interaccao_hospedeiro-microrganismo
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Interacções entre o hospedeiro e o microrganismo
Relação entre o microrganismo e o hospedeiro
Infecçãoimplica a colonização, multiplicação, invasão ou a persistência dos microrganismos patogénicos no hospedeiro
Doençaocorre quando se verifique uma alteração do estado normal do organismo
Infecção pode existir sem doença detectável
Patologia ou patogénesemodo como se originam e desenvolvem as doenças
Patogenecidadeé a habilidade com que um microrganismo causa infecção, através dos seus mecanismos estruturais ou bioquímicos
Virulênciaé o grau de patogenecidade de um microrganismo
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Interacções entre o hospedeiro e o microrganismo
Flora normal ou comensalmicrorganismos que permanecem no organismo sem produzirem doença e vivem em simbiose com o hospedeiro, ou seja, obtêm vantagens sem prejuízo para o hospedeiro.
Bactérias estritamente patogénicasestão sempre associadas à doença
Bactérias potencialmente patogénicaspodem estar ao não associadas à doença
Bactérias oportunistasbactérias que normalmente não causam doença, excepto em situações que podem favorecer a sua proliferação
Portadores sãosindivíduos em que na sua flora normal existem bactérias patogénicas
Ocorrência da doença
O conhecimento da incidência e da prevalência de uma determinada doença permite aos epidemiologistas estimar a periodicidade da doença e a tendência de ser mais comum
num ou noutro grupo da população
Incidência de uma doença é a fracção de uma população que a contrai durante um determinado período de tempo
Prevalência de uma doençaé a fracção de uma população que tem a doença num tempo específico
Esporádica quando ocorre ocasionalmente
Endémica quando está presente constantemente
Epidémica quando atinge uma população num curto espaço de tempo
Pandémica uma doença epidémica que ocorre em vários locais do mundo
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Tipos de infecção
As infecções podem ser classificadas de acordo com as zonas do organismo que são afectadas
Severidade da doençaDoença agudadesenvolve-se rapidamente durante um curto espaço de tempo
Doença crónica desenvolve-se lentamente, a reacção do organismo pode ser menos severa e pode ser um tipo de doença recorrente por períodos longos
Infecção localos microrganismos invadem uma zona limitada e relativamente pequena do organismo
Infecção sistémica ou generalizada os microrganismos ou os seus produtos invadem o organismo por via sanguínea ou linfática
Bacteriémiapassagem transitória e benigna de uma bactéria pelo sangue, em geral pouco abundante em circulação
Septicémiabacteriémia acompanhada de um estado infeccioso grave, condicionada por descargas contínuas de bactérias no sangue
Toxémiapresença de toxinas no sangue
Infecção primáriaa que causa inicialmente a doença
Infecção secundáriaestá em causa um bactéria oportunista em que aproveita a debilidade imunológica do hospedeiro, após uma infecção primária
Infecção inaparente ou subclínicamicrorganismo está presente, embora o hospedeiro não apresente sintomatologia característica
Infecção hospitalar ou nosocomiala infecção contraída no hospital provocada pela flora endógena (infecções iatrogénicas) ou pela flora exógena proveniente do meio ambiente, pessoal e material
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Transmissão dos microrganismos
Homemportador são de determinados microrganismos e pode transmitir directa ou indirectamente a outros
Animaiszoonoses doenças que ocorrem primeiramente no mundo animal e que podem ser transmitidas ao homem
Reservatórios inertessolo, água e alimentos
Transmissão da doença
As doenças infecto contagiosas podem-se transmitir de um hospedeiro para outro de um modo directo ou indirecto e podem ser comunicáveis ou incomunicáveis
Contacto directo transmissão directa do agente por contacto físico entre a fonte e o hospedeiro ou por aerossol
Contacto indirectoquando a transmissão do agente da doença ao hospedeiro é feita por intermédio de um objecto inerte
Veículos de transmissão- água e alimentos- ar- vectores: artrópodes
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Mecanismos de defesa do hospedeiro
É importante conhecer como o corpo humano se defende das bactérias patogénicas e como as bactérias se evadem a essas defesas
Defesas constitutivasMecanismos de defesa referidos como naturais do hospedeiro saudável e inerentes a um hospedeiro específico
- susceptibilidade para alguns agentes patogénicos
- barreiras anatómicas
