universidade de são paulo departamento de microbiologia – icb

GabrielPadilla

Microbiotaresidentedocorpohumano

Universidade de São Paulo Departamento de Microbiologia – ICB

1

•  100trilhõesdemicro-organismos•  10vezesmaiscélulasprocariontes

•  1-3%dopesocorporal•  Maisde10.000espéciesmicrobianas

2

3

4

BEBÉSDos0a3anos,amicrobiotadacriançadiversifica-se

ADULTOSAtéàidadeadulta,amicrobiotaintesNnaldiversifica-seatéestabilizar

IDOSOSComaidade,amicrobiotaficaempobrecida

5

Streptococcuspneumoniae

Tratorespiratóriosuperior,dentes.

Streptococcuspyogenes.

StreptococosdogrupoAbeta.Causa

pneumonia,endocardite.

Neisseriaeoutrosgram-negaNvos.Tratorespiratóriosuperior,faringe.

Helicobacterpylori,Enterobacter.EstômagoeIntes:no.

Podemtornar-sepatógenos

causandodiarréiaeúlcera

P.aeruginosainvadequalquer

tecido.

Enterococcusfaecallis.

EMV.ComponentemicrobiotaintesNnal.Doençasemergentes

porcausadaResistenciaaab

H.influenzae.Meningite

Bacteroides(B.fragilis).TratointesNnal,colites,câncerdecolo,

Lactobacilli.Cavidadeoral,contribuecoma

caracterísNcaácida,cárie.L.acidophillusepitéliovaginalnonascimentoevita

patógenos

Clostridium.C.tetani,difficilinotratointes:nal

Microbiotamaisrelevante

6

RelaçõesDinâmicas

Microbiotaresidente

Microbiotatransiente

Resiliência

Capacidadedeummicro-organismooupopulaçãoresponder

avariaçõesedistúrbios

Ex:nção

Eliminaçãodeummicro-organismooupopulação.Podelevaraex:nções

secundárias

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Acomposiçãodemicro-organismosvariadependendodaregiãodoorganismo

NatureReviewsGene<cs13,47-58(2012)8

Formaçãodamicrobiota

Placenta–ambienteestéril

Cesárea

PartoNatural

9

MicrobiotaCesáreaXPartoNaturalCesárea Natural Cesárea Natural

NatureReviewsGene<cs13,47-58(2012)

LactobacilusPrevotellaStaphylococcus

PropionibacterineaeSneathiaOutros

10

MicrobiotadaPele

Glândulasebácea

Folículopiloso

gorduras

tecidoveias

epiderme

derme

hipodermeDutossudoríparos

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MicrobiotadaPele

Colôniasdebactériacausandoacne

Propionibacteriumacnes

MEV

Peledeindivíduocomacne

•  Populaçõesresidentesetransitórias

–  Bactériasefungos(leveduras)–  GramposiNvas:Streptococcusssp.Staphylococcusssp.,CorynebacteriumePropionibacteriumacnes

•  StaphylococciePropionibacteriumproduzemácidosgraxosqueinibemocrescimentodefungoseleveduras

–  GramnegaNvassãoocasionais:E.coli

–  Aprox.180espéciesdebactérias–  Regiõesdemaiordensidade:axilas,unhas,entreosdedosdospés

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Microbiotadotratorespiratório

SuperiorStaphylococcusepidermidisCorynebacteriaStaphylococcusaureus

StreptococcusCocosgram-nega<vos*S.pneumoniae,S.pyogenes,H.influenzae,N.meningi<s

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Microbiotadotratorespiratório

Inferior•  Traquéia,brônquiosepulmões•  Indivíduosaudávelnãoapresenta

micro-organismos•  Eficiênciadoepitéliociliado

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CavidadeOral

•  Saliva:– Alimentos

•  Providenciamaltasconcentraçõesdenutrientes

– SubstânciasanNbacterianas:•  Lisozima•  Lactoperoxidase:mataasbactériasporumareaçãoquegeraoxigêniosingleto

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ColonizaçãodaCavidadeOral

Primeiroanodevida:•  Anaeróbiaseaerotolerantes

Nascimentodosdentes:•  Micro-organismosanaeróbios

•  Cavidadesgengivaisesuperlciesdentárias

•  Estreptococos,Lactobacilos,Corynebacterium

Estreptococos Lactobacilos S.mutans S.sanguis

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Doençasproduzidasporbactériasdotratooral

