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Resumen Bacterias Sordelli 1 CAPITULO 1: ESTRUCTURA BACTERIANA BACTERIAS Se definen como organismos unicelulares que poseen vida libre y que se reproducen por fisión binaria. Estos contienen todos los componentes necesarios para su crecimiento y reproducción (Información genética, Sistemas productores de energía, etc.), hay excepciones como por ejemplo genero Chlamydya y Rickettsia que deben parasitar una célula eucariota para subsistir. Carecen de núcleo verdadero por lo que al no poseer una membrana que compartimentalice el material genético, se facilita la síntesis proteica. CLASIFICACION: Según su morfología: -Esféricas: Cocos -Bastón: Bacilos -Onduladas o Espiraladas: Espirilos o Espiroqueta. En esta clasificación entra también el plano de división, siendo Diplo (cocos/bacilos) cuando se agrupan de a pares; Tetrada cuando se agrupan de a 4; Estrepto (cocos/bacilos) cuando el plano de division es de 1 solo sentido; Estafilo (cocos/bacilos) cuando el plano de division es azaroso. Tambien pueden dar apariencia de Letras chinas cuando los Estreptobacilos giran sobre su eje de division o bien formar Empalizadas. Según su nutrición: Autótrofas (fotosintéticas: fabrican sus nutrientes utilizando la luz) y Quimiosintéticas (utilizan distintos componentes químicos extracelulares para subsistir) Según su metabolismo: -Aerobias Estrictas: Requieren O2 como ultimo aceptor de electrones por lo que esta molécula es indispensable para su supervivencia. Realizan metabolismo oxidativo (Catalasa+, SOD+, CyT+) -Anaerobias Estrictas: Utilizan sales inorgánicas para transferir los electrones. Realizan metabolismo fermentativo. El oxigeno es nocivo para las mismas (Catalasa- , SOD- , CyT -) -Aerobias y anaerobias facultativas: pueden cambiar su metabolismo según las condiciones externas a las que se enfrentan (Catalasa+, SOD+, CyT+). -Aerotolerante: Realizan metabolismo fermentativo pero pueden vivir en ambientes con O2 (Catalasa+, SOD+, CyT+) -Microaerofilo: Realizan metabolismo oxidativo pero crecen en condiciones de baja PO2 (5 - 10% O2) (Catalasa, SOD y CyT + en muy baja concentracion. Según su tinción: -Gram+ (violeta): retienen el colorante -Gram- (Rosa) -NoGram (BAAR y BNAAR) INTERIOR DE UNA BACTERIA Es simple comparado con el de una eucariota. Contiene al citoplasma en donde se pueden observar 2 regiones: Fibrosa: contiene el nucleoide el cual es una región del citosol donde se encuentra condensado el ADN que compone el cromosoma bacteriano sin la existencia de una membrana nuclear delimitante Granular: contiene ribosomas. Muchas bacterias contienen además Plasmidos (ADN circular extracromosomico) los cuales expresan la información que le atribuye adaptación a la bacteria. También contienen gránulos de reserva que contiene material nutritivo. Salvo excepciones (esporas), no existen dentro de la bacteria otras estructuras. Resumen Bacterias Sordelli 2 ESTRUCTURA Y ENVOLTURAS CELULARES: Las bacterias se componen de un sistema de envolturas que de adentro hacia afuera están limitadas por: I. Membrana citoplasmática: es una bicapa formada por fosfolipidos y proteínas (con mayor cantidad de esta) cuya función fundamental es de actuar como barrera permeable selectiva y participar en la secrecion hacia el exterior de proteínas, tales como exotoxinas capaces de producir enfermedad. Esta estructura también puede presentar mesosomas (repliegues hacia el interior del citosol que se anclan al genoma) los cuales parecen tener la función segregar las cromatides hijas durante la división celular. Además es el sitio en donde se sintetiza el ADN, los polímeros que componen la pared celular y los lípidos de membrana sumando también que aquí se da el proceso de respiracion celular. II. Pared Celular: Esta es rígida y rica en Peptidoglicano. Está presente en todas las bacterias (excepto micoplasmas) y desarrolla funciones vitales para la bacteria tales como: - proteger a la misma de la diferencia de presión osmótica entre su medio interno y el exterior. -actuar como barrera para sustancias toxicas quimicas y biologicas presentes en el medio externo- -ser el sosten de la bacteria ya que esta estructura es rigida. Existen 2 tipos de pared bacteriana que pueden diferenciarse por sus caracteristicas tintoriales: Pared celular de los Gram(+): Tiene un grosor mayor que la de los Gram(-) y posee 2 componentes fundamentales, Peptidoglicano y acidos teicoicos (estos ultimos sirven de adhesion y son determinantes antigenicos que definen la individualidad inmunologica de esas bacterias) y otros carbohidratos y proteinas. El componente que se encuentra en mayor cantidad es la mureina, un peptidoglicano presente solo en procariotas. La pared celular es estable y resiste el ataque de las enzimas de los mamiferos, con excepcion de la Lisozima que la degrada. Las bacterias poseen enzimas que se encargan de regular la sintesis y degradacion de esta pared. La Mureina hidrolasa (al ser estimulada por la PBP, proteina de union a la penincilina, llamada asi debido a que se inhibe con penincilina) degrada la pared bacteriana evitando su exceso y la Transpeptidasa tiene un rol clave en la produccion de la pared, sintetizando al acido muramico. Cuando la Enzima se inhibe se producen estructuras llamas protoplastos . Pared celular de los Gram(-): Su espesor es menor con respecto a las Gram (+) por lo que la cantidad de mureina es menor, pero forma una fina y muy resistente monocapa que protege a la bacteria de la baja osmolaridad exterior y le da su forma. carece de acidos teicoicos. el tratamiento de estas bacterias con lisozima o atb de las penincilinas, genera formas esferoidales que han perdido parte pero no todas sus envolturas, denominadas esferoplastos. Mas externamente, Y SOLO EN LAS GRAM (-), se encuentra una segunda envoltura, la membrana externa, la cual funciona como una barrera permeable para ciertas sustancias como antimicrobianos. Esta membrana se compone por fosfolipidos, porinas y lipopolisacaridos (LPS) un componente altamente toxico para el humano. El LPS se compone de Lipido A (endotoxina que induce la inflamacion), el core (estructura conservada) y las cadenas laterales que definen al antigeno somatico "O". La abundancia de este LPS constituye una barrera que impide el pasaje de cualquier molecula organica hacia el interior de la bacteria y bloquea la entrada de moleculas hidrofobicas (algunos ATB), le da una efectiva proteccion contra enzimas digestivas y detergentes como las sales biliares y dota a la superficie bacteriana con una fuerte hidrofilicidad que le permite a la celula evadir la fagocitosis, tener resistencia al complemento evitando asi la respuesta inmune innata como la especifica por alteracion de la superficie antigenica y aderirse a ciertas celulas del hospedador. Por último, esta membrana se ancla a la membrana interna mediante lipoproteinas de anclaje y la region delimitada entre la membrana externa y la interna, espacio donde se situa la pared celular, constituye el periplasma (involucrado en el metabolismo energético, que se basa Resumen Bacterias Sordelli 3 en la alimentación por procesos activos de diferencias de composición química, concentración osmótica y carga eléctrica entre este compartimento y el citoplasma.) III. Capsula y matrices exopolisacaridas: por fuera de la membrana externa de los Gram (-) y la gruesa pared de los Gram (+) se encuentra esta cubierta continua formada por un gel hidrofilico. Es una estructura firme con bordes definidos, de no ser así se denomina glucocalix, matriz exopolisacarida o seudocapsula. se conocen 3 tipos de capsulas: 1) Macrocapsula: de gran espesor y en algunos casos de mayor tamaño que el cuerpo de la bacteria. 2) Microcapsula: delgada pelicula poco visible que cubre la superficie de la pared. 