- antagonismo microbiano
- actividade bactericida de alguns tecidos
- inflamação
- fagocitose
Defesas induzidasOs mecanismos de defesa são induzidos pelo agente patogénico e envolvem a resposta imunitária
- a bactéria pode ser rapidamente eliminada pela imunidade não específica (polimorfonucleares e macrófagos) ou pela imunidade específica pré existente
- pode multiplicar-se e eventualmente ser a fonte de uma infecção, mas ser eliminada sob influência da imunidade específica
- pode persistir dentro de algumas células resistindo parcialmente às reacções imunitárias
Defesas constitutivas
Susceptibilidade para alguns agentes patogénicos
Resistência natural entre indivíduos da mesma espécie- ausência de receptores celulares para bactérias e/ou seus produtos toxinas- temperatura do hospedeiro - ausência de nutrientes específicos necessários ao crescimento bacteriano
Resistência individual entre indivíduos da mesma espécie- idade e sexo- cansaço - má nutrição, deficiência em vitaminas e proteínas- associação com outras doenças e a terapêutica associada
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Barreiras anatómicas
PeleA superfície da pele quando intacta constitui uma barreira física à entrada dos microrganismos
MucosasAs mucosas são essencialmente constituídas por células epiteliais que segregam muco, o que impede a secura e a invasão por alguns microrganismos
Aparelho respiratórioPelos do nariz e as células ciliadas da mucosa Epiglote - cartilagem que cobre a laringeTosse
Aparelho digestivoSaliva ajuda a prevenir uma colonização exagerada de microrganismosMovimentos peristálticos
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Aparelho genito-urinárioSecreções vaginais - pH ácidoFluxo urinário e a acidez da urina
LágrimaTem uma acção mecânica de lubrificação e de arrastamento dos microrganismos para o aparelho digestivo, através do canal nasal
Antagonismo microbiano
A flora normal protege as superfícies que coloniza- por competição- antagonismo específico - bacteriocinas- antagonismo não específico - ácidos gordos e peróxidos
Actividade bactericida de alguns tecidos
LisozimaEncontra-se nas lágrimas, saliva, secreções nasais e suor
Produção de ácidos Suco gástrico, suor, glândulas sebáceas
Transferrina, lactoferrina, ferritinaGlicoproteínas que se ligam ao ferro, reduzindo o ferro livre necessário ao crescimento bacteriano
Interleuquina 1 - IL-1Existe nos vacúolos dos macrófagos e linfócitos, está na origem da febre e da activação da resposta imunitária
InterferãoProteínas solúveis IFN ; INF ; IFN produzidas por células T activadas
Proteína C reactivaProteína produzida no fígado e que aparece nos estados agudos liga-se aos lipopolissacáridos da parede bacteriana e promove a opsonização e activação do complemento
Complemento- como defesa constitutiva dado que tem um papel importante na inflamação e
fagocitose- como defesa induzida pela actividade antimicrobiana induzida após a ligação
antigénio-anticorpo
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Mecanismos de patogénese
Entrada dos microrganismos no hospedeiroAlguns microrganismos têm preferência pela porta de entrada
- mucosas: respiratória, gastrointestinal, genito-urinária e conjuntiva- pele- via parental
Quantidade do inóculoA quantidade de inóculo requerida para estabelecer a doença pode depender do hospedeiro
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Factores que contribuem para o microrganismo penetrar no hospedeiro
Cápsulaa natureza hidrofílica da cápsula inibe a fagocitosepode mascarar o LPS que activa a via alternativa do complemento
Componentes da parede celularproteína M do Streptococcus pyogenes permite a aderência às células epiteliais e inibe a fagocitose
Enzimas- Hialuronidase, Colagenase, Lecitinases, Proteases
enzimas que danificam as células e as matrizes intracelulares dos tecidos- Hemolisinas
lisam os glóbulos vermelhos- Coagulases
transformam o fibrinogénio em fibrina, protegendo a bactéria da fagocitose
Plasmídeos e BacteriófagosTransportam informação genética que confere patogenecidade a uma bactéria
- plasmídeos que codificam para a síntese de toxinas, adesinas, cápsulas - bacteriófagos, por conversão lisogénica, permitem a expressão de novas
características, como toxinas
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Mecanismos de aquisição do ferro - Sideróferos
A aquisição do ferro é particularmente importantequer para o hospedeiro quer para a bactéria
Sideróferosproteínas de baixo peso molecular (catecois e hidroxamatos), produzidas pelas bactérias, com grande afinidade para o ião férrico.
