenuada de M bovis llamada Baccillus
CalmetteGuerin (BCG)
‡ Protocolo e inmunización primero con
adyuvante completo después dosis de recuerdo
con adyuvante incompleto
10

11. Vacuna BCG
‡ cepa atenuada de M. bovis llamada Baccillus
Calmette-Guerin (BCG) que es utilizada como
una vacuna viable:
± previene la tuberculosis miliar en niños la que
por diseminación hematógena produce
innumerables nódulos.
± No protege de modo completo contra la
tuberculosis pulmonar en los adultos
11

12. Listeriosis
‡ L. monocytogenes Anaerobio facultativo gram+
‡ Afecta al ganado y raramente al humano. Para investigar se
usa un modelo experimental en ratón.
‡ Factores de virulencia: listeriolisina promueve escape del
fagosoma al citoplasma
‡ Sobrevive en macrófagos en reposo pero es eliminada
rápidamente en los activados
‡ Provoca una infección aguda que termina tras la
activación de los linfocitos T
12

13. Salmonellosis
‡ 16 millones nuevos casos, 600.000 muertes
‡ S. enterica incluye unas 2000 serovariedades
‡ S. enterica typhi restringida a humanos
‡ S. enterica typhimurium en ratón (modelo animal)
‡ Se transmite a través de comida provocando diarrea
‡ Pueden atravesar pared intestinal y provocar bacteriemia
que provoca fiebre y tifus
13

14. Entrada y supervivencia en las
células del huésped
‡ Invasión es entrada (fagocitosis) inducida por el patógeno
‡ Destino
1. Fagocitos no profesionales tienen escasa actividad antibacteriana
son el hábitat ideal para el microbio que usa receptores de
superficie celular para invadir sus células huésped.
2. Granulocitos polimorfonucleares Células efectoras antibacterianas.
Son muy destructivos para los microbios.
1. tienen actividad antibacteriana constitutiva.
2. son de vida corta. Deben ser continuamente reemplazados. su falta
(netropenia) es un factor de susceptibilidad a estas infecciones
3. Fagocitos mononucleares su actividad antibacteriana depende de su
estado de activación que es controlado por receptores PAMP_ y
células T. Son Hábitat de infección y célula efectora antibacteriana
14

15. Adhesión e invasión
‡ Las bacterias intracelulares tienen moléculas inductoras de la
invasión
‡ Mecanismo Zipper Señalización y endocitosis del receptor al que
se han adherido
± Yersinia (integrina) y Listeria (internalina-e-cadherina de la células
epitelial humana) murina no por mutación en posición 16
± M leprae se une a la laminina de los nervios periféricos y células de
Schwan.
‡ MecanismoTriger mecanismos no dirigidos a un receptor
especifico
‡ S. enterica y Shigella sp. inducen reorganización de la actina del
citoesqueleto causa rufling e incorporación indiscriminada de
otras partículas (macropinocitosis).
15

16. Receptores para el reconocimiento
de microbios
‡ Los fagocitos profesionales expresan receptores para
reconocer para estructuras conservadas de patógenos que
normalmente no están presentes en el huésped.
‡ patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP).
‡ Receptores para reconocimiento de patrones
‡ Inducen fagocitosis y liberación de mediadores
proinflamatorios.
16

17. Tipos de estos receptores
1. Familia del receptor toll diferencia distintas estructuras únicas de los microbios:
glicolípidos, lipoproteínas, hsp, flagelina y oligonucleotidos raros que inducen
señalización intracelular y activación celular.
2. Glicoproteínas tipo lectina C con especificidad frente a azucares comúnmente
expresados superficie bacteriana y que inducen fagocitosis
3. Moléculas de superficie CD14 con especificidad por gliocoplípidos como el LPS
de gram- y los lipoarabinomananos (LAM) de las mycobacterias.
17

18. Receptores de reconocimiento de
patrones
‡ Que median la unión microbiana y su fagocitosis
‡ Receptores lectina tipo C
± Tipo manosa reconoce Nacetilglicosamina, manosa (LAM con manosa terminal)
glucosa y L-fucosa
± Tipo fucosa une Lfucosa
± Lipoarabinomananos terminados en arabinosa se reconocen por medio de CD14
‡ Que reconocen moléculas del huésped
± Igs
± C C3R reconoce varios ligandos C3d, secuencia RGD F-glucanos no estimula
secrección de radicales oxidantes.
± Fibronectina FnR se une a secuencia RGD
18

19. Funciones de los receptores
‡ Union y endocitosis receptores basureros,
CD14 y receptores de manosa.
‡ Activan a la célula TLR y FcR
‡ Celulas endoteliales y epteliales intestinales
tienen Tlr
19