3) Capa mucilaginosa o slime: es un estrato gelatinoso semisolido adherido en forma laxa a la pared que tienefuncion de adhesina. la gran mayoria de las capsulas estan formadas por polisacaridos de glucosa y glucosamina que conforman determinantes antigenicos. funcionalmente la capsula confiere proteccion contra la fagocitosis y ademas es un factor de patogenicidad. Las bacterias acapsuladas generan colonias rugosas -r, mientras que las capsuladas generan colonias Lisas S. OTRAS ESTRUCTURAS BACTERIANAS otras estructuras que pueden estar presentes en algunas bacterias son: Flagelos, pili sexual, fimbrias y Esporas. Flagelos: son órganos de motilidad presentes en un amplio número de especies (spp). están formados por una proteína contráctil llamada flagelina, se originan en la membrana citoplasmática, en un granulo denominado cuerpo basal. son organelas de locomoción. Una bacteria puede tener desde 1 a varios. de acuerdo a su localizacion se denominan: - Monotricas: presenta un solo flagelo - Lofotricas: presentan un mechón de flagelos en un polo - Anfitricas: tienen un mechón de flagelos en cada uno de sus polos -Peritricas: tiene flagelos alrededor de la célula. -Atricas: no presentan flagelos. En las bacterias Gram(-) los flagelos se anclan por medio de 4 anillos, 2 asociados a la membrana externa y otros 2 en la membrana interna, mientras que en las Gram(+) solo 2 en la membrana plasmática. IMPORTANTE: LAS FLAGELINAS SON RECONOCIDAS POR TLR-5 Pili sexual: son estructuras rígidas, propias de las Gram (-) formadas por una proteína llamada pilina que forman un tubo por donde se realizara el intercambio de material genético durante la conjugación. En su extremo distal hay una adhesina que contacta con el receptor presente en otra bacteria. Aquellas bacterias que presenten un pili sexual se denominaran cepas F+ (macho) mientras que aquellas que no posean seran cepas F- (hembra). Fimbrias: (o pili no sexuales) son un poco más cortos que los pili sexuales, están presentes en un elevado número y recubren la superficie de la célula. Funcionan como órgano de adherencia y permiten que las bacterias patógenas se adhieran a los epitelios. En algunas especies bacterianas la información genética que codifica para los pili esta contenida en plásmidos, por lo que no se localizaría en el cromosoma. Esto permite que la expresión de las fimbrias sea variable y por mecanismo de selección, ganarse o perderse con facilidad. En su extremo distal pueden poseer Adhesinas (Lectina) por lo que los receptores de las mismas se hallan en el huesped. Esporas: son formaciones con bajo contenido de agua, que algunas bacterias producen en condiciones nutritivas desfavorables o de estres. solo unas pocas especies bacilos Gram(+) pueden esporular Resumen Bacterias Sordelli 4 (clostridium y Bacillus). las esporas NO SON ORGANOS DE REPRODUCCION, SINO RESISTENCIA. Dicha resistencia se debe a que la espora presenta bajo contenido en agua presenta varias envolturas que la rodean, carecen de compuestos de alta energia como ATP y otros nucleosidos trifosfato, presenta diplicolinato de Ca, una sustancia que le otorga resistencia al calor y solo se encuentra presente en este estadio. Además el ADN de la espora se halla unido a unas proteinas alfa/beta SASP (small acid soluble proteins) que disminuyen el daño termico del ADN evitando la depurinizacion y cambian la reactividad fotoquimica del mismo frente a Rayos UV. Las endosporas pueden tener distinta localización dentro del bacilo (terminal, subterminal y central). PROCESO DE ESPORULACION: 1) replicación del cromosoma e invaginación de la membrana plasmática (el ADN de la futura espora queda rodeado por una membrana) 2) Perdida de agua de la espora y deposito de diplicolinato de Ca formando el cortex 3)Deposito de otras capas 4) Muerte de la bacteria y liberación de la endospora. ESTE APUNTE NO BUSCA REEMPLAZAR LA BIBLIOGRAFIA OFICIAL RECOMENDADA POR LA CATEDRA, SINO TRATAR DE AMOLDAR EL CONTENIDO PARA QUE EL APRENDIZAJE SEA MAS EFECTIVO Y SE PUEDA ABORDAR LOS TEMAS DE UNA MANERA MAS AGIL. ES INDISPENSABLE QUE SE LEA EL MATERIAL RECOMENDADO POR LA CATEDRA LUEGO DE HABER ENTENDIDO LOS CONTENIDOS MENCIONADOS EN EL APARTADO. Resumen Bacterias Sordelli 1 CAPITULO 2: FISIOLOGIA BACTERIANA En esta sección vamos a describir de que manera los distintos componentes químicos y estructuras bacterianas interactúan entre sí con el medio que las rodea para permitir su crecimiento y supervivencia. Como sabemos, el crecimiento bacteriano requiere una fuente de energía y materia para fabricar todas las estructuras que conforman la maquinaria estructural y bioquímica que constituye la bacteria. CRECIMIENTO BACTERIANO El crecimiento bacteriano abarca 3 grandes áreas de estudio: I. Metabolismo Bacteriano: genera el material celular a partir de componentes simples presentes en el medio II. Regulacion: regulación del metabolismo que implica la coordinacion de diversos procesos metabolicos permitiendo la sintesis coordinada y eficientes de los distintos componentes y estructuras bacterianas en su justa medida III. Division Celular: resulta en la formacion de 2 celulas hijas independientes a partir de una unica celula. METABOLISMO BACTERIANO El metabolismo bacteriano involucra muchos procesos semejantes a los de las eucariotas. Algunas particularidades de estos son: Este metabolismo está adaptado para el crecimiento veloz por lo que una vez encontradas las condiciones propicias la bacteria se multiplicara. Por ejemplo al invadir a un huesped. La bacteria es versátil en cuanto al tipo de nutrientes que puede utilizar para producir energia con lo cual la misma puede vivir y multiplicarse en ambientes donde otros organismos no pueden hacerlo. La bacteria tiene versatilidad en el uso de oxidantes, no se limita solo al uso del O2 por lo que estas pueden desarrollarse incluso en ausencia del mismo lo que les otorga una ventaja frente a otros microorganismos y al mismo huesped cuando carece de oxigenacion. Al no poder usar todos los caminos biosinteticos, se ha permitido clasificar a las bacterias en generos y especies al determinar que componentes moleculares pueden procesar o que moleculas son capaces de producir y liberar al medio de cultivo (HdC, Prot, Lipidos, etc.) La sencillez de la bacteria le permite sintetizar macromoléculas por mecanismos menos complejos lo que atribuye al aceleramiento de replicación bacteriana (la desventaja se rige en que este proceso no tiene fuerte regulación, lo que conllevaría al error en la biosintesis, arraigando problemas a las nuevas células hijas) Hay procesos biosinteticos unicos en la bacteria, tales como la sintesis de mureina, acidos teicoicos y lipopolisacaridos. Esto tiene utilidad práctica en el diseño de ATB. Reacciones de abastecimiento: Son reacciones que proveen la energia y los 12 precursores para la biosintesis (componentes ya vistos en bioquimica). Las moléculas que no pueden ser sintetizadas debenser obtenidas del medio que las rodea. *Recordatorio: las únicas moleculas que penetran por difusión simple son CO2, O2 y H2O. La mayoria de los nutrientes ingresan a la bacteria por difusión facilitada en la que intervienen proteinas transportadoras, otras ingresan por transporte activo. *Recordatorio: las únicas moleculas que penetran por difusión simple son CO2, O2 y H2O. La mayoria de los nutrientes ingresan a la bacteria por difusión facilitada en la que intervienen proteinas transportadoras, otras ingresan por transporte activo. Resumen Bacterias Sordelli 2 Fermentacion y Respiracion: Cuando los HdC y otras moleculas pequeñas ingresan al citoplasma, estas se metabolizaran con el fin de actuar como fuentes de carbono o energia mediante distintas vías biosinteticas (por ej Ciclo de Krebs) para generar los precursores moleculares. Fermentacion: (metabolismo fermetativo) se produce el transporte de electrones y protones hacia un aceptor organico comoel Piruvato reduciendose a Lactato o en otros acidos y alcoholes. Este metabolismo es poco eficiente para la sintesis de ATP ya que consume muchos azucares y genera poca cantidad de ATP Respiracion: (metabolismo Oxidativo) el procesamiento de los HdC esta acoplado al transporte de electrones a traves de una cadena respiratoria en donde el ultimo aceptor es el O2. Este metabolismo es mucho más eficiente para la biosintesis de energia. En base a esto existen entonces reconocemos Bacterias Fermentadoras y No Fermentadoras. Las primeras utilizan Azucares simples que descomponen a Lactato y Acetato (modifican el ph) mientras que las segundas los oxidan a CO2 y H2O sin modificar la acidez del medio. Por otra parte ambos tipos de bacterias pueden comportarse de distinta forma frente al O2, con esto podemos determinar que hay bacterias que son sensibles e insensibles ante la presencia del O2 y esto se debe a que esta molecula al disociarse genera ESPECIES REACTIVAS DE O2, los cuales son altamente nocivos para la bacteria. Sobre lo mencionado se pueden clasificar las bacterias en base a su tolerancia a esta molécula, siendo... Tipo de Bacteria Crecimiento en medio Produccion de Catalasa y SOD Comentario Ejemplos aerobico anaerobico Aerobia estricta + - + Crece en presencia de O2, M! Ox Mycobacterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa Anaerobia Estricta - + - Crece en total ausencia de O2, M! Ferm Clostridium botulinum Facultativa + + + Crece con o sin O2, Ambos M! Escherichia coli, Shigella Dysenteriae Aerotolerante (2 -6% O2 sin perder viabilidad) + + - Crece con o sin O2, Solo M! Ferm Streptococcus Pyogenes y Pneumoniae Microaerofilica + (escaso) + + (escasa) Crece en muy baja PO2 , Fermenta y oxida algunos intermediarios Campylobacter jejuni Reacciones de Polimerización: (replicacion) En las bacterias se lleva a cabo mediante la participación de 12 o más proteínas que actúan sobre un pequeño numero de horquillas de replicación donde el ADN se sintetiza a partir de unidades de dATP, dGTP, dCTP y dTTP. La replicación inicia en un sitio llamado OriC u origen de replicación. La síntesis procede de manera bidireccional a partir del