No corpo humano, as glicoproteínas transferrina, lactoferrina, ferritina e hemina transportam o ferro e reduzem o ferro livre a ião férrico, que é utilizado como cofactor de reacções enzimáticas.
A aquisição do ião férrico pelas bactérias faz-se por:- ligação directa às glicoproteínas- excreção de redutases que removem o catião das glicoproteínas- produção de hemolisinas o que permite a bactéria adquirir directamente o ferro da
hemoglobina livre
Os sideróferos são excretados para o meio e o complexo ferro-siderófero entra na bactéria por um receptor específico. Algumas bactérias têm receptores capazes de reconhecer sideróferos produzidos por outras bactérias.
Os sideróferos não são específicos das bactérias patogénicas e a sua contribuição na virulência das estirpes é variável.
Algumas bactérias utilizam o ferro como activador de outros factores de virulência: toxinas, adesinas e invasinas
A expressão dos sideróferos é regulada por genes cromossomais ou plasmídicos. A mesma estirpe pode ter os dois mecanismos. A heterogeneidade dos determinantes genéticos tem sido objecto de numerosos estudos.
A produção dos sideróferos por estirpes não patogénicas pode ser benéfico para o hospedeiro por competição com as estirpes patogénicas na aquisição do ferro
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Adesinas
Adesinas glicoproteínas ou lipoproteínas componentes do glicocalix ou de estruturas da parede bacteriana que se ligam especificamente aos receptores da célula eucariota.
Receptor nas células eucariotascarbohidratos específicos ou resíduos peptídicos
Adesinas e receptores ligam-se de um modo específico e complementar
Mecanismos específicos de adesão
A interacção da bactéria com a célula eucariota pode levar a uma activação da célula directamente pelos componentes bacterianos ou por estimulação de factores activadores do hospedeiro como as citoquinas na resposta inflamatória. Esta activação altera a superfície da célula permitindo a aderência da bactéria.
As cargas electrostáticas e a hidrofobicidade são factores inerentes às superfícies celulares que afectam a adesão. Tanto a parede bacteriana como as células epiteliais contêm polissacáridos aniónicos que conferem carga negativa, as estruturas fibrilares permitem fazer a ligação entre estas duas estruturas, assim como os iões Ca2+, Mn2+ e Fe3+ podem formar uma ponte iónica.
As bactérias podem possuir vários tipos de adesinas:adesinas fimbriais e não fimbriais
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Adesinas fimbriais
Fimbria ou “pilus”é uma estrutura cilíndrica helicoidal constituída por subunidades proteicas idênticas fimbrina, com pesos moleculares entre 15 e 26 kDa e podem estar associadas a carbohidratos, fosfolípidos e fosfatos.
A formação da fimbria é um processo complexo e requer a participação de proteínas auxiliares “chaperones” que fazem o transporte das subunidades da membrana citoplasmática para a “outer” membrana.
A organização genética do operon pilus é uma estrutura conservada e têm sido encontradas sequências homólogas nos outros genes fimbriais e em genes responsáveis pela síntese do LPS e da cápsula.
As características adesivas dependem de uma proteína minor que pode estar localizada na extremidade ou ao longo da fimbria. A variação genética desta proteína confere à bactéria a capacidade para aderir a vários receptores.
Uma estirpe bacteriana é capaz de expressar vários tipos de fímbrias codificadas por regiões distintas no cromossoma ou em plasmídeos, permitindo à bactéria adaptar-se às diferentes superfícies da célula eucariota
Fímbrias do tipo I flexíveis e reconhecem a D-manose Escherichia coli
Fímbrias do tipo P rígidas e ligam-se ao glicolípido Gal -(1-4)- Gal.Escherichia coli
Fímbrias do tipo IV contêm um aminoácido terminal fenilalanina metiladaPseudomonas, Vibrio, Moraxella e Neisseria
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Adesinas não fimbriais
Proteínas existentes na outer membrana ou proteínas excretadas mas associadas à superfície da parede bacteriana que permitem a aderência da bactéria às células
Ácidos lipoteicóicosNas bactérias de Gram positivo existem os ácidos lipoteicóicos constituídos pelo poli álcool ácido teicóico ligado aos lipídos na membrana citoplasmática e projectados para fora da parede.
