Las bacterias como agentes etiológicos de enfermedades. PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA

1. Las bacterias como
agentes etiológicos de
enfermedades.
PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
BACTERIOLOGÍA MEDICA
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS
Químico Bacteriólogo y Parasitólogo

2. }
Muerte
Cura
Tiempo
Ataques
recurrentes
Límite de
manifestación de
enfermedad
Inicio de
los
síntomas
Períododeincubación
Regíón de incertidumbre
Manifestación de la
enfermedad
Sin enfermedad
Númerodemicroorganismos
Historia natural de una enferemdad
Tomado de: M. Schaechter. In: Schaechter M, G Medoff & D Schlessinger (Eds.), Mechanisms of microbial Disease, 1989.

3. INFECCIÓN.COLONIZACIÓN POR UN MICROORGANISMO PATOGENO
ORIGEN.EXÓGENO O ENDÓGENO . FLORA O MICROBIOTA NORMAL NORMAL
Enfermedad infecciosa. Infección que conlleva a daño funcional. ( alteración de la homeostasis)
Casi siempre acompañada de signos y síntomas (asintomática o subclínica y sintomática o
clínica)
Enfermedades. Adquirida en la comunidad o iatrógenica, intrahospitalaria nosocomial.
Oportunista. Que no causa enfermedad en individuos normales, común en huéspedes
comprometidos con algún otro padecimiento. Diabetes, cáncer, leucemia, quemados etc.
Infecciones agudas. según la historia natural de la enfermedad aparece después del periodo de
incubación y puede ser localizada o sinstémica.
Purulenta o supurativa. Se acumula pus denso con neutrófilos, inflamación y material
necrótico.
Absceso. Acumulación localizada de pus , puede haber estériles.
Celulitis. Inflamación difusa purulenta del tejido conectivo exoexudado entre las capas.
Crónica. Granulomatosa. Hay inflamación tardía, con macrófagos, células epiteliodes, y gigantes

4. Patogenicidad y Virulencia
 Definiciones
Hospedero: individuo que alberga a un m.o.
para brindarle nutrientes y “cobijo”.
Patógeno: un m.o. que causa enfermedad.
Patogenicidad: capacidad de un m.o. de
causar daño o enfermedad en un hospedero.
Isla de patogenicidad: conjunto de genes que
codifican para factores de virulencia.

5. Patogenicidad y Virulencia
Factores de virulencia: pueden ser
componentes estructurales o bien
productos metabólicos que confieren
capacidad de infectar, colonizar,
reproducirse y diseminarse en el
hospedero.
DL50: dosis mínima de toxina, veneno o
efecto nocivo en la que muere el 50 %
de una población en estudio.

6. Patogenicidad y Virulencia
1. Barreras físicas y primarias del hospedero
 Integridad de piel y mucosas
 Sudor (NaCl, pH ácido)
 Lágrimas (lisozima, NaCl)
 Serumen ( [ácidos grasos] son tóxicos).
 Saliva (lisozima)
 Moco (mucina)
 Vellosidades

7. Patogenicidad y Virulencia
 Mucosa gástrica
 Jugo gástrico (pH ácido)
 Jugo pancreático (pH alcalino)
 Bilis (taurocolato y desoxicolato)
 Espermina
 pH ácido en vagina
 Integridad de microbiota normal

8. Patogenicidad y Virulencia
2. Barreras secundarias del hospedero
(invasión a tejidos) Defensa específica
(inmunidad)
Sistema inmunológico deteriorado
Huésped comprometido

9. Infección
Enfermedad
Infección
progresiva
Enfermedad
crónica
Alteraciones
Patológicas
Irreversibles
Muerte
Simbiosis
Inmunidad
Infección
Atenuada
Erradicación
Alteraciones
Patológicas
Reversibles
Tomado de Pérez 1967. Salud Pública. 27(4):261-274

10. Enfermedades infecciosas
bacterianas
 Valores de laboratorio
que sugieren infección
 Aumento en la
eritrosedimentación
globular, leucocitosis,
monocitosis,
 Alteraciones de las
proteínas plasmáticas,
gamma globulina
 Proteina C reactiva
positiva
 .
 Entidad Clínica
 Síndromes
 Sintomas.
 Signos

11. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Un comensal es un microorganismo que
causa infección pero no daño
 Un individuo que esta colonizado puede
sufrir daño crónico y terminar en
enfermedad crónica o ser un portador.
 Los portadores pueden ser :
 Transitorios permanentes o intermitentes