20. Ligandos de los TLR
‡ TLR2 LAM y lipoproteínas de Mycobacterium
‡ TLR3 RNA bicatenario
‡ TLR4 LPS de muchas bacterias gram- y hsp
‡ TLR5 flagelina bacteriana de g+ Listeria y g- Salmonella
‡ TLR6 peptidoglicano zymosan
‡ TLR9 oligonucleotidos CPG dinucleotidos sin metilar
caracteristicos del DNA bacteriano
‡ Generalmente interaccionan con sus ligandos en el
fagosoma
20

21. Fagocitosis
1. Fagosoma temprano pH neutro o ligeramente básico
actividad de defensinas (bactericidas para algunas cepas
de Salmonella y Listeria) y proteínas básicas
2. Fagosoma tardio pH ácido débil por acción bomba de
protones
3. Fagolisosoma ph ácido fuerte enzimas lisosomales
degradan bacterias previamente lisadas
‡ Patogenos (Mycobacterium, Legionella Salmonella y
Clamydia) detienen maduración y viven en fagosomas en
un estadio entre 1 y 2
21

22. Interferencia de maduración del
fagosoma
‡ Glicolipidos de mycobacteria inmpiden la fusión fagolisosomal aunque
los anticuerpos antipared revierten esta capacidad
‡ Su pared celular rica en lípidos les hace muy resistentes contra el
ataque enzimático
‡ Detienen la maduración del fagosoma excluyendo la bomba de
protones del fagosoma
‡ Secretan ureasa que produce NH4 que tampona el pH del fagosoma
22

23. Hierro
‡ Se produce una competición por el hierro entre la bacteria y el huésped
‡ Extracelular en transferrina y lactoferrina
‡ Transferina es captada por el CD71 TFrR
‡ El hierro se libera de la transferrina en las condiciones reductoras del
fagosoma temprano en el que les gusta vivir a estas bacterias
‡ Tienen proteínas de unión a hierrro sideroforos, proteínas de unión a
transferrina, proteína similares al grupo hemo
‡ Los macrófagos inactivados educen su expresión de receptor de
transferrina esto es suficiente para matar Legionela por deprivación de
hierro pero insuficiente para matar Mycobacterium que tiene un
sistema muy eficiente de obtención de hierro con exoquelinas y
mycobactinas
23

24. Moléculas efectoras tóxicas
‡ La destrucción de las bacterias se consigue por moléculas tóxicas
altamente reactivas
‡ ROI (superoxido peroxido de hidrogeno) son muy activos contra
bacterias extracelulares Dañan DNA, proteínas y lípidos de membrana.
‡ Contra intracelulares son más importantes los RNI la iNOS inducida
por IFNK produce oxido nítrico NO· y peroxinitrito ONOO-
‡ Granulocitos y monocitos pero no macrófagos tienen mieloperoxidasa
que produce ácido hipocloroso
‡ KO de iNOS son susceptibles a Listeriosis y tuberculosis
24

25. Evasión de la destrucción por
radicales
‡ Unión a CR1/CR3 no induce el estallido respiratorio
‡ Glicolipido fenolico de M leprae consume radicales
oxidantes
‡ S. enterica con SPI2 excluye NADPH oxidasa de la
membrana del fagosoma
‡ Bacterias intracelulares producen sueroxido dismutasa y
catalasa que detoxifican O2 y H2O2
25

26. Otras adaptaciones: Evasión al
citoplasma, invasión de células
adyacentes e inducción de apoptosis
‡ Evasión
± estrategia de supervivencia muy exitosa pues la lisis bacteriana se limita al
fagolisosoma para evitar daños colaterales en el macrófago
± Listeria virulenta produce listeriolisina. La deleción del gen responsable
la vuelve avirulenta
± La evasión es reducida en macrófagos activados por el IFNK
‡ Invasión de células adyacentes
± Desde células de Kupffer a hepatocitos adyacentes induciendo formación
de seudópodos y fusión de membranas.
± Pueden invadir otras células sin exponerse
‡ M. tuberculosis, S. enterica L. monocytogenes inducen apoptosis de
células diana tras su incorporación
26

27. bacterias intracelulares
Inmunidad natural
Fagocitosis por neutrófilos y macrófagos.
Algunas resisten degradación por macrófagos.
Células NK y NKT.
Inmunidad específica
Principalmente celular:
linfocitos CD4, CD8 y DNKH
y macrófagos que forman granulomas
27