Proteína Mpromove a ligação à fibronectina, proteína encontrada em muitas células em especial das mucosas, presente no género Streptococcus
Clumping factorcomponente da parede celular dos Staphylococcus aureus que permite a ligação ao fibrinogénio e formar agregados que dificultam a fagocitose.
Adesinas FHAhemaglutinina filamentosa e de peso molecular elevado 220 kDa, homóloga a outras adesinas não fimbriais encontradas noutras estirpes bacterianas e capaz de reconhecer vários receptores na célula eucariota. As células alvo destas proteínas são as células ciliadas e os macrófagos. A interacção entre estas proteínas e a célula é complexa e envolve ligações proteína-carbohidrato e proteína-proteína. Presente na espécie Bordetella pertussis estirpe patogénica da mucosa respiratória que possui também adesinas fimbriais que não estão directamente relacionadas com a sua patogenecidade.
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Toxinas
Exotoxinas
Proteínas solúveis excretadas pelas bactérias, de Gram negativo e de Gram positivo, durante a fase exponencial de crescimento
Tem uma actividade semelhante às enzimas- podem ser desnaturadas pelo calor, ácidos e enzimas proteolíticos- têm uma actividade biológica elevada- têm especificidade de acção
NomenclaturaNa mesma espécie várias estirpes produzem a mesma toxina, noutras só algumas estirpes produzem uma determinada toxina. As exotoxinas variam entre si pela actividade e pelo local de acção
Pelo local de acçãoO local de acção pode ser um componente das células dos tecidos, orgãos, ou fluidos. A designação de enterotoxinas, neurotoxinas, hepatotoxina, cardiotoxina, leucocidinas ou hemolisinas indica o local de acção de algumas toxinas bem definidas
Pelo nome da espécie bacteriana que a produzCholera toxina, Shiga toxina
Pela sua actividadeLecitinase
Podem ter mais que um nomeShiga like E. coli também conhecida como Verotoxina
EstruturaToxina A-B Citotoxinas (hemolisinas e fosforilases)Superantigénios
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Toxina A-B
A toxina é produzida e excretada em 2 subunidades proteicas separadas: A fracção B liga-se ao receptor da célula A fracção A com actividade enzimática
As fracções A e B são separadas por acção proteolítica embora possam ficar ligadas por pontes de disulfureto. Esta ligação rompe-se quando a fracção A entra no citoplasma.
A fracção B liga-se especificamente aos receptores celulares, à porção carbohidrato das glicoproteínas ou dos glicolípidos, embora se possa ligar a proteínas.
A fracção A pode entrar na célula directamente ou por endocitose associada à fracção B.
A fracção B confere a especificidade da actividade toxinogénica
Estas exotoxinas catalisam de um modo geral o mesmo tipo de reacção:removem o grupo ADP-ribosil do NAD e ligam-no covalentemente a uma proteína da célula o que a torna inactiva ou anormal para a célula, provocando uma paragem da síntese proteica.
A toxina da cólera o grupo ADP-ribosil liga-se à proteína que controla o AMP cíclico o que leva a uma saída de electrólitos da célula
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Citotoxinas
Não se diferenciam como as anteriores em A-B e actuam por desorganização da membrana celular
Este tipo de exotoxinas não têm uma actividade enzimática, o efeito tóxico dá-se por inserção na membrana celular provocando a sua ruptura
- proteínas, cujo receptor é o colesterol e não um carbohidrato, que levam à formação de poros na membrana citoplasmática, permitindo uma entrada de água na célula
- fosfolipases hidrolizam os fosfolípidos da camada fosfolipídica da membrana citoplasmática
As enzimas hialuronidases, proteases não são consideradas exotoxinas, porque apesar de degradarem os componentes extracelulares danificando os tecidos, normalmente não levam à lise celular. No entanto estas enzimas podem estar associadas ao mecanismo de acção das exotoxinas.