OriC en forma semiconservativa ya que cada cadena de ADN sirve como molde para la síntesis de la cadena complementaria. La replicación continua hasta que las 2 horquillas de replicación se encuentran en el lado opuesto del cromosoma. Algo característico de este fenómeno es que antes de finalizar la replicación completa, ya se inicia la replicación nuevamente por lo que a partir de 1 cromosoma pueden llegar a obtenerse 4 en 1 solo evento (Sordelli Cap. 2, pág. 4) Resumen Bacterias Sordelli 3 Transcripcion: todas las formas de ARN (ARNr, ARNm y ARNt) se sintetizan a partir de la misma ARNpolimerasa bacteriana. Al no existir una membrana que separe el componente genético, el ARNm no sufre regulaciones tales como modificaciones postranscripcionales, por lo que su traducción inmediatamente luego de la transcripcion (simultanea). Traduccion: Las bacterias activan 20 unidades de aminoacidos por medio de una asociacion especifica a los ARNt. Los aminoacil-ARNt se asocian a ribosomas y se polimerizan para formar las cadenas polipeptidicas de acuerdo a la secuencia de codones de un ARNm particular. Una vez que cedieron sus aminoacidos, los ARNt se liberan del ribosoma y reinicia el ciclo de aminoacilacion. Reacciones de Ensamblado: puede ocurrir en forma espontanea por medio de autoensamblado, o mediado por ensamblado guiado . Hay macromoleculas que se construyen en el mismo sitio de ensamble, como por ejemplo el LPS en la membrana externa. Division celular: como sabemos, las bacterias se multiplican por fision binaria. Mencionamos anteriormente tambie que la bacteria emplea una nueva replicacion del cromosoma antes que la anterior haya sido completada de manera tal que en bacterias que se estan dividiendo rapidamente, se pueden encontrar multiples pares de horquillas de replicacion activas en un mismo cromosoma (Ver fig 2, Sordelli, Cap.2 Pag. 4) . Asi las celulas hijas heredan cromosomas que ya estan parcialmente replicados. DESARROLLO EN CULTIVO:definiciones Medio de cultivo: Es una solucion de nutrientes que permite el crecimiento de una bacteria. Un medio liquido puede solidificarse por agregado de un agente gelificante como el agar. El cultivo liquido sobre una superficie solida se denomina inoculacion. Una bacteria confinada en un medio determinado se define como cultivo. El cultivo sera puro si pertenece a una misma cepa de una misma especie (poblacion homogenea). Las bacterias en tal medio formaran pequeñas masas visibles denominadas colonias en las cuales todas las bacterias hijas (clones) procederan a partir de una bacteria madre o unidad formadora de colonias (UFC) . El cultivo en un medio liquido puede ser evaluado por muestreo sucesivo y siembra cuantitativa en placas de agar o por la turbidez del cultivo. La replicacion bacteriana en medio liquido depende de 3 factores: 1) Especie bacteriana 2) Composicion del medio de cultivo 3) Temperatura. El tiempo que necesita un cultivo para duplicar su masa constituye el Tiempo medio de generacion (TMG). Las bacterias que crecen a baja temperatura se denominan Psicrofilas, las que crecen a altas temperaturas Termofilas y entre estos extremos se encuentran las Mesofilas, es decir aquellas que crecen a temperatura ambiente. En este último grupo se incluyen a casi todas las bacterias que afectan al humano. REGULACION Y ADAPTACION Las reacciones metabolicas de las bacterias deben transcurrir de forma coordinada. Dado que las bacterias poco pueden hacer para controlar el ambiente donde se encuentran, deben adaptar su metabolismo a tales condiciones de manera sincronizada. Cuando se introduce a las bacterias en un medio de cultivo inocuo, estas deben adaptarse primero. Este primer periodo de cultivo se denomina Fase de Latencia en la cual las bacterias sintetizan todas las enzimas y constituyentes vitales que requieren para hacer un optimo uso de los nutrientes del medio. Resumen Bacterias Sordelli 4 Ya adaptadas, las bacterias comienzan a multiplicarse hasta alcanzar la velocidad maxima de replicacion. en esta fase logaritmica o exponencial la velocidad de replicacion se vuelve constante y la proporcion de bacterias que mueren es minima. A medida que transcurre el tiempo las condiciones del medio comienzan a modificarse como consecuencia de la alta poblacion bacterial: El Ph se modifica, la concentracion de nutrientes disminuye, se secretan metabolitos que pueden llegar a ser nocivos para la bacteria y el ritmo de multiplicacion disminuye, se dice entonces que se llego a la fase estacionaria de crecimiento. En esta fase las bacterias se adaptan a las nuevas condiciones del medio y el ritmo de mutliplicacion se iguala al ritmo de muerte bacteriana. Pasada ya esta etapa, se entra en la fase de declinacion en donde el numero de bacterias que muere es mayor con respecto a las que se multiplican (Fig 3. Sordelli. Cap 2. Pag 5) CONTROL DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA Simplemente una aclaracion de que a medida que ocurren las diversas reacciones, el producto terminal de la sintesis actua sobre una enzima alosterica situada al principio de las reacciones produciendole una retroalimentacion negativa o inhibicion por producto final. De esta forma la bacteria sintetiza solo las unidades moleculares que necesita. CONTROL DE LA EXPRESION GENICA: Como ya se sabe, este control es mas lento pero mas prolongado en el tiempo y afecta a la cantidad de enzimas presentes en el medio, es decir aumentara o disminuira la expresion de genes que codifican las mismas que se traduce en la cantidad presente. SUPERVIVENCIA BACTERIANA Reacciones de estres bacteriano: El objetivo de la bacteria es Multiplicarse y perdurar. Cuando las condiciones del medio se vuelven desfavorable para lograr dichosobjetivos la bacteria debera efectuar los diversos mecanismos que le permitan sobrevivir: Expresion de regulones: Los regulones son un sistema de emergencia que consiste en al menos 17 genes que se activan cuando se produce un daño en el ADN. Los productos de estos genes participan en la reparacion del ADN y evitar la division celular durante la reparacion. otro sistema es el Regulon HTP que son 17 genes que participan en la proteccion de la bacteria frente a un incremento en la temperatura, permitiendo la expresion de HSP o chaperonas que se encargan de evitar la desnaturalizacion de las diversas proteinas. Esporulacion: Formacion de una espora en respuesta a la falta de nutrientes o desecacion de ciertas bacterias. Las esporas son muy resistentes al calor, desecacion, radiacion, ataque de acidos y desinfectantes quimicos y pueden permanecer latentes durante muchisimo tiempo. Este fenomeno puede darse durante la fase de declinacion. Si la espora se encuentra en condiciones apropiadas, inicia un proceso de diferenciacion denominado Germinacion que conduce a la generacion de la forma vegetativa de la bacteria Motilidad y quimiotaxis: propulsion mediante la accion de flagelos. Estos rotan en forma simultanea en el mismo sentido y alternan sus periodos de rotacion en uno y otro sentido alternativamente. La quimiotaxis es el movimiento de la bacteria hacia sustancias quimicas que la atraen denominadas quimitacticas o de alejamiento de sustancias repelentes. La bacteria presenta memoria y adaptacion para este mecanismo y responde al estimulo quimitactico utilizando receptores para el quimitactico modifica su patron de movimiento. Resumen Bacterias Sordelli 5 ESTE APUNTE NO BUSCA REEMPLAZAR LA BIBLIOGRAFIA OFICIAL RECOMENDADA POR LA CATEDRA, SINO TRATAR DE AMOLDAR EL CONTENIDO PARA QUE EL APRENDIZAJE SEA MAS EFECTIVO Y SE PUEDA ABORDAR LOS TEMAS DE UNA MANERA MAS AGIL. ES INDISPENSABLE QUE SE LEA EL MATERIAL RECOMENDADO POR LA CATEDRA LUEGO DE HABER ENTENDIDO LOS CONTENIDOS MENCIONADOS EN EL APARTADO. Resumen Bacterias Sordelli 1 CAPITULO 3: VARIACION BACTERIANA Genoma Bacteriano Es el conjunto de informacion genetica de un individuo contenida en el ADN. En las bacterias el mismo puede estar formando parte de un unico cromocoma circular como tambien de otras estructuras. ELEMENTOS DEFINICIONES FUNCIONES Cromosoma Elemento genético que codifican los ARN ribosomales. doble cadena, generalmente circular. Expresión de genes. Replicación y recombinación. Plasmidos ADN extracromosomal que constituye una unidad de replicacion independiente del cromosoma Elementos genéticos accesorios que pueden atribuir adaptación de la bacteria al medio permitiéndole su evolución Transposones Segmentos de ADN que pueden movilizarse de forma autonoma en diversas partes del genoma. contiene genes estructurales (factores de virulencia, resistencia a ATB, etc) Pueden causar mutaciones por adicion o delecion. codifican una enzima la Transposasa que permite su propia transposicion. Pueden integrarse a cromosomas o plasmidos. Secuencias de Insercion Idem Transposones con la diferencia de carecer de genes estructurales Generan reordenamientos (inversiones o duplicaciones). Ofrecen sitios para la integración