12. • Tipos de estudio de un microorganismo

13. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Un individuo desde su nacimiento hasta su
muerte sufre infecciones por microorganismos
que terminan en:
 Eliminación del microorganismo
 Colonización
 Comensalismo
 Enfermedad
 Enfermedad Crónica

14. .Transmisibilidad vs infecciosidad
 La transmisibilidad. Virtud, propiedad o característica
intrínseca de una bacteria que le permite sobrevivir
mientras encuentra un nuevo huésped o hospedero.
 Infecciosidad. Capacidad de adaptarse al hospedero
 Dosis mínima infecciosa. Cantidad de UFC/ML
 Vías de entrada: Oral, respiratoria, contacto sexual, piel
mucosas.
 Origen de la infección
 Exógena
 Endógena

15. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Un microorganismo causa infección
cuando coloniza un hábitat en el huésped
 Cuando causa daño a los tejidos del
huésped la infección desemboca en
enfermedad

16. PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA

17. PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA
 Un patógeno es un microorganismo capaz de causar
daño al huésped. Es una propiedad intrínseca de
especie, grupo o familia.
 Patogenicidad es una propiedad que poseen los
microorganismos para causar daño a un huésped
 Falkow describe a la patogenicidad como un grado de
especialización de los microorganismos para colonizar
un huésped especifico y causarle daño.

18. FACTORES DE PATOGENICIDAD
EXTRÍNSECOS INTRINSECOS
Dependen del huésped
Transmisibilidad
•Supervivencia al
medio
•Accesibilidad a
un huésped
•Capacidad de
instalarse
•Resistencia a la
flora normal
Infectividad
•Dosis mínima infectante
•Adaptación al medio del
huésped
•Tolerancia a los
mecanismos defensivos
del huésped
•Mecanismos de
penetración
Virulencia
•Invasividad
•Producción de agresinas
•Producción de enzimas
•Diseminación
•Capacidad de dividirse
•Toxigenicidad
•Exotoxinas
•Endotoxinas

19. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 La virulencia es el grado relativo con que
un microorganismo causa daño al
huésped. Es característica de una cepa o
clona particular. Se puede medir
 Un patógeno es muy virulento o poco
virulento.

20. Patogenicidad y Virulencia
 Componentes estructurales:
 Pili o fimbrias
 Cápsula
 Flagelos
 Capa mucoide
 Adhesinas
 Exoenzimas

21. Factores de virulencia Ejemplos:
Factores de adherencia E. coli Diarreogénicas, UPEC,
V. cholerae, Listeria spp.
Toxinas UPEC, S. aureus, V. cholerae,
Clostridium
Adquisición de hierro UPEC, S. flexneri, Yersinia
spp.
Invasión E. coli Diarreogénicas,
Salmonella spp., Shigella spp.,
Listeria spp.
Sistemas de secreción de tipo
II, III, IV y V
E. coli Diarreogénica, Yersinia
spp., Salmonella spp., Shigella
spp., Helicobacter pylori.

22. Patogenicidad y Virulencia
 Componentes que favorecen la
diseminación:
 Hialuronidasa
 IgA hidrolasas
 Enzimas proteolíticas

23. Patogenicidad y Virulencia
 Componentes que impiden la fagocitosis:
 Coagulasa (en estafilococos)
 Mimetismo molecular
 Cápsula
 Biofilm.

24. Patogenicidad y Virulencia
 Componentes que inactivan antibióticos:
 β – lactamasas,
 Polipeptidasas
 Cambio de sitio activo
 PBPs
 Hidrofolato Reductasa (STX)
 Acetilasas

25. Patogenicidad y Virulencia
 Componentes que causan daño directo:
 Exotoxinas
 Enterotoxinas, neurotoxinas, citotoxinas,
lipopolisacárido (LPS).

26. EXOTOXINAS
 Son sustancias secretadas al medio
 Son sitio específicas por que poseen dos
dominios estructurales A y B que se repiten en
la molécula.
 Algunas actúan a nivel de traducción (diftérica)
otras en proteínas de membrana celular
(Proteínas G) que provocan secreción excesiva
de electrolitos (diarrea), espasmos (tetánica).