Superantigénios
Proteínas que estimulam as células T a produzir citoquinas
Os superantigénios não são processados por digestão proteolítica dentro das células apresentadoras de antigénios (APC), mas ligam-se directamente ao complexo MHC da classe II à superfície das APC e às células T Helper.Este processo é feito indiscriminadamente tanto para as células APC como para as Helper o que provoca um aumento da Il-2 e de outras citoquinas originando uma patologia característica choque tóxico
A produção de exotoxinas pode ser uma maneira da bactéria se adaptar ao meio, mas não é essencial para a sua viabilidade
O papel das exotoxinas na doença
Intoxicação alimentarA toxina é produzida no alimento e os sintomas devem-se à toxina e não ao desenvolvimento bacteriano no aparelho digestivo
Toxi-infecções A bactéria coloniza a mucosa, não invade, mas produz a exotoxina que vai actuar localmente ou entra em circulação e vai atingir tecidos ou orgãos susceptíveis
Infecções invasivasA bactéria utiliza a toxina para danificar os tecidos ou destruir as células fagocitárias o que lhe permite multiplicar e invadir as células
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Endotoxinas
A actividade biológica das endotoxinas está associada ao lipopolissacárido LPS da outer membrana das bactérias de Gram negativo
O lípido A é fracção tóxica da moléculaO antigénio O e o core responsáveis pelas propriedades imunogénicas
A toxicidade do lípido A está relacionada com habilidade de activar o complemento pela via alternativa e de estimular a actividade das citoquinas. Estas proteínas induzem a resposta imunitária do hospedeiro, no entanto tornam-se tóxicas quando produzidas em grande quantidade.
Propriedades biológicas do LPSTanto o lípido A como os polissacáridos do core e do antigénio O actuam como factores de virulência das bactérias de Gram negativo.
Mutantes produtores de moléculas de LPS incompleto confirmam estes dados:- ausência do antigénio O torna as estirpes mais susceptíveis à fagocitose e
às reacções bactericidas do soro e impede as estirpes de aderir às células epiteliais.- ausência de partes próximas do core torna as estirpes sensíveis a uma
gama de compostos hidrofóbicos como: antibióticos, sais biliares.
A biosíntese do LPS é sequencial, os açúcares do core são adicionados ao lípido A sucessivamente e o antigénio O é adicionada por último numa subunidade pré-formada.
As bactérias libertam pequenas quantidades de endotoxinas na fase exponencial de crescimento, que permanecem associadas à parede celular e são libertadas após autolise da célula mediada por acção do complemento e digestão fagocitária.
Características das endotoxinasAs endotoxinas comparadas com as exotoxinas são:
- menos potentes e com menor especificidade de acção- não têm actividade enzimática- termoestáveis- degradam-se por acção de agentes oxidantes: peróxido, hipoclorito- fortemente antigénicos
Todas as endotoxinas produzem os mesmos efeitos biológicos no hospedeiro qualquer que seja a bactéria produtora
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Colonização
O destino da bactéria é determinado pela capacidade de explorar um habitat próprio e pelas adequadas defesas do hospedeiro
A colonização das mucosas requer que a bactéria :- Estabeleça uma proximidade com a superfície- Evite o seu arrastamento- Adquira nutrientes para crescer e multiplicar- Resista às defesas locais
Na bactéria os genes cromossomais ou plasmídicos determinam:- as moléculas de superfície necessárias para interagirem com os tecidos do
hospedeiro- as enzimas necessárias para a utilização dos substractos- a excreção de outros produtos bacterianos
As bactérias potencialmente patogénicas estão expostas:- a uma pressão selectiva das defesas específicas e não específicas do hospedeiro- à competição com a flora comensal- produtos antimicrobianos endógenos ou exógenos
Invasão
capacidade das bactérias de penetrar e multiplicar-se nos tecidos sãos
Invasinasproteínas extracelulares que actuam localmente danificando as células e facilitando o crescimento da bactéria.