de plásmidos al cromosoma. Bacteriófagos Virus que infectan bacterias. Cumplen un ciclo de replicación dentro de la misma pudiendo conducir a su lisis. puede insertarse en el genoma bacteriano Como profagos pueden codificar factores de patogenicidad de la bacteria Integrones Elementos genéticos que permiten la inserción de diferentes genes individuales y les ofrece un promotor para que se expresen Contribuyen a la evolución de los plásmidos y transposones Genes Cassette Pequeños elementos móviles conformados por 2 componentes funcionales: un gen y un sitio de recombinación al final del cassette Representan una forma muy eficiente de empaquetar información genética CROMOSOMA BACTERIANO: ORGANIZACION Y FUNCION como sabemos, las bacterias carecen de un núcleo verdadero ya que no poseen una membrana nuclear que compartimentalize el material genético, por lo que el único cromosoma que poseen se halla en una región citoplasmatica llamada nucleoide. El cromosoma bacteriano consiste en una molécula de ADN doble cadena circular superenrrollada (hay excepciones). El cromosoma bacteriano está asociado a una variedad de proteinas conocidas como simil histonas que pueden controlar la expresión de un determinado número de genes que codifican factores de patogenicidad. En la bacteria la síntesis de ADN cromosomal se da en el replicón, unidad de replicación independiente que posee toda la maquinaria biosintetica (todo el cromosoma puede considerarse asi). La replicación del ADN inicia en un punto dado de la molécula circular denominado ori el cual debe estar expuesto para que el fenómeno pueda darse. El cromosoma bacteriano es el unico elemento del genoma que porta los genes que codifican los ARNribosomales. Las funciones principales del cromosoma son 2: Replicacion y expresion de los genes. El cromosoma posee numerosas unidades funcionales (Genes o cistrones) que codifican: ARNm; ARNt y ARNr. Los genes primero se transcriben en el ARN por una ARNpol ADNdependiente y luego se traduce en polipeptidos. Resumen Bacterias Sordelli 2 PLASMIDOS: ORGANIZACION Y FUNCION. Un plasmido es una molecula de ADN doble cadena extracromosomal que se replica en forma autonoma siendo entonces un replicon. Puede formar parte del genoma y ser un componente estable de la bacteria. Se clasifican en familias de incompatibilidad. Aquellos que no son heredados por ambas celulas hijas se dice que son incompatibles y aquellos que si, presentaran un mismo mecanismo de replicación. El destino de un plasmido puede ser: 1) Residir dentro de la célula como tal 2) Integrarse al cromosoma 3) Perderse. Su función principal es contribuir a la adaptación de la bacteria al medio y por lo tanto a su evolución aportando genes que codifican resistencia a ATB y factores de patogenicidad como por ejemplo invasinas, exotoxinas, sideroforos y bacteriocinas, entre otros. En resumen un plasmido puede considerarse un transportador de genes. TRANSPOSONES Y SECUENCIAS DE INSERCION: ORGANIZACION Y FUNCION El transposon: es un elemento genético que se caracteriza por su capacidad de movilizarse en el genoma bacteriano. Consiste en un elemento de ADN doble cadena que contiene genes estructurales flanqueados por secuencias repetidas de nucleótidos. Su función principal es codificar factores de virulencia y resistencia a ATB. Además codifica una enzima, la Transposasa que permite la transposición de este elemento. Secuencias de insercion (IS): son secuencias de nucleotidos de 700 a 1400 pares de bases, generalmente flanqueadas por secuencias de nucleotidos repetidas. Al igual que los transposones, codifican transposasas que les permiten su movilizacion. Al insertarse en cualquier parte del genoma pueden modificar la expresion del gen en el cual se insertan. Sus funciones principales son: 1) Modificar la expresion de genes. 2) Promover el reordenamiento del genoma 3) Actuar como vectores de genes no transponibles al flanquear genes no moviles. En resumen, tanto para los transposones como secuencias de inserción, su función contribuye a las mutaciones por adición o delecion del material genético. Permiten generar reordenamientos como inversiones o duplicaciones asi como intervenir en la integracion de los plasmidos al cromosoma proveyendo las secuencias nucleotidicas necesarias para su reconocimiento por el sistema recA (proteina RecA) y producir la recombinacion. BACTERIOFAGOS Son virus que infectan a las bacterias y cumplen un ciclo de multiplicacion dentro de ella conduciendo a la lisis bacteriana. El fenoma delos fagos puede estar constituido por: 1) ADN simple o doble cadena 2) ARN simple o doble cadena Dentro de la celula, estos se multiplican mendiante sintesis separada de sus componentes y luego se ensamblan para formar un virion. Posteriormente los fagos inducen la lisis de las bacterias mediante la sintesis de enzinas como la mureina hidrolasa que rompe la pared bacteriana. Cuando el fago infecta una bacteria este puede cambiar su estilo de vida e integrarse al genoma, dando lugar al ciclo lisogenico en el cual la celula no muere pudiendo reproducirse con el nuevo material genetico integrado denominado profago. Resumen Bacterias Sordelli 3 RECOMBINACION HOMOLOGA Es un proceso biologico fundamental para 1) El mantenimiento de la integridad del genoma (reparacion del ADN) 2) La adecuada segregacion de los cromosomas RESTRICCION DEL ADN Las bacterias poseen un sistema de enzimas que pueden proteger su genoma por modificacion o restriccion. La modificacionocurre generalmente por metilacion mediada por la actividad de metilasas las cuales protegen el ADN propio recien sintetizado de la accion de las endonucleasas bacterianas. Esta restriccion es el resultado de la accion de enzimas de restriccion que degradan el ADN no propio o aquel que no esta metilado. VARIACION GENETICA EN LAS BACTERIAS. *Algunas definiciones: Genotipo: conjunto de caracteristicas geneticas de una bacteria Fenotipo: expresion del genotipo. Diversidad clonal: diferencias genotipicas entre distintas cepas de una misma especie. un clon es un conjunto de bacterias que derivan de un ancestro en comun como resultado de una misma cadena de replicacion. cepa bacteriana es sinónimo de clon. Mutacion: variacion o modificacion en el genoma bacteriano al cambio en la secuencia de nucleotidos que sufre una bacteria. Mecanismos de variacion genetica en bacterias. Modificacion del genoma (adquisicion, perdida o reemplazo de ADN) PROCESO MECANISMO EFECTO Mutacion Cambio en la secuencia de nucleotidos por diversos mecanismos de mutacion: Puntual; Adicion; Delecion y Reordenamiento Base de la diversidad clonal. Permite la evolucion bacteriana Transmision horizontal de genes Transformacion: captura de ADN libre por bacterias competentes. Adquisicion de nueva informacion genetica Conjugacion: adquisicion, perdida o intercambio de plasmidos o transposones conjugativos Adquisicion, Perdida o intercambio de informacion genetica Transduccion: adquisicion de genes mediante fagos. Requiere de recombinacion homologa Adquisición de nueva informacion genetica Variacion en la expresion de genes PROCESO MECANISMO EFECTO Regulacion por reordenamiento de secuencias Amplificaciones, inversiones, recombinaciones Fenomenos de variacion de fase y de variacion antigenica Regulacion Transcripcional Activacion o represion de la expresion de un gen o grupos de genes Expresion de genes ante una señal del entorno. Regulacion Postranscripcional Modificacion de una proteina ya sintetizada Activacion de proteinas Resumen Bacterias Sordelli 4 La informacion contenida en el genoma bacteriano esta en constante modificacion en respuesta a factores ambientales. La variacion genetica en bacterias se da por una serie de mecanismos tales como: Mutaciones, Transmision horizontal de genes, Regulacion por reordenamiento de secuencias, transcripcional y postranscripcional (Ver tabla). La variacion genetica implica la seleccion de una bacteria mutantemientras que la variacion fenotipica tiene lugar cuando todas las celulas sufren una modificacion en una o en varias caracteristicas en respuesta a un cambio en el medio ambiente que no involucran cambios estables en el genoma. Las mutaciones que involucran el cambio de una sola base por otra se denominan Mutaciones Puntuales, la reversion de la misma se denomina retromutacion. En las bacterias pueden existir 2 tipos de mutaciones: 1) Espontaneas, producidas al azar y de baja frecuencia de aparición. 