27. ENFERMEDAD
 El daño causado en un huésped depende de
tres factores:
 ALTERACIÓN DE LA HOMEOSTASIS
 El estado inmunológico del huésped
 Los factores de virulencia del microorganismo
 El tiempo de incubación y el inoculo del
microorganismo

28. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 La aparición de patógenos humanos puede estar dada
por la incidencia de tres factores:
 Grandes Poblaciones
 Pobreza
 Animales domesticados
 Estos permiten la evolución de los microorganismos a
través de la adquisición de nuevos elementos genéticos.
 ENFERMEDADES EMERGENTES Y ENFERMEDADES
REEMERGENTES

29. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Los factores de virulencia están
codificados en:
 Cromosoma Bacteriano
 Plásmidos
 Bacteriófagos
 Islas de Patogenicidad
 Transposones

30. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Muchos de los factores de virulencia están
codificados por elementos móviles o inestables
de la bacteria.
 Algunos de ellos son:
 Plásmidos
 Transposones
 Bacteriófagos
 Islas de Patogenicidad

31. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Los plásmidos son elementos extracromosomales que
se replican autónomamente
 Los transposones son elementos genéticos que se
desplazan dentro del cromosoma o a otros elementos
extragénicos
 Bacteriófagos son virus que infectan a las bacterias y
pueden establecer un ciclo lítico o lisogénico

33. PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA
 Los patógenos se dividen en dos tipos:
 Patógenos Primarios
 Causan daño e infectan individuos sanos.
 Infecciones exógenas
 Diferentes vías de entrada
 Tienen la capacidad de evadir al sistema
inmune
• Replicarse dentro del huésped

34. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Patógenos Secundarios
 Pueden aparecer después del daño dado por
un patógeno primario( sarampión).
 Pueden provenir del mismo huésped que
 Lo alberga como portador asintomático
neumococo, Hi, Sa Infecciones endógenas
• Requieren replicarse dentro del huésped
• Poseen factores auxiliares que les permiten evadir
al sistema inmune del huésped
• Los microorganismos comensales poseen factores
que evaden la respuesta del huésped, pero se
multiplican sin causar daño al huésped

35. CICLO DE VIDA DE UNA BACTERIA PATÓGENA
Endotoxinas
Exotoxinas
Agresinas
Accesibilidad del
nuevo huésped
Caracteres
intrínsecos
del parásito
Resistencia
al medio
ambiente
Desecación
Puerta de salida
Accesibilidad de la
puerta de salida
Sitio de alojamiento
PARÁSITO
PARÁSITO
Anticuerpos
Fagocito
Fiebre
Inmunidad
celular PARÁSITO
Sustancias
antimicrobianas
de los tejidos
Puerta de
entrada
pH hostil
Recubrimientos
mucosos
Trampas anatómicas
Aprovechamiento
del huesped como
nutriente

36. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

37. Factores de virulencia Ejemplos:
Factores de adherencia E. coli Diarreogénicas, UPEC,
V. cholerae, Listeria spp.
Toxinas UPEC, S. aureus, V. cholerae,
Clostridium
Adquisición de hierro UPEC, S. flexneri, Yersinia
spp.
Invasión E. coli Diarreogénicas,
Salmonella spp., Shigella spp.,
Listeria spp.
Sistemas de secreción de tipo
II, III, IV y V
E. coli Diarreogénica, Yersinia
spp., Salmonella spp., Shigella
spp., Helicobacter pylori.

38. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Estructuras
• Adhesinas
 Flagelos
 Pilis
• Intiminas
• Capa S
• LPS
• Cápsula
• Ácidos Lipoteicoicos
 Productos
extracelulares
• Toxinas
 Citotónicas
 Citotóxicas
• Proteasas
• Lipasas
• DNAsas
• Sideroforos
• Quitinasas
• Los factores de virulencia que una bacteria puede
presentar son:

39. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 El LPS es responsable de:
 Adhesión
 Inmunogénicidad
 Evasión de la respuesta inmune
 Induce liberación de citocinas
 TIENE ACCIÓN COMO ENDOTOXINA

40. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

41. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 La capa S y la cápsula le permiten a la
bacteria:
 Evadir la fagocitosis
 Captura de nutrientes
 Resistencia a la desecación y a la
desnaturalización por detergentes
 Producir biopelículas o biofilm

42. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Las adhesinas son estructuras de tipo proteico de la
superficie bacteriana
 Permiten la adhesión al epitelio o a la matriz extracelular
 Reconocen receptores en el tejido de las células
huésped
 Esto permite que las bacterias colonicen ciertas
regiones del huésped
 PUEDEN SER DE NATURALEZA PILIADA ( FIMBRIAL)
 NO PILIADA ( ACIDO LIPOTEICOICO)

43. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Las invasinas son proteínas que le
permiten a la bacteria invadir Y
PENETRAR DENTRO las células del
tejido y multiplicarse
 Les permite evadir la respuesta inmune
del huésped.