– Abcessos,cáries,placasdentaisegengivites

–  Colonização:•  Inicia-sepelaadesãodascélulas•  Streptococcussanguis,S.sobrinuseS.mutans

•  ConNnuidadepermiteocrescimentodemicro-organismosaeróbiosfilamentososFusobacterium

•  Biofilme•  Dificultaentradadeoxigênio

Placadentária

Fusobacterium 17

CárieDentaleInfecçõesGengivais

•  Aumentodapopulaçãomicrobiana– Produçãodeácidosorgânicosquepromovemdescalcificação

– EstruturadadenNna•  Papelimportantenodesenvolvimentodacárie

SuperTcieslisasS.sobrinus

Sulcosepequenasfissuras

S.mutans

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MicrobiotadoTratoGastrointes:nal

esôfago

estômago

Intes:nodelgado

Intes:nogrosso

Secreçãodeácidos(HCl)DigestãodemacromoléculaspH2DigestãoconnnuaAbsorçãodemonossacarídios,aminoácidos,ácidosgraxoseáguapH4-5AbsorçãodeácidosbiliaresVitaminaB12pH7

PrevotellaStreptococcusVeillonellaHelicobacterGramposi:vasProteobactériasBacteróidesAc:nobactériasFusobactériasEnterococcusLactobacillusBacteroidesBifidobacteriumClostridiumEnterobacteriasEnterococosEscherichiaGramposi:vasLactobacillusPeptococcusProteusStaphylococcusStreptococcus

ProcessosfisiológicosÓrgãosPrincipaisbactérias

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Oestômago

•  Extremamenteácido–funcionacomobarreiraquímica

•  Helicobacterpylori– Micro-organismomaisimportantenaeNologiadedoençasdotratogastrointesNnal;-  Flageloauxiliamudançadeambiente-  Produçãodeadesinas,urease,proteases

–  Podecausarúlceras–  EnvolvidonocâncerdotratodigesNvo

MorfologiadeumHelicobacter

H.pyloriconizandoasuperlciedeepitélio.(Coloraçãocomprata)

20

FunçõesdaMicrobiotaIntes:nal

1. Biofilme protetor: Competição com bactérias patogênicas por sítios de adesão e microambientes (antagonismo microbiano);

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2. Ativamente envolvida na regulação imune e na homeostase intestinal

FunçõesdaMicrobiotaIntes:nal

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3. Exerce funções-chave no metabolismo do hospedeiro, auxiliando na digestão e absorção de alimentos

Processos ProdutosSíntesedevitaminas Tiamina,riboflavina,piridoxina,B12,K

Produçãodegás CO2,CH4,H2

Produçãodeodor H2S,NH3,aminas,indóis,ácidobunrico

Produçãodeácidosorgânicos ÁcidoscéNco,propiônicoebunrico

Reaçõesdeglicosidases β-glicoronidade,β-galatosidase,β-glicosidase

Metabolismodeesteróis Esterificados,desidroxilados,oxidadosereduzidos

FunçõesdaMicrobiotaIntes:nal

Constribuiçõesbioquímicasemetabólicasdointes:no.

23

24

Mechanismsprovidingcoloniza:onresistanceCR•  SecreNonanNmicrobialproducts•  NutrientcompeNNon•  Supportofgutbarrierintegrity•  Bacteriophagedevelopment•  ImmuneacNvators

CRdisrup:on•  AnNbioNcs•  Protonpumpinhibitors•  AnNdiabeNcs•  AnNpsychoNcs

Figure1

Trends in Microbiology 2018 26, 393-400DOI: (10.1016/j.tim.2017.10.009) Copyright © 2017 Elsevier Ltd Terms and Conditions

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Mechanismsprovidingcoloniza:onresistanceCR•  Short-chainfatyacids:fermentaNonofnondigestable

carbohydrates:acetate,propionete,butyrate•  Bileacids:7α-dehydroxylaNon;lithocholicacid,deoxycholicacid•  Bacteriocins:shorttoxicpepNdesG+lacNcbacteria{Lactococcus,Lactobacillu,

Streptococcus} G-Enterobacteriociae{colicins,microcins}

lanNbioNcNisinLactococcuslacNs•  NutrientcompeNNon•  Mucuslayer•  Bacteriophages

Outline of gut microbiota-mediated colonization resistance mechanisms.