Mecanismo invasivoAlterações na actina As invasinas promovem, alterações na actina, proteína do citoesqueleto da célula, o que leva à formação de estruturas semelhantes aos pseudópodos, que envolvem as bactérias.Após ingestão pela célula, as bactérias saem da vesícula por degradação da membrana lipídica ou formação de poros e ficam livres no citoplasma. Além de terem abundância em nutrientes, estão protegidas dos anticorpos, complemento e de alguns antibióticos.
Entrada directamente na célulaAs bactérias intestinais têm invasinas que se ligam às integrinas proteínas das células (mucosas e fagocitárias) o que permite à bactéria entrar directamente na célula sem passar pelo fagossoma.
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Mecanismos de evasão às defesas fagocitárias
As bactérias são capazes de desenvolver estratégias para inibir a fagocitose.
Impedir o contacto com as células fagocitáriasPor sintetizar estruturas idênticas às do hospedeiroStreptococcus do Grupo A - a cápsula é constituida por acido hialurónico Staphylococcus aureus - produz coagulase que cobre a parede bacteriana com fibrina
Inibição da ingestão pelas células fagocitáriasA resistência à ingestão é normalmente inibida por componentes da parede bacteriana:
- polissacáridos capsulares- proteína M do Streptococcus do Grupo A- slime produzido pela Pseudomonas aeruginosa- antigénio O associado ao LPS e antigénio K na Escherichia coli- antigénio Vi na Salmonella typhi- proteína A no Staphylococcus aureus bloqueia a ligação ao anticorpo por
competição com a região Fc das IgG
Lise das células fagocitáriasAgressinas proteínas extracelulares produzidas pelas bactérias que promovem a lise das células fagocitárias antes ou após ingestão.
Lise antes da ingestão- Leucocidinas, estreptolisina ou hemolisinas de um modo geral produzidas
pelas bactérias piogénicas de Gram positivo- Exotoxina A da Pseudomonas aeruginosa - Toxinas A-B Bordetella pertussis e Bacillus anthracis
Lise após a ingestãoParasitas intracelulares dos macrófagos que podem crescer no fagossoma ou no fagolissosoma e que libertam substâncias tóxicas promovendo a lise dos macrófagos e passar a outras células.
Multiplicação nas células fagocitáriasOs mecanismos que as bactérias se servem para invadir as células fagocitárias são normalmente factores de virulência não tóxicos como as invasinas e noutros casos utilizam as proteínas C3b do complemento para servirem de ligação à superfície dos macrófagos.
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Inibição da formação do fagolissosomaInibem a formação do fagolissosoma por modificação da membrana lissosomal ou da membrana do fagossomaSalmonella, Mycobacterium, Legionella e Chlamydia
Resistência aos constituintes lissosomaisHá a formação do fagolissosoma, mas a bactéria é capaz de resistir à actividade bactericida dos lissosomas devido às características dos constituintes hidrofóbicos da parede celular ou componentes capsulares ácidos micólicos no Mycobacterium, e do LPS na BrucellaAs bactérias extracelulares podem por intermédio da cápsula e da membrana externa Salmonella, E. coli, Bacillus anthracis ou pela produção de sideróferos Salmonella, E. coli sobreviverem no interior do fagolissosoma.
Libertação do fagossomaPor acção enzimática, algumas bactérias libertam-se do fagossoma e multiplicam-se no citoplasma, fosfolipases A da Rickettsia e a fosfolipases C e a listeriolisina O da Listeria monocytogenes.
Depois de passar a barreira epitelial as bactérias têm ultrapassaras respostas imunitárias humoral e celular
Tolerância imunológicaVerifica-se uma redução da resposta imunitária a um determinado antigénio em determinadas circunstâncias:
- exposição fetal ao antigénio- doses elevadas de antigénios bacterianos em circulação- antigénios bacterianos relacionados quimicamente com estruturas do hospedeiro
Antigénio disfarçadoAs bactérias podem revestir-se de estruturas semelhantes à do hospedeiro ou com anticorpos.
Variação antigénicaA variabilidade antigénica é um mecanismo importante que as bactérias patogénicas utilizam para evitar a actividade neutralizante dos anticorpos.
- variação dos antigénios fimbriais Neisseria gonorrhoeae- variação dos antigénios ao longo da infecção Borrelia recurrentis - variação dos antigénios entre as diferente estirpes de uma espécie bacteriana
Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella.
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