44. Sintesis y ensamble de Pili UPEC

45. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

48. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 En cepas de Escherichia coli EPEC y EHEC la
adherencia y el fenotipo de adherencia
localizada esta codificada en el plásmido EAF
 El plásmido EAF contiene el gen bfp que
codifica para una proteína de tipo pili que se
adhiere a células bacterianas para formar
microcolonias en el epitelio intestinal

49. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
Pili tipo IV

51. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 En el caso las cepas virulentas de Vibrio
cholerae y Corynebacterium diphtheriae
codifican una exotoxina que les confiere
virulencia y que esta codificada por un
profago insertado en el cromosoma

52. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 En Vibrio cholerae las tóxinas son CTX

53. Mecanismo de acción de toxina
colérica AB5:

54. TÓXINA DIFTERICA
Tripsina
Thiol
+
Arg Ser
TÓXINA
PM. 60, 000
B
PM. 39, 000
A
PM. 21, 150
NAD+ + EF2  ADP-Ribosil-EF2 +NADH+ + H+

56. LiberaciónMaduraciónAdherencia cel-cel
y proliferación
Unión al polímero
de superficie
Polímero de superficie
hidrofobicidad, AtlE, y Ac.
teicoicos
Unión a
proteínas de
matriz laxa
Expresión
agr en capas
expuestas
Proteínas de matriz,
SdrG, AtlE y Aae
PIA/PNAG, Ac.
Teicoicos, Bap
Formación del biopelícula
Etapas del proceso de formación del biopelícula.
Otto, 2009.
≠ Gram negativas

59. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Las islas de patogenicidad son elementos que se encuentran en
el genóforo bacteriano
 Contiene varios genes de virulencia
 Presentes en cepas virulentas y ausentes en cepas
avirulentas
 Porcentaje distinto de G+C en la isla con respecto
al genóforo bacteriano.
 Ocupan grandes regiones en el genóforo >30Kb
 Se asocian con los genes que codifican para tRNA
 Estan flanqueadas por secuencias repetidas
directas o por IS
 Son inestables

60. Isla genómica:
Es aquel fragmento de DNA que
codifica para diferentes funciones
y que dependen del contexto
ambiental en el que vive la
bacteria.

61. Phe-tRNA
Phe-tRNA
Phe-tRNA
Phe-tRNA
ΔintP4
Virulencia
intP4
int
int
Simbiosis
Captura de glucosa
Resistencia a
metacilina
Isla de patogenicidad
E. coli UPEC
Isla de simbiosis
Mesorhizobium loti
Isla metabólica
Salmonella senftenberg
Isla de Resistencia
Staphylococcus aureus

62. ISLAS DE PATOGENICIDAD
- E. coli Uropatogénica (Pai I, II, IV y V)
- E. coli Enteropatogénica y Enterohemorrágica (LEE,
Pai III)
- Yersinia spp (HPI)
- Salmonella typhimurium (SPI I, SPI II)
- H. pylori (Pai cag)
- V. cholerae (VPI)

63. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Las islas de patogenicidad codifican para
moléculas efectoras que controlan a la célula
huésped:
 Inducción de apóptosis
 Movilización de los filamentos de actina para
promover invasión
 Resistencia a Fagocitosis
 Invasividad
 Sistemas de secreción

64. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 En las mismas cepas de EHEC y EPEC
existe la isla de patogenicidad LEE que
confiere virulencia a esta cepa.
 LEE codifica los efectores para la
formación de la lesión del pedestal.

65. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

66. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
 Los factores de virulencia son secretados desde
el citosol de la bacteria por 7 mecanismos
distintos:
 Sec
 Autotransportadores
 Sistema de secreción tipo I
 Sistema de secreción tipo II
 Sistema de secreción tipo III
 Sistema de secreción tipo IV

68. FIG SSIV EN
BACTERIAS DIVERSAS

69. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

70. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

72. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

73. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

75. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

76. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

77. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

78. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
0 350
0
Sistema de secreción de
tipo III
Proteínas exportadas por el
sistema de secreción de tipo
III
Chaperonas (ces)
Intimina (eae)
Regulador Ler
Función desconocida
operones LEE 1 LEE 2 LEE 3 tir LEE 4

79. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

80. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

81. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

82. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

83. PAI LEE
 Tamaño de 35 Kb.
 Genes de los tRNAs selC o pheC.
 No contiene secuencias de inserción o de
fagos, sin embargo la cepa es resistente a
la infección con fagos.
 Es estable.

84. LEE EHEC
 Tamaño 43,359 pb.
 Río arriba del tRNA de selC.
 Relacionada con el genoma del fago
933L (miembro de la familia de P4 y
que funciona como sitio de integración
de los fagos de FR73).
 Fenotipo A/E.