Q. R. Ducarmon et al. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2019; doi:10.1128/MMBR.00007-19

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EffectsofvariousnonanNbioNcdrugsongutcolonizaNonresistanceCR•  Protonpuminhibitors(PPIs):inhibitgastricacidproducNon,

blockH+/K+ATPase.Pantoprazol,ameprazol•  AnNdiabeNcs:me|ormin•  AnNpsychoNcs:olanzapine,pimozide+anNbioNcs

V. cholerae uses a wide array of mechanisms to overcome CR. First, it employs its acetate switch to use acetate to upregulate its own virulence.

Q. R. Ducarmon et al. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2019; doi:10.1128/MMBR.00007-19

Lytic and lysogenic bacteriophage infection cycles with bacterial defense mechanisms.

Q. R. Ducarmon et al. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2019; doi:10.1128/MMBR.00007-19

Microbiotatransitóriadotratogastro-intes:nal

•  Microrganismos potencialmente patógenos (ou não) que podem habitar as membranas mucosas, por horas, dias ou semanas, provenientes do ambiente (ou não) –  Patógenos potenciais ganham vantagem competitiva devido à

população diminuída de competidores inofensivos (Clostridium difficile) - oportunistas

•  Deslocamento do sítio normal no corpo humano (Ex: S. epidermidis em catéteres);

•  Imuno-comprometidos – microbiota pode multiplicar em excesso e causar infecções.

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Probió:cos

•  EliMetchnikoff(Nobelem1907)– Sugeriuqueapopulaçãodemicro-organismospresentesnotratogastrointesNnalpoderiaseralteradapormicro-organismosqueapresentamefeitosbenéficos.

•  Micro-organismosquecausambenelciosàsaúde

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Definições

Alimentos “próbióticos” contêm bactérias vivas como suplemento

alimentar, o que melhora o equilíbrio da microbiota intestinal, trazendo benefícios

ao hospedeiro (Fuller 1989).

Alimentos “prébióticos” são aqueles direcionados para promoverem a seleção das espécies benéficas e

limitarem o número de bactérias no cólon, beneficiando assim o

hospedeiro (Gibson and Roberfroid 1995).

Alimentos“simbió:cos”CombinaçãodeprobióNcoeprebióNco

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EfeitosProbió:cos

•  Modulaçãodamicrobiotaintes:nal–  CompeNçãoporsíNosdeadesão–  CompeNçãopornutrientes–  ProduçãodecompostosanNmicrobianos

•  Alteraçãodometabolismomicrobiano–  AumentooudiminuiçãodaaNvidadeenzimáNca

•  Es_mulodaimunidadedohospedeiro–  AumentodosníveisdeanNcorpos–  AumentodaaNvidadedosmacrófagos

•  Es_mulonaabsorçãodedeterminadosnutrientes–  Cálcio,Ferroeoutrosminerais

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TransplanteFecal

•  ProcessodetransplantedamicrobiotanormaldeumindivíduosaudávelemindivíduocompromeNdo

•  2000–CepasmulNrresistentesdeC.difficile,3milhõesdecasosnovos,300evoluemparamortepordia(EUAeEuropa)

•  AcombinaçãodasubsNtuiçãodecomponentesemfaltaenaproduçãodeprodutosanNmicrobianospela“novamicrobiota”tendemaserosmecanismosdecura

ClostridiumdifficileeminfecçãointesNnal

Smithetal.,Nature,V.19:290-291,201435

IndicaçõesdoTransplanteFecal

•  Colite pseudomembranosa •  Colite ulcerativa •  Síndrome do intestino irritável •  Doença inflamatória intestinal •  Obesidade* •  Síndromes metabólicas* •  Diabetes* •  Esclerose múltipla* •  Sintomas de Parkinson*

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Tratourogenital

•  Bexiga–  Estéril–  Célulasepiteliaisque

revestemauretraapresentam

–  Bacilosecocosgram-negaNvosaeróbiosfacultaNvos

–  EscherichiacolieProteusmirabilispodemtornar-sepatogênicos

•  AlteraçãodepH

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Tratourogenital

•  Vagina–  Mulherantesdapuberdade

•  Vaginaalcalina•  Estafilococos,estreptococos,di~eroideseE.