28. Cinetica de la respuesta
‡ Estadio inicial Atracción de fagocitos a lugares de replicaión bacteriana por
citocinas proinflamatorias y citocinas fagocitosis y muerte intracelular
‡ Monocitos se diferencian en DC y producen IL-12
‡ Estadio intermediointervienen NK, y T no convencionales NKT y gd que
producen IFNg
‡ Tardio células T convencionales antigeno especificas expandidas estimulan
formación de granulomas que controlan
‡ Estos clones expandidos son responsables de la memoria inmune
28

29. Citocinas
‡ Reclutamiento leucocitario
‡ Formación del granuloma
‡ Activación de macrófagos
‡ Inducción de respuesta protectora de células T
‡ Regulación negativa de la respuesta
29

30. bacterias intracelulares
Inmunidad innata
‡Fagocitosis
‡Resisten a la fagocitosis
‡Sobreviven en el interior de células fagocíticas
‡Infección crónica y recurrente
‡Activan a las células NK y estas estimulan la producción
de IL-12 (en DC y macrófagos)
IL-
‡Las células NK producen IFN-K
IFN-
‡Activan al macrófago para que destruya las bacterias
fagocitadas
‡Protección precoz antes de la R. I. adaptativa
30

31. Fagocitos profesionales
‡ Metchnikoff distinguió los:
± Micrófagos de aparición temprana y vida corta
(granulocitos polimorfonucleares)
± Macrofagos de aparición mas tardia y vida más larga
‡ Activación del macrofago esta bajo el control de
linfocitos T mediante citocinas IFN y mléculas de
membrana
31

32. Granulocitos polimorfonucleares
‡ Importantes en respuesta temprana reducen la carga
bacteriana
‡ Ratones deficientes en neutrofilos son susceptibles a
Listeria y Salmonella pero no para M t
‡ Elastasa destruye proteínas de virulencia de Shigella
Salmonela y Yersinia
‡ Acido hipocloroso inactiva los inhibidores de las proteasas
y licua tejidos es producido por PNG pero no por MP
32

33. bacterias intracelulares
Respuesta adaptativa
La respuesta específica principal es la Inmunidad mediada
por células: Linfocitos Th1, Macrófagos activados y CTL
‡Muerte de las bacterias fagocitadas
‡Activación de macrófagos
‡Dos señales derivadas de células T:
‡Membrana: ligando de CD40 (CD40L)
‡Soluble: IFNK
‡Lisis de las células infectadas por linfocitos T CD8+
CD8
citotóxicos tanto EF

34. péptidos
como KH (lipo-
péptidos
(lipo-
polisacaridos) KO de perforina es susceptible a
Listeria.
Listeria. 33

35. Repaso presentación antigénica y
restricción de la presentación
‡ MHC Ia (clásicas) antígenos peptídico citosólicos
‡ MHC II antígenos peptídicos vesiculares
‡ MHC I like
± MHC Ib péptidos con formil metionina
± CD1 antígenos glicolipídicos
‡ CD1 Tipo 1captan sus ligandos en distintos compartimentos
± CD1a superficie celular y fagosoma temprano
± CD1b en fagosoma tardío y fagolisosoma
± CD1c superficie celular y fagosomas en distintos estadios de maduración
± CD1 tipo2
± CD1d 34

36. En la inmunidad contra infecciones por
patógenos intracelulares resistentes
intervienen distintas poblaciones T
‡ Reconocen ag de distinta naturaleza y de distintos orígenes subcelulares.
‡ Tienen distintas cinéticas de activación unos inmediatas sin expansión clonal: KH, NKT y
especificas de N-f-met (no desarrollan memoria)
‡ Reconocen ag peptídicos Linfocitos T convencionales ab
± CD4 restrictos por MHCII espacio vesícular endosoma
± CD8 citosol
‡ No convencionales
‡ Restrictos por MHC1b
‡ Restrictos por CD1 (glicolipicdos endosoma) NKT
‡ No restrictos
35

37. bacterias intracelulares
Inmunidad por linfocitos T
convencionales ab CD4 y CD8
CD1
grupo1
DN
Ricketsia Listeria 36
Presentación cruzada