2) Aquellas que se producen en forma dirigida y con una alta velocidad en ciertos genes. Mutaciones Inducidas: se pueden dar por agentes físicos y químicos. Dentro de los quimicos existen 3 tipos diferentes 1) Analogos de las bases 2) Agentes intercalantes 3) Aquellos que actuan alterando la estructura del ADN en ausencia de replicacion Mutaciones por adicion o delecion: se deben a la ganancia o perdida de una sola base, de secuencias enteras de nucleotidos. El mecanismo de transposicion, al producir movilizacion de genes dentro del genoma bacteriano, puede originar mutaciones por adicion. Mutaciones por reordenamiento: un ejemplo puede ser reordenamiento por amplificacion, que puede acompañarse de deleciones del ADN adyacente con cambios en el fenotipo. Puede ocurrir cuando la celula entra en un estado hipervariable. Una poblacion bacteriana bajo estado de estres se vuelve hipervariable y muestra una alta frecuencia de mutacion en todos sus genes. Regulacion por reordenamiento: (amplificacion, variacion de fase, variacion antigenica) esta puede deberse a la amplificacion de un gen. Por ejemplo, si un determinado gen se encuentra en un transposon, los eventos de transposicion puede originar multiples copias. El mecanismo de reordenamiento por inversion de segmentos geneticos determinan si un gen va a ser transcripto o no. Aquí la región promotora de un gen o de un operon se encuentra sobre un segmento de ADN "invertible" que en una orientación conduce a la transcripcion del gen mientras que en la otra no puede hacerlo. Este mecanismo regula por ejemplo, la expresion de genes que codifican proteinas estructurales. Ademas los mecanismos de reordenamiento pueden tambien dar lugar a la modificacion de la secuencia del gen que se expresa. A esto se lo denomina "Variacion antigenica" mediante la cual la bacteria reemplaza o cambia la versión del gen aun durante el mismo proceso de infeccion. Regulacion transcripcional: (activacion, represion de genes).Los genes que codifican los factores de patogenicidad pueden estar ordenados en operones o en regulones. El numero de ARNm originados de un gen o de un operon o de un regulon pueden ser acrecentados mediante la union al ADN del operador de proteinas que favorecen la union de la ARNpol al promotor. La expresion de genes de patogenicidad puede regularse mediante la represion transcripcional Regulacion Postranscripcional: (activacion por proteolisis de proteinas). Algunas toxinas bacterianas recien sintetizadas, no se encuentran activas por lo que requieren de una activacion postranscripcional. Dicha activacion requiere de un clivaje proteolitico o una modificacion covalente. La activacion puede ocurrir luego Resumen Bacterias Sordelli 5 de que la exotoxina bacteriana ingreso dentro de la celula blanco para su accion, mediante la union con proteinas en esta celula huesped. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES INTER E INTRA ESPECIES Estos mecanismos tienen un rol importante para el mantenimiento de la diversidad genetica de la poblacion bacteriana. Los bloques de ADN que codifican varios factores de patogenicidad se denominan "Islas de Patogenicidad". Estos largos fragmentosde ADN pueden ser adquiridos mediante: 1) Plasmidos 2) Insercion de un fragmento lineal de ADN en el cromosoma, ya sea por transposicion o recombinacion con secuencias homologas flanqueantes. La adquisicion de varios genes simultaneamente permite la obtencion de caracteristicas complejas en un solo paso como por ejemplo la Resistencia a ATB. La transferencia natural de genes entre bacterias se puede llevar a cabo mendiante estos 3 mecanismos: Transformacion: consiste en la captura de ADN extracelular e incorporacion en forma heredable a las celulas hijas. Para poder realizarlo la bacteria debe estar en un Estado de competencia genetica . Este fenomeno involucra 4 etapas. 1) Desarrollo del estado de competencia de la bacteria receptora2) Union del ADN extracelular a la bacteria 3) Procesamiento y captura del ADN exogeno 4) Integracion del ADN capturado al genoma y su expresion (RecA dependiente) La unica bacteria en estado de competencia genetica constitutiva es la Neisseria Gonorrhoeae. Conjugacion: es un mecanismo efectivo de transferencia de genes de una bacteria a otra mediante el pasaje de plasmidos. Los plasmidos pueden clasificarse en conjugativos y no conjugativos. Los primeros pueden transferirse por si mismos, es decir que los genes codificados para su transferencia se codifican por el mismo plásmido mientras que los segundos no poseen dicha capacidad por lo que los no conjugativos requieren de plasmidos conjugativos para poder transferirse. Cabe destacar que en las bacterias Gram (-) intervienen los pili sexuales que permiten el contacto intimo entre bacterias. El factor F se transfiere de la celula donante piliadaa otra no piliada. Asi se llamo F+ y a la receptora F- En las bacterias Gram (+) se efectua la transferencia de plasmidos por un mecanismo simil conjugacion ya que las celulas donantes no se acomplan a traves de pilis, sino mediante adhesinas proteicas las cuales se encuentran unicamente en la bacteria que contiene el plasmido a transferir y se une a un receptor que esta sobre la superficie de todas las bacterias de estas especies. Un segundo elemento genetico transferible es el Transposon conjugativo, se han descripto mayormente en Gram (+) con respecto a las Gram (-). Transduccion: es un mecanismo de transferencia de genes de una bacteria a otra por medio de un bacteriofago como vector. El ciclo de un fago en una bacteria consiste en: 1) Adherencia a la bacteria 2) Inyeccion del ADN del fago a la celula 3) Replicacion del genoma del fago 4) Sintesis de las macromoleculas que forman los componentes estructurales del fago 5) Empaquetamiento del ADN del fago dentro de las nuevas particulas virales 6) Liberacion de los viriones. Durante la replicacion del fago, el ADN viral puede sufrir recombinaciones con el ADN plasmidico o Resumen Bacterias Sordelli 6 cromosomal de la bacteria de forma tal que los nuevos viriones pueden transportar ADN bacteriano. Existen fagos temperados que se integran en estado de profago al cromosoma bacteriano. Esta integracion se produce en sitios especificos llamados sitios de insercion o sitios ATL. ESTE APUNTE NO BUSCA REEMPLAZAR LA BIBLIOGRAFIA OFICIAL RECOMENDADA POR LA CATEDRA, SINO TRATAR DE AMOLDAR EL CONTENIDO PARA QUE EL APRENDIZAJE SEA MAS EFECTIVO Y SE PUEDA ABORDAR LOS TEMAS DE UNA MANERA MAS AGIL. ES INDISPENSABLE QUE SE LEA EL MATERIAL RECOMENDADO POR LA CATEDRA LUEGO DE HABER ENTENDIDO LOS CONTENIDOS MENCIONADOS EN EL APARTADO Resumen Bacterias Sordelli 1 CAPITULO 5: RELACION HUESPED BACTERIA LA RELACION ENTRE LAS BACTERIAS Y EL HOMBRE Algunas especies bacterianas habitan regiones del cuerpo humano sano por periodos tan prolongados que pueden abarcar toda la vida del individuo y crear una relación de simbiosis (beneficiosa para ambos). Otras especies bacterianas pueden establecer una relación menos duradera llamada comensalismo en las cuales la bacteria es la beneficiada (también pueden ser ambas) sin producir alteración o daño al hospedador. Las bacterias comensales que habitan distintas regiones del cuerpo humano constituyen la flora normal. Hay otras especies bacterianas que nunca formaron parte de la flora normal y su aparición en el huésped determina la presencia de infección y enfermedad. En esta situación se habla de parasitismo en el cual la bacteria vive a expensas del huésped ocasionándole, en la mayoría de los casos, graves perjuicios, incluso la muerte. En algunos casos el patógeno puede colonizar transitoriamente al humano y ser parte de su flora comensal, en tal situación se habla de una relación de portación y el individuo se vuelve portador. INTERACCION HUSPED BACTERIA: La interacción entre huésped bacteria se da de la siguiente forma. 1) Encuentro 2) Entrada 3) Establecimiento 4) Multiplicación 5) Diseminación 6) Daño 7) Desenlace: Cura, Muerte o Portación. 1)Encuentro: Depende de las características de la bacteria, del lugar donde esta reside (Reservorio) y de las condiciones y mecanismos que pueden llevar al hombre a establecer contacto con ella. El Reservorio puede ser: Ambiental: suelos, agua u objetos inanimados Zoonotico: Animales Humano: aquellos que portan la bacteria 2) Entrada: se da por medio de una vía de transmisión y permite a la bacteria alcanzar una región del cuerpo humano. En tal región puede Establecerse. De acá puede desprenderse el concepto de puerta de entrada que es el sitio por el cual la bacteria penetra al huésped. En algunos casos la bacteria no progresa mas allá de este límite y puede producir enfermedad sintomática desde este punto, por ej, el tétanos por la bacteria Clostridium tetani. Otras pueden atravesarla sin producir daño y diseminar de forma distante. 