coli

–  Mulheradulta:ácidacomaltaquanNdadedeglicogênio

•  Lactobacillusacidophilus(bacilosdeDoderleins),leveduras,estreptococoseE.coli

–  Mulhernamenopausa•  Produçãodeglicogênioédiminuída•  AumentodopHemicrobiotasemelhanteàde

antesdapuberdade

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Fatoresqueafetamamicrobiota

•  pH–  Estômagoevagina

•  peristal:smo(intesNno)–  Evitaquelinhagensmicrobianascolonizemolúmendasregiões

superiorasemedianasdointesNnodelgado

•  Substânciasproduzidaspelamicrobiota

–  compe:çãoentreosmicrorganismospornutrientes•  Bacteriocinas,anNbióNcos,ácidosgraxosvoláteis

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•  Idade– Doençasinfecciosasmaiscomunsemindivíduosmuitojovensouidosos

•  BotulismoinfanNl(criançasmenoresque1ano):infecçãoporClostridiumbotulinum

–  Idosos•  Doençasrespiratórias:diminuiçãodarespostaimune

•  Aumentodapróstata:diminuiçãodofluxourinário,aumentodeinfecções

Fatoresqueafetamamicrobiota

40

•  Estresseedieta– Fadiga,exercícios,dietapobre,desidratação,mudançasclimáNcasdrásNcas

– Hormôniosproduzidosduranteestresse•  Diminuemrespostasimunológicas

–  Ex.CorNsol,agenteanN-inflamatório

– Dietaspobresemproteínasecalorias•  Ex.Vibriocholeraeempacientesdesnutridos•  Sacarose:aumentodascáries

•  Higiene

Fatoresqueafetamamicrobiota

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•  Hospedeirocomprome:do– Pacienteshospitalizados

•  Infecçõeshospitalaresounosocomiais–  Cateterismo,injeções,punçõesintra-espinhais,etc

– Fumantes–  Indivíduosimuno-suprimidosdevidoapresençadeinfecçõesvirais

Fatoresqueafetamamicrobiota

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•  Administraçãodean:bió:cos

–  Inibeocrescimentodamicrobiotanormalcomopatógenos

–  PerdadebactériassensíveisnotratointesNnal

–  Micro-organismosoportunistas:•  Staphylococcus,Proteusmirabilis,ClostridiumdifficileouleveduraCandidaalbicans

–  Importânciadosprobió:cos

Fatoresqueafetamamicrobiota

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Efeitosdometabolismodexenobió:cosnamicrobiotagastrointes:nal

HaisereTurnbaugh,ScienceV.336:153-1255,2014. 44

MetrópoleBacteriana

htp://www.hmpdacc.org/reference_genomes/reference_genomes.php45

Parareforçar

•  AmicrobiotadocorpohumanoéextremamenteimportanteparaamanutençãodasaúdedoHomem–proteção,metabolismo,sinergismo

•  FatoresexternoseendógenospodemalteraramicrobiotadrasNcamentelevandoaodesenvolvimentodepopulaçõesdepatógenosoportunistas

•  Diferentestratosapresentamdiferentespopulaçõesmicrobianas•  Aimportânciadosprobió:cosnaalimentaçãoetratamentodedoenças

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Algunsar:gosinteressantes

•  Thehumanmicrobiome:attheinterfaceofhealthanddisease.(NatureReviewsGene<cs13,260-270(2012)|doi:10.1038/nrg3182);

•  ExperimentalandanalyNcaltoolsforstudyingthehumanmicrobiome.NatureReviewsGene<cs13,47-58(2012)|doi:10.1038/nrg3129);

•  Sequencingtechnologies—thenextgeneraNon.(NatureReviewsGene<cs11,31-46(January2010)|doi:10.1038/nrg2626);

•  Structure,funcNonanddiversityofthehealthyhumanmicrobiome.(Nature486,207–214(14June2012)doi:10.1038/nature11234);

•  Acoregutmicrobiomeinobeseandleantwins.(Nature457,480-484(22January2009)|doi:10.1038);

•  TherapeuNcModulaNonofMicrobiota-HostMetabolicInteracNons.(Sci.Transl.Med.DOI:10.1126/scitranslmed.3004244);

•  TheGutMicrobiota.(DOI:10.1126/science.336.6086.1245);47