38. Linfocitos T no convencionales
‡ Células CD8 restrictas por MHC de clase Ib que presentan péptidos de
proteínas N formiladas N-f-met
‡ Células T ab restrictas por CD1 grupo 1 CD4, CD8 o DN
± poblaciones especializadas con especificidad por componente muy
abundantes en la pared celular de las mycobacterias. Reconocen LAM y
ácidos mycolicos cola hidrofóbica y parte azucarada polar. Producen IFNK
± Macrofagos infectados apoptoticos pueden trransferir glicolipidos de
mycobactria a DC
‡ Células NKT reconocen glicolipidos bacterianos presentados por
moléculas de CD1 del grupo 2 CD1d
‡ Reconocen Nglicosxil ceramidas de plasmodium y fosfatidil inositol
tetramanosido mycobacteriano
‡ Estas células están implicadas en la formación de granulomas
‡ Células T KH reconocen isopentenilpirofosfato y otros fosfo ligandos
independientemente de moléculas de presentación conocidas
posiblemente reconocen estas moléculas directamente
‡ Contribuyen a formación de granulomas en respuesta
37

39. bacterias intracelulares
Respuesta específica por linfocitos CD8
citotóxicos
‡Si las bacterias sobreviven en el interior de las
células
‡Liberan sus antígenos al citoplasma
‡Se presentan asociados a moléculas de tipo I
Estimulación de linfocitos T CD8 citotóxicos que:
CD8 que:
Lisan al macrófago y a las bacterias que lo
infectan.
infectan.
Producen IFNK que activa la los macrófagos de
las proximidades
38

40. bacterias intracelulares
La respuesta inmune a bacterias intracelulares esta
coordinada por linfocitos T CD4 inflamatorios (Th1)
39

41. bacterias intracelulares
Cuando el patógeno intracelular o sus constituyentes
no son totalmente eliminados se forman
GRANULOMAS
- Centro de macrófagos infectados y
células gigantes multinucleadas
- Rodeado de células T
- Ej: sarcoidosis causada por infección
40
con Mycobacterium tuberculosis

42. bacterias intracelulares
II.3. Evasión de los mecanismos inmunes
Resistencia a la eliminación por fagocitosis:
pneumophilla:
Legionella pneumophilla:
-Iinhibe fusión de fagolisosomas
monocitogenes:
Listeria monocitogenes:
-Produce hemolisina que forma poros en la membrana de
fagolisosomas
-Inhibe la presentación antigénica
M. Leprae:
Leprae:
-Inhibe fusión de fagolisosomas 41

43. bacterias intracelulares
II.3. Efectos perjudiciales de la respuesta
inmune
‡Persistencia de la infección
‡Estimulación antigénica crónica
‡Activación de células T y macrófagos
‡Los macrófagos activados
‡Producen daño tisular.
‡Hipersensibilidad retardada
Formación de Granulomas
‡Localiza la infección
‡Evita la diseminación
‡Produce necrosis y fibrosis
‡Alteración funcional
La respuesta inmunitaria causa
lesión tisular y enfermedad 42

44. bacterias intracelulares
2.4 Evasión de respuesta inmune: diferentes patrones de
respuesta producen distintas manifestaciones clínicas
‡Respuesta Th2 (IL-4) Lepra lepromatosa
(IL-
‡Títulos elevados de anticuerpos
específicos
‡Respuesta celular débil
‡Proliferación bacteriana
descontrolada en los macrófagos
‡Lesiones destructivas en piel
‡Respuesta Th1 (IFNK) Lepra tuberculoide
(IFNK
‡Intensa respuesta celular
‡Niveles bajos de anticuerpos
‡Granulomas alrededor de los nervios
‡Menor número de bacterias
‡Neuropatía periférica 43
‡Menos destrucción tisular

45. Hongos
‡Endémicos ‡Histoplasma
‡Blastomyces
‡Coccidioides
‡Oportunistas ‡Candida
‡Criptococo
‡Aspergilus
Pueden vivir:
‡En los tejidos extracelulares
‡Dentro de las células
‡Infección oportunista en piel o mucosas
Menor conocimiento de las respuestas a hongos por la
escasez de modelos animales de infección fúngica 44

46. Hongos
Inmunidad innata
Los mecanismos de defensa principales son los
macrófagos tisulares y los neutrófilos
sanguíneos
Los pacientes con neutropenia son muy susceptibles a
las infecciones fúngicas oportunistas.
oportunistas.
‡Liberación de sustancias fungicidas
por neutrófilos (ROI, lisosomas)
‡Fagocitosis
45
‡Muerte intracelular

47. Hongos
Respuesta específica
El mecanismo principal es la
inmunidad mediada por células
Las respuestas:
‡TH1 son protectoras
‡TH2 no son efectivas
‡Anticuerpos no son protectores
Producen lesión granulomatosa
46

48. Ejercicio
‡ En una tabla resumir diferencias entre
infecciones por bacterias Intracelulares y
Extra celulares y en otras las características
diferenciales de las respuestas inmunes
frente a ambos tipos de bacterias
47