3) Establecimiento: generalmente implica adherencia, por lo que es llevada a cabo por la unión de adhesinas a los receptores epiteliales. Seguidamente las bacterias se Multiplican Resumen Bacterias Sordelli 2 4) Multiplicación: Las bacterias se dividen exponencialmente lo que permite aumentar su numero en cantidad, todo a expensas de los nutrientes que logran obtener del huésped. Finalmente proceden a Diseminar 5) Diseminación: Las bacterias migran hacia tejidos distantes a través de vías linfáticas o la circulación. Mientras ocurre, en el huésped se ponen en marcha una serie de mecanismos de defensa para contener esta diseminación. Aquellas bacterias que logren evadir estas defensas y que además cuentan con factores de patogenicidad terminaran por producir Daño al individuo. Si todos estos eventos se dan con éxito decimos que el Huésped cursa con una infección (proceso dinámico por el cual la bacteria ingresa y se establece en el huésped). Posteriormente a esto puede producirse: Enfermedad Infecciosa: Se observan signos y síntomas referidos post infección (Rta inmune positiva, daño). Puede ocurrir también que la infección sea asintomática ( Rta inmune positiva daño) que se detecte por métodos indirectos. En ambos casos, la enfermedad es un proceso perjudicial para el huésped ya que es una interacción no beneficiosa que puede llevar a un desenlace. 6) Desenlace: Este refiere al resultado final entre la relación Huésped y Bacteria como consecuencia de la infección. y puede conducir a alguna de las siguientes situaciones: El huésped triunfa, la enfermedad se cura y la bacteria es erradicada del organismo La bacteria triunfa llevando al huésped a la muerte o a un estado de enfermedad crónica en la cual el mismo se transforma en Portador. Puede suceder que se alcance una coexistencia pacífica entre ambos sin producir daño directo. (la portación puede detectarse por diagnostico de cultivo). ENFERMEDAD La enfermedad refiere a una interacción no beneficiosa para el huésped. Esta depende tanto de la Dosis Infectante (cantidad de bacterias que se requieren para producir enfermedad) como de Patogenicidad, un propiedad de la bacteria que atribuye a tal estado, el cual, puede depender de la presencia de factores de patogénesis, pero el desenlace de su relación con el huésped también depende de que tan susceptible es el huésped a este agente causal. *Definiciones: Dosis Infectante 50 (DI50): cantidad de bacterias que se necesita para infectar al 50% de los individuos de un grupo bajo observación. Cuanto menos requiera, mayor capacidad y probabilidad de producir enfermedad posee. Patogenicidad: capacidad que tiene una bacteria de causar enfermedad. Virulencia: Medida cuantitativa del grado de patogenicidad de la bacteria. Implica 2 características de las bacterias patógenas: Infectividad (Capacidad de invadir) y Severidad . La virulencia semide por la tasa de mortalidad de los enfermos de la población en riesgo. Si una bacteria pierde algún factor crítico de patogenicidad, se vuelve Avirulenta por lo que la Dosis Letal Aumenta (Necesitas muchas más para causar daño) Resumen Bacterias Sordelli 3 TIPOS DE PATOGENOS: Primarios: (o simplemente patógenos) bacteria capaz de infectar y producir enfermedad al individuo. Patógeno oportunista: bacterias que causan enfermedad cuando aparece una condición predisponente en el huésped, sobre todo a los inmunocomprometidos o tienen comprometida la primera línea de defensa como por ejemplo: Quemaduras, Daño por cirugía, DBT, portadores de SIDA, pacientes en tratamientos antineoplásicos, exposiciones a factores físicos o químicos que afecten la integridad de epitelios y mucosas, etc. Cabe aclarar que la mayoría de estos patógenos suelen pertenecer a la Flora normal. FLORA NORMAL La misma tiene importancia en la defensa del huesped como fuerte potencial de bacterias patogenas cuando el huesped tiene alguna complicacion inmunologica. Origen de la flora normal: el feto normal es esteril hasta el nacimiento. En el momento de parto, el neonato encuentra la flora del tracto genital de la madre. Luego con la flora del ambiente, bacterias de la piel y del tracto respiratorio, es decir, que poco a poco las bacterias desde el nacimiento van ingresando al organismo, se establecen en distintos sitios, se multiplican y diseminan sobre la piel y cavidades Sin causar enfermedad. Factores que determinan la composicion de la flora normal: PH Potencial Oxido Reduccion (Redox) Resistencia a las sustancias locales con actividad antimicrobiana REGIONES EN DONDE SE ENCUENTRAN LAS DISTINTAS BACTERIAS COMENSALES Piel: Alberga una flora abundante que puede variar de acuerdo al numero y actividad de las glandulas sebaceas y sudoriparas. La flora mas abundante se halla en zonas humedas de la piel tales como axilas, perine y el espacio interdigital de los pies. Son ejemplos: Staphylococcus epidermidis Propionibacterium (toda la piel) Estafilococos coagulasa negativos Difteroides facultativos (Corynebacterium spp) Saco conjuntival: limitada a Corynebacterium spp y Staphylococcus epidermidis. Normalmente el fenomeno de barrido por la corriente lacrimal mantienen bajo el numero de bacterias de la flora normal. Tracto Digestivo: Boca y Faringe: contienen alto número de anaerobios estrictos y facultativos (Streptococcus spp; Fusobacterium spp; Actinomyces spp; Leptotrichia spp; Veillonella spp) Colon: 90% anaerobios (Bacteroides, Prevotella y Fusobacterium; Clostridium perfringens; Escherichia coli, Enterococcus Spp) Resumen Bacterias Sordelli 4 Tracto Respiratorio: Narinas anteriores: Staphilococcus aureus Zona Nasofaringea: tiene una flora similar a la de la boca. Garganta: Streptococcus spp, Branhamella catarrhalis, Corynebacterium spp, Haemophilus spp, Neisseria spp, Mycoplasma spp. Tracto respiratorio bajo: por debajo del nivel de la laringe, esta protegido por accion de cilias del epitelio cilindrico y movimiento de la corriente mucociliar por lo tanto carece de una flora normal. Tracto genitourinario: normalmente es esteril 1cm por encima de la uretra distal. Vagina: tiene una flora que varia segun las influencias hormonales. La flora vaginal se compone principalmente por miembros anaerobicos y microaerofilicos del genero Lactobacillus Sangre y fluidos corporales y tejidos: en individuo sano son esteriles sin embargo algunas bacterias pueden atravesar las barreras epiteliales como consecuencia de algun trauma por ejemplo el cepillado dental (causales de enterocarditis) o traumas fisiologicos de nacimiento. FLORA NORMAL Y ENFERMEDAD Muchas especies que componen la flora normal, como se menciono, son oportunistas. La E. Coli uropatogena puede llegar desde la flora cutanea perineal a la vejiga a traves de la uretra por via ascendente y causar una infeccion aguda del tracto genital urinario (ITU). Tambien puede suceder que ocurra desplazamiento de flora normal hacia una cavidad esteril como consecuencia de alguna herida, como por ejemplo perforacion de colon o rotura de algun diverticulo. ESTE APUNTE NO BUSCA REEMPLAZAR LA BIBLIOGRAFIA OFICIAL RECOMENDADA POR LA CATEDRA, SINO TRATAR DE AMOLDAR EL CONTENIDO PARA QUE EL APRENDIZAJE SEA MAS EFECTIVO Y SE PUEDA ABORDAR LOS TEMAS DE UNA MANERA MAS AGIL. ES INDISPENSABLE QUE SE LEA EL MATERIAL RECOMENDADO POR LA CATEDRA LUEGO DE HABER ENTENDIDO LOS CONTENIDOS MENCIONADOS EN EL APARTADO Resumen Bacterias Sordelli 1 CAPITULO 6: PATOGENESIS BACTERIANA La Epidemiologia es la rama de la medicina que estudia los factores determinantes de enfermedad y daño a las poblaciones humanas. Es una disciplina que incluye tanto a las enfermedades infecciosas como las no infecciosas. FUENTES DE PATOGENOS Y TRANSMISIBILIDAD. Las enfermedades infecciosas en el hombre pueden ser causadas tanto por patógenos exclusivamente humanos, bacterias del medio ambiente o por bacterias que tienen un reservorio primario en animales. Patógeno exclusivamente humano: Treponema Pallidum (Sífilis) Patógeno bacteria del medio ambiente: Legionella Pneumophila (Enf de los Legionarios) Patógeno de reservorio animal: Yershinia pestis (Peste bubónica) Las enfermedades causadas por microorganismos se pueden clasificar en Transmisibles y No transmisibles. Las primeras son aquellas que se transmiten directa o indirectamente de persona a persona mientras que la segunda es conservada. Según los postulados de Koch para que una enfermedad sea transmisible debe cumplir una serie de requisitos (la mayoría de las bacterias se ajustan a estos postulados)... El microorganismo debe estar presente en todos los individuos con la misma enfermedad El microorganismo debe ser recuperado del individuo enfermo y poder aislarlo en un medio de cultivo puro para su análisis El microorganismo cultivado debe poder causar la misma enfermedad cuando se lo inocula en forma experimental a otro huésped El individuo experimentalmente infectado debe contener el microorganismo El Micobacterium leprae no cumple con el segundo postulado ya que no puede ser cultivado en medios artificiales, pero si recuperado y propagado por inoculación a animales de experimentación. Si la enfermedad está siempre presente en una región, causando un número de casos bajos pero constante, se dice que esta es Endémica. Si produce un número de casos por encima del normal en la comunidad, se dice que es Epidémica. Y por último, si la misma abarca grandes regiones, inclusive continentes, se dice que es Pandemica. Para las segundas, las No transmisibles hay 2 tipos: Aquellas causadas por la misma flora del paciente, por ej Peritonitis que se desencadena luego de la