85. Salmonella
SPI-1, SPI-2, SPI-3,
SPI-4 y SPI-5.

86. Salmonella

87. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

88. SPI-1
 45 Kb.
 Sistema de secreción de tipo III y
adquisición de Hierro.
 Se localiza en el minuto 63.
 Invasión y apoptosis.

89. Salmonella

90. SPI-2
 40 Kb.
 valV tRNA
 Sistema de secreción de tipo III, proteínas
efectoras y superoxidodismutasa.
 Proliferación intracelular y enfermedad
sistémica.

91. SPI-2

92. SPI-2

93. SPI-3
 18 Kb.
 SelC.
 Transporte de Magnesio.
 Sobrevivencia dentro del macrófago.

94. SPI-4
 25 Kb.
 Sistema de secreción de tipo I
 Sobrevivencia dentro del macrófago.

95. SPI-5
 7 Kb.
 tRNA serT
 SopB y Pip (secreción de fluidos y
respuesta inflamatoria)
 Enteropatogénesis

96. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

97. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

98. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

99. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

100. PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA
PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
• Las exotoxinas son proteínas.
• Se pueden obtener toxoides
Toxinas A-B
• Actividad enzimática ADP-ribosilación
• La porción B se une al receptor
• La porción A enzima activa

101. PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA
TEMAS COMUNES DE PATOGENICIDAD
FINLAY YFALKOW,1989,1997
Las exotoxinas son proteínas
Se pueden obtener toxoides
Toxinas A-B
Actividad enzimática ADP-
ribosilación
porción B se une al receptor
porción A enzima activa

102. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA
Toxinas proteolíticas
 Metaloendoproteasas con Zn: Botulínica.
Tetánica
 Toxinas formadoras de poros Citotoxinas
 Familia RTX, HL-Y Citolisinas que se activan SH

103. PATOGENICIDAD Y
VIRULENCIA

105.  bAREs Heterodimérica se une a GTP-proteínas
 CT de Vibrio cholerae y LT de E. coli comparten
80%de homología en AA
 Vacuna DTP se sustituye por Vacuna acelular
PT+HA filamentosa (FDA1991)
 Nueva vacunas acelulares con ingeniería genética
peligro de reversión a la forma toxigénica, se busca
buena inmunogenicidad
AB5

106. • Superantígenos SA, son moléculas bifuncionales de
exotoxinas que estimulan sistema inmune el receptor esta
en la célula T, se une al TCR y otro se une al MHC clase II.
• Se une a células B, monocitos y células dendríticas que
tienen receptores.
• SA no necesitan de procesamiento de CPA, interaccionan
directamente con T y comparten secuencias con la región
variable de la cadena vβ del TCR en la región v β. El
repertorio se atribuye a diferencias en la línea germinal v β y
va con rearreglos variados.
• En humanos hay en v β mas de 25 familias de acuerdo con
su secuencias que pueden interactuar con T.

111. TÓXINA BOTULÍNICA
 BoNTs y Tetánica TeNT bloquean la liberación
de neurotransmisores
 Los síntomas clínicos causados por BoNTs son
diferentes de los causados por TeNT, Ya que
BoNT es una toxina alimentaria y TeNT no.
 Usan diferentes rutas para transportar la cadena
L a su sitio de acción o a la producción de
complejos de proteínas

112. Categorias clínicas
 A) Botulismo clásico
 B) Botulismo de heridas (raro)
 C) Botulismo infantil (frecuente )
 D) “Clasificación indeterminada” en adultos
que sufren de enfermedad gastrointestinal
crónica; es similar al infantil, y ocurre en
casos de intestinos anormales,
(botulismo inadvertido)

113. TOXINA BOTULINICA
Mecanismo de acción
 Unión a vesículas sinápticas de los
nervios colinérgicos impidiendo la
liberación de acetil colina en la sinapsis
de los nervios periféricos incluyendo
uniones neuromusculares
 Parálisis flácida descendente

114. Factores asociados a la patogenicidad, Agresinas.
Staphylococcus aureus y sus toxinas
ENZIMAS EXTRACELULARES
 Coagulasa
Distingue S. aureus y otros SCN
• Reacciona con la prototrombina que convierte de fibrinógeno a fibrina
 Estafilocinasa y Urocinasa
 Disuelven coágulos
 Convierten el plasminógeno en plásmina
 Nucleasas
 Tiene actividad de endonucleasa y exonucleasa que degrada DNA
y RNA
 Hialuronidasa
 Lipasas

115. GRACIAS