perforación del apéndice (Endógena) Aquellas causadas por bacterias de la naturaleza que no se transmiten por 2dos huéspedes por ej Clostridium Tetani (Exógena) Pueden haber casos donde la bacteria participa de la etiología sin que exista infección, como las intoxicaciones causadas por toxinas bacterianas (Clostridium tetani con su toxina tetánica que produce parálisis espástica o Clostridium Botulinum que al liberar su toxina produce botulismo, parálisis flácida) INFECCION Y ENFERMEDAD (ya fue mencionado) Infección: proceso dinámico por el cual la bacteria accede y se establece en el huésped. La infección inaparente se denomina subclinica y el individuo es portador. Si la bacteria no ocasiona daño, el portador será sano. (un individuo puede ser portador faríngeo de Neisseria meningitidis y no padecer ninguna patología, la bacteria se comportaría como flora) Enfermedad: es la respuesta del huésped ante la infección, con aparición de signos clínicos aparentes y síntomas. Resumen Bacterias Sordelli 2 RUTAS DE TRANSMISION Pueden adquirirse de otros individuos por contacto directo oindirectamente a través de objetos inanimados contaminados (También por vectores inanimados). En estos casos se dice que la transmisión es Horizontal. Cuando la transmisión es de madre a feto, la misma es Vertical. Rutas de transmisión horizontal: Transmisión respiratoria: Aerosoles de secreciones respiratorias producidas por tos o estornudos. Los individuos pueden infectarse al inhalar partículas. También las secreciones respiratorias pueden alcanzar al individuo sanos a través de las manos o fómites. Transmisión salivar: a través de un beso, mordedura (Streptococcus pyogenes, Prevotella melanonigenica, Haemophilus Influenzae, Neisseria Meningitidis) Fecal-Oral: mala higiene, pasaje directo de la mano a la boca o contaminación de agua, alimentos. Transmisión Cutánea: Bacterias que causan enfermedad cuando encuentran su puerta de entrada a través de la piel. Se destaca la transmisión de patógenos hospitalarios. Transmisión sexual: entre individuos que mantienen una relación sexual o entre la madre y el neonato en el parto. Transmisión sanguínea: en la mayoría de los casos, a través de un artrópodo o un insecto vector. También puede darse al compartir agujas. Transmisión oftálmica: por contacto directo o secreciones. Transmisión zoonotica: de animal a hombre. ej. Yershinia Pestis, cuyo vector es la pulga y su reservorio la rata. Cuando el infectado espectora, transmite la enfermedad. Otro ejemplo Leptospira interrogans que se vehiculiza por agua contaminada de animales enfermos. Rutas de transmisión vertical: Madre al feto a través de la barrera placentaria. son ejemplos: Streptococcus agalactiae (Meningitis neonatal), Chlamydia tranchomatis (conjuntivitis de inclusión) y Neisseria Gonorrhoeae (conjuntivitis gonorreica) PERIODOS DE INCUBACION Y TRANSMISIBILIDAD El periodo de incubación es el tiempo que transcurre entre la penetración del agente patógeno y la aparición de los primeros síntomas y signos de enfermedad. por ej. la Salmonella typhi tarda aprox 10 días a 3 semanas en presentar síntoma a causa de que esta debe diseminarse y multiplicarse posterior a su ingreso. El periodo de transmisibilidad es el tiempo en el cual el enfermo puede contagiar la enfermedad. DEFINICIONES REPASO *Dosis infectante: Dosis que requiere una bacteria para causar enfermedad. *Enfermedades emergentes y reemergentes: enf nuevas que aparecen y otras que vuelven a resurgir luego de mucho tiempo. *Infecciones Nosocomiales e Infecciones Iatrogenicas: Las nosocomiales son las hospitalarias que se adquiere durante la internación, si la adquiere por intervención de un medico se dice que es iatrogenica por ende una infección puede ser Iatrogenica y nosocomial. La mayoría, oportunistas que pasan de un reservorio humano o ambiental a pacientes en condiciones predisponentes como inmunosupresión, enf debilitantes, con catéteres intravasculares, sondas o tubos de asistencia. Además muchas suelen ser de origen endógeno. Resumen Bacterias Sordelli 3 PATOGENICIDAD BACTERIANA Son el conjunto de estructuras especializadas, mecanismos bioquímicos y características funcionales por los cuales las bacterias pueden causar enfermedad. La patogenicidad suele ser multifactorial ya que los patógenos poseen diversos mecanismos que pueden actuar solos o en conjunto. La eliminación de alguno de estos factores podría volver a la bacteria avirulenta, o volverla menos agresiva conservando cierto grado de virulencia. Factores Modo de Acción Ventaja para la bacteria Fimbrias (Pili no sexual) Adherencia de una adhesina localizada en una fimbria con un Rc epitelial especifico Adherencia débil que le permite a la bacteria adherirse y evitar su eliminación por arrastre mecánico. Adhesina afimbrica Adhesina no localizada en fimbria que se adhiere a un Rc epitelial especifico Adherencia firme que impide el arrastre de la bacteria por secreciones normales Pseudocapsula (matrices exopolisacaridas) Adherencia del material extracelular en forma no especifica a algunos epitelios y fómites Impide el arrastre de las bacterias que colonizan un epitelio. Posibilita la adherencia a fomites y evade mecanismos de defensa del huésped Exoenzimas Degradan macromoléculas del huésped (colagenasa, elastasa, ribonucleasa), desestabilizan membranas celulares Diseminación a tejidos adyacentes, escape de la circulación, evade mecanismos de defensa y permite obtener nutrientes. Sideroforos Peq moléculas que captan Fe Le permite a la bacteria obtener Fe, factor esencial para su crecimiento Exotoxinas Exoproductos que se unen a Rc específicos en el huésped e inducen acción toxica Le permite a la bacteria causar una enfermedad definida, por ej. cólera, tétanos, difteria, etc. Endotoxinas en Gram - ; Ac Lipoteicoicos en Gram+ Componente de envoltura bacterial que puede activar el sist complemento vía alterna Le permite a la bacteria producir una reacción inflamatoria generando daño al tejido infectado. La endotoxina es responsable del shock endotoxico. Para un mejor ordenamiento de su estudio, vamos a clasificar a estos factores en orden cronológico de su intervención, es decir, durante su: establecimiento, diseminación, multiplicación y daño FACTORES QUE ACTUAN DURANTE LA ETAPA DE ESTABLECIMIENTO Adherencia de los microorganismos: La adherencia bacteriana esta mediada por Adhesinas bacterianas a los Rc de la superficie epitelial. Estas son grupos químicos presentes en estructuras especializadas o sobre la superficie bacteriana. Se describen... Fimbrias (Pili no sexuales): estructuras tubulares de naturaleza proteica formadas por pilina. En su extremo distal poseen Lectinas que se comportan como adhesinas y cada una reconoce a su Rc especifico. Las bacterias suelen perder y formar nuevas fimbrias debido a que son frágiles. Además este recambio se acompaña de variación antigénica que le provee a la bacteria un mecanismo de evasión de la Rta Inmune. Se conocen otro tipo de fimbria especial Fimbria tipo IV y las bacterias pueden expresar o no un determinado tipo de fimbria según en que medio se hallen. Adhesina Afimbrica: son adhesinas de superficie que se unen, también, a Rc específicos de la célula blanco. Por Ej. la Proteína F del Streptococcus Pyogenes y la Adhesina apical del Treponema pallidum que se unen específicamente a la Fibronectina de epitelios y endotelios respectivamente. Resumen Bacterias Sordelli 4 Pseudocapsulas: son estructuras polisacaridas que forman una envoltura laxa alrededor de las bacterias. Estas permiten a las bacterias organizarse sobre epitelios dañados y sobre todo en Fomites como Catéteres, sondas, prótesis, formando microcolonias. Ej. Staphylococcus epidermidis, patógeno intrahospitalario. FACTORES QUE ACTUAN DURANTE LAS ETAPAS DE DISEMINACION, MULTIPLICACION Y DAÑO Órganos de locomoción y quimiotaxis bacteriana: Los Flagelos proveen a la bacteria motilidad que les permite desplazarse en las secreciones y alcanzar microambientes ricos en nutrientes. Pueden desplazarse siguiendo gradientes de concentración de moléculas de HdC y AA (Quimiotaxis). Además este mecanismo les facilita a las bacterias la penetración de los epitelios. Exoenzimas: son enzimas secretadas por bacterias. Actúan como Factores de Daño, pero al mismo tiempo permiten la obtención de nutrientes y diseminación de la bacteria. Ej: Hialuronidasa, que degrada el principal componente del tejido conectivo, el Ac Hialuronico. ADNasas que disminuyen la viscosidad del pus degradando el ADN de leucocitos muertos. Fosfolipasas: Ez que destruyen membranas celulares. Dentro de este grupo encontramos Lecitinasas que degradan Lecitina (Fosfatidilcolina). Hemolisinas: pueden lisar hematíes Colagenasa y Elastasa Esterasas y Proteasas Sideroforos: Para poder multiplicarse las bacterias deben obtener hierro y este elemento esta muy restringido por las proteínas secuestradorasdel huésped como la lactoferrina. Los Sideroforos son compuestos quelantes que se unen al hierro con mucha afinidad Endotoxina: es el Lipopolisacarido (LPS) de la membrana externa y es un importante factor de patogenicidad de las enfermedades causadas por Bacterias Gram (-). El LPS causa fiebre debido a que induce la liberación de Citoquinas proinflamatorias y pirógenas como IL 1b; TNFα por parte de los Macrofagos. En cantidades mayores producen complicaciones fisiológicas importantes como hipotensión, hemorragias, trombocitopenia y leucopenia. En el peor de los casos puede causar coagulación intravascular diseminada y sumando todos estos efectos tóxicos genera Shock Endotoxico. Los Ac pueden neutralizarlos de manera incompleta al unirse en su porción polisacaridica Exotoxinas: tienen una activa participación en la producción de daño y/o enfermedad. Aquellas bacterias que no las producen suelen ser avirulentas. Se visualizan en la siguiente tabla... Resumen Bacterias Sordelli 5 TOXINA BACTERIA QUE LA PRODUCE BLANCO DE ACCION MECANISMO EFECTO ENFERMEDAD Colérica Vibrio cholerae Gangliosido GM1 de células epiteliales intestinales Actúa sobre la Prot G con estabilización de la Adenilato ciclasa Perdida de electrolitos y agua Cólera Tetánica Clostridium Tetani Cel de Renshaw, presinapsis de Motoneuronas Inhibe la liberación de Nt GABA y Glicina Tetania (Parálisis espástica) Tétanos Toxina de Shiga Shigella Dysenteriae Cel del epitelio entérico D! ARNm de los ribosomas de las cel del huésped Inhibe S! proteica q conduce a necrosis epitelial Disentería bacilar Botulínica Clostridium Botulinum Presinapsis, neuronas de placa neuromuscular Inhibe la liberación de Ach Parálisis flácida Botulismo Diftérica Corynebacterium diphteriae Diversos tipos celulares ADP ribosilacion del factor 2 elongación Inhibe S! proteica q conduce a necrosis tisular Difteria Exotoxina A Pseudomonas aeruginosa Diversos tipos celulares ADP ribosilacion del factor 2 elongación Inhibe S! proteica q conduce a necrosis tisular Daño Tisular Toxina Pertussis Bordetella Pertussis Cel del epitelio respiratorio y otras ADP ribosilacion de una variedad de prot reg Linfocitosis, leucocitosis, sensibilización histaminica, entre otras acciones Tos Convulsa Toxina del sme shock toxico Staphylococcus Aureus Linfocitos T (LT), Macrofagos Induce liberación de Cq por LT Fiebre y síntomas del Sme Shock Toxico Sme Shock Toxico Exotoxina pirogenica Streptococcus Pyogenes Diversos tipos celulares Liberación IL 1; TNF; sensibilización a estas Cq En altas dosis: erupción cutánea, fiebre, shock y falla orgánica Escarlatina, Sme de Shock toxico REACCION INFLAMATORIA Y DAÑO A LOS TEJIDOS La alta cantidad de bacterias dispara una reacción inflamatoria que desencadena la activación de Complemento Vía Alterna. Los LPS (Gram -) y Ac Lipoteicoicos (Gram+) pueden iniciarlo. Si ya hay Ac preformados contra Ag bacterianos también puede activarse la Vía Clásica de C'. Al Activarse C' Las anafilotoxinas C3a y quimiactinas C5a provocan la activación del endotelio y consecuente aumento de la permeabilidad y reclutamiento de leucocitos PMN al foco infeccioso. Estos liberaran Cq que amplifican la respuesta y estimulan la actividad fagocitica. *La Toxina pirogena estreptococcica (Spe) y la Toxina del Shock Toxico (TSST-1) producida por Staphylococcus Aureus tienen mecanismos de acción semejantes. Estas producen daño al huésped al actuar como Superantigenos ya que estimulan la proliferación de Células T por CMH II que producen grandes cantidades de diversas Cq que pueden causar shock. Resumen Bacterias Sordelli 6 ESTRATEGIAS BACTERIANAS CONTRA LAS DEFENSAS DEL HUESPED Cuando una bacteria causa una enfermedad infecciosa el huésped responde movilizando sus defensas, dificultando el crecimiento y proliferación bacteriana, amenazando su sobrevida. Ante esto, las bacterias cuentan con estrategias y mecanismos que desarrollan contra las defensas constitutivas (C'; Fagocitosis) y contra las defensas inducidas (Rta Inmune) en las distintas etapas de interacción con el huésped. Se describen... Estrategias contra el sistema de Complemento: Enmascaramiento por capsulas y pseudocapsulas: Para protegerse del sistema de C' y prevenir su activación (Evitar todos los mecanismos involucrados del C'). Las bacterias suelen cubrirse con capsulas ricas en polisacáridos que impiden la opsonizacion de C3b a su membrana; El recubrimiento con Ac Lipoteicoico tiene función símil. Presencia de Ac Sialico en sus capsulas (Escherichia coli) inhibe la activación C' ya que este permite que C3b se una a Factor H impidiendo la formación de la Convertasa de C3, subsecuentemente la acción del factor I promueve la inactivación de C3b con lo que la activación de C' no se amplifica. Algunas Bacterias como Neisseria Meningitidis suelen enmascararse con IgA desde el Fragmento constante evitando q otras Ig's que si activan al C', se unan a su membrana. Estrategias contra la fagocitosis: Inhibición de la quimiotaxis: Al inhibir la Activación de C', se previene la liberación de quimioatractantes y por lo tanto se inhibe indirectamente la quimiotaxis. por ej. Bordetella Pertussis produce una toxina que aumenta AMPc de los PMN paralizándolos. Otras como Streptococcus Pyogenes degradan C5a inhibiendo indirectamente la quimiotaxis al sitio de infección. Destrucción de los Fagocitos: (Clostridium perfrings, Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus y Pseudomonas Aeruginosa). Algunas bacterias pueden sintetizar productos tóxicos extracelulares letales para las Células PMN, algunas pueden trabajar a distancia, como las leucocidinas, trabajan a distancia evitando que la bacteria contacte con el fagocito. En otros casos la bacteria fagocitada induce la destrucción del fagocito dentro del mismo. Inhibición de la opsonizacion: mediado por capsulas antifagociticas (el C3b no puede opsonizarlas porque el sitio de unión está inmerso en la capsula). Algunas bacterias contienen RcFc de Ig, por lo que estos al unirse por el lado "equivocado" no pueden marcar a la célula y la enmascaran evitando su fagocitosis. Ejemplos de esta sustancia son Proteína A (Staphylococcus aureus); Símil Proteína A (Streptococcus Pyogenes) . Existen también otras enzimas Proteasas que pueden degradar la porción Fc de la IgG dejando intacto un fragmento F(ab). Este se une específicamente a la bacteria y bloquea los sitios de unión ("esta unida a un fragmentito roto que no activa nada") Escape al citoplasma: Mediado por Fosfolipasas que desestabilizan la membrana endosomal permitiendo el escape de la bacteria (Rickettsias). Inhibición de la formacion del fagolisosoma: (Mycobacterium tuberculosis) modificación de la membrana del fagosoma mediado por Sulfatidos que impiden la fusión de los lisosomas y formacion del fagolisosoma. Inhibición del camino oxidativo: algunas bacterias inhiben el "shunt" de las hexosas y el consumo de O2 de Resumen Bacterias Sordelli 7 las Celulas PMN de esta forma reducen el estallido respiratorio. Otras como el Staphylococcus poseen Catalasas que degrada el H2O2 evitando la muerte de la bacteria. Evasión de la Respuesta Inmune adaptativa: Variación Antigénica: (Neisseria Gonorrhoeae) puede sintetizar muchas variantes de pilina, principal constituyente de las fimbrias, que le permite la adherencia de los gonococos a las células epiteliales. Esta variación evita que sea reconocida por Ac latentes, con lo cual es un buen mecanismo de Evasión contra la Rta Inmune. Los reordenamientos muchas veces pueden producir mutaciones desfavorables. Cambio de Fase: La bacteria opta por producir uno u otro tipo de factor de patogenicidad. Por ejemplo sintetizar Flagelo al transcribir en una dirección, y dejar de sintetizaral transcribir en la dirección contraria. Adsorción de Ag del Huésped: (Treponema pallidum) adsorben materiales del huésped o sintetizan antígenos propios del huésped, imitando una célula propia del mismo. Inactivación de Ac: La IgA puede inhibir la adherencia y crecimiento bacteriano. Algunas bacterias como Haemophilus Influenzae producen una IgA proteasa que neutraliza la acción de la IgA. Otro ejemplo de inactivación es por la capsula antifagocitica que cuando la Ig trata de unirse a la membrana bacteriana, se sumerge en la capsula es neutralizada por el Ag soluble, de esta forma la bacteria queda protegida. EVOLUCION DE LOS MECANISMOS DE PATOGENESIS Las bacterias son el resultado de adaptación microbiana a una estrategia de sobrevida particular. un hallazgo reciente demuestra la evolución de la patogenicidad bacteriana y es la presencia de Islas de patogenicidad, son segmentos de ADN flanqueados por secuencias repetitivas o elementos transponibles. La presencia de estas secuencias confirman la movilización de genes desde un plásmido hacia otro lugar del genoma. Esto sugiere que una bacteria puede volverse patógena al adquirir grandes bloques de material genético que codifica un grupo de factores de virulencia.
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