Faktori Virulencije Patogenih Bakterija 2010

8/16/2019 Faktori Virulencije Patogenih Bakterija 2010

1/18

FARMACEUTSKI FAKULTET

INSTITUT ZA MIKROBIOLOGIJU I IMUNOLOGIJU

IZBORNI PREDMET

ODABRANA POGLAVLJA FARMACEUTSKE

MIKROBIOLOGIJE


2/18

Prof. dr Marina Miln!o"i#

FAKTORI VIRULENCIJE PATOGENI$ BAKTERIJA


3/18

FAKTORI VIRULENCIJE PATOGENI$ BAKTERIJA

Pa%o&no'% ( pathos - bolest )

Patogenost je genetski determinisano svojstvo - sposobnost jednog mikroorganizma daizazove bolest i relativno je retka osobina u svetu mikroorganizama. Do danas je opisano oko

40.000 vrsta bakterija , od kojih je samo nekoliko stotina patogeno za čoveka. Prema

sposobnosti da izazovu oboljenje, bakterije se uglavnom dele na :

-primarno patogene

-uslovno patogene (izazivače oportunističkih inek!ija"

-apatogene bakterije.

Pri*arno +a%o&n ,a!%ri- imaju sposobnost da izazovu inek!iju i bolest kod osoba sa

očuvanim imunskim sistemom. Patogeni mikroorganizmi najče#$e prodiru u organizam

čoveka preko respiratornog, gastrointestinalnog ili urogenitalnog trakta, a u nekim

slučajevima mogu$ je prenos preko biolo#kih vektora (ubod insekta" ili ak!identalnih trauma

ko%e. te$enja tkiva i organa u toku bakterijske inek!ije mogu biti posledi!a dejstva samog

mikroorganizma (enzimi i toksini koje bakterija produkuje" ili su posledi!a prekomernog

imunskog odgovora organizma doma$ina. 'a uzročnika gonoreje ( Neisseria gonorrhoeae" i

siilisa (Treponema pallidum) čovek je jedini prirodni doma$in, a inek!ija nastaje u

direktnom kontaktu sa ini!iranom osobom.

ada mikroorganizam koji je sposoban da izazove bolest stupi u kontakt sa doma$inom, mo%e

do$i do : !olonia/i- (doma$in ne odgovara na prisustvo mikroorganizma", inf!/i-

(imunski sistem doma$ina odgovora na prisustvo mikroorganizma", ili pojave o,ol-n-a

(aktiviran je imunski sistem doma$ina i dolazi do o#te$enja tkiva i pojave simptoma bolesti".

Inf!/i-a n do"odi 0"! do o,ol-n-a, u slučaju eikasne odbrane doma$ina mo%e proti!ati

bez simptoma- kao asimptomatska inek!ija ili kli!ono#tvo.

U'lo"no +a%o&n ,a!%ri- retko izazivaju bolest kod osobe sa očuvanim imunolo#kim

mehanizmima odbrane ve$ su prvenstveno uzročni!i inek!ija kod imunokompromitovanih

bolesnika (uro)ena ili stečena imunodei!ijen!ija". *slovno patogene bakterije su najče#$e

prisutne na ko%i i sluzni!ama kao deo iziolo#ke mikrolore (koagulaza negativne stailokoke,

diteroidi" a promenom mesta koloniza!ije ili prodorom u anatomske regije organizma koje su primarno sterilne, izazivaju o#te$enje tkiva doma$ina i pojavu bolesti. +iziolo#ka mikrolora


4/18

je izuzetno značajna za organizam doma$ina i naru#avanje njene ravnote%e u toku dugotrajne

primene antibiotika #irokog spektra mo%e dovesti do prekomernog umno%avanja nekih

uslovno patogenih mikroorganizama (kandidoza je često prisutna kod bolesnika koji u du%em

vremenskom periodu koriste u terapiji antibiotike #irokog spektra".

Escherichia coli je prisutna na sluzni!i kolona zdravih osoba kao deo iziolo#ke mikrolore,

ali je jedan od najče#$ih uzročnika inek!ija urinarnog trakta, a mo%e biti i izazivač te#kih

sistemskih inek!ija kao #to su sepsa i bakterijski meningitis.

A'o/i-a/i- i*10 ,a!%ri-a i 2o"!a mogu se klasiikovati u tri velike grupe:

Ko*n'alia* - aso!ija!ija u kojoj bakterija koristi humani organizam kao skloni#te i izvor

hrane, pri čemu ne nanosi nikakvu #tetu svom doma$inu.

Sinr&ia* - interak!ija u kojoj i bakterija i čovek imaju koristi od zajedničkog %ivota.

Parai%ia* aso!ija!ija korisna za bakteriju a #tetna za čoveka jer dolazi do pojave bolesti.

akterije koje kolonizuju ljudski organizam tokom du%eg vremena, a ne izazivaju bolesti,

nazivaju se nor*alno* ili fiiolo3!o* *i!rofloro*. &na #titi doma$ina od razvoja

patogenih mikroorganizama (produk!ija bakterio!ina" i to predstavlja enomen mikrobnog

antagonizma, Pored toga iziolo#ka mikrolora obezbe)uje doma$inu vitamine kompleksa i

vitamin.

akterije koje kratkotrajno (vi#e sati ili dana" kolonizuju ko%u i sluzni!e predstavljaju

%rani%orn0 (%ranin%n04 nal%n0) *i!roflor0. ranzitorna mikrolora obično potiče iz

okru%enja čoveka.

umani organizam ima u proseku //0/1 $elija i predstavlja stani#te za oko //0/4 bakterija,

#to znači da je broj bakterija koje normalno kolonizuju organizam deset puta ve$i od ukupnog

broja humanih $elija.

Vir0ln/i-a (virus-otrov) je stepen patogenosti i odre)ena je invazivno#$u, inektivno#$u i

patogenim poten!ijalom. *nutar jedne iste vrste postoje različiti sojevi bakterija koji imaju

različit stepen virulen!ije. 2irulen!ija predstavlja kapa!ititet mikroorganizma da izazove

o#te$enje u organizmu doma$ina i rezultat je kompleksne interak!ije parazit

(mikroorganizam"- doma$in. 2irulentnost se mo%e pove$ati- egzalta!ija ili smanjiti-

atenua!ija (atenuisani mikroorganizmi se primenjuju kao %ive vak!ine".

Fa!%ori "ir0ln/i- ili a&r'ini imaju va%nu ulogu u patogenezi bakterijske inek!ije. 2e$ina bakterija poseduje vi#e aktora virulen!ije i svaki od njih ima odre)enu ulogu u različitim


5/18

stadijumima bolesti. 3azličiti eksperimentalni modeli se koriste u ispitivanju aktora

virulen!ije, ali treba naglasiti da se ne mogu svi klinički sindromi humanih inek!ija

reprodukovati na animalnim modelima. 2e$ina eksperimentalnih studija aktora virulen!ije

sprovedena je u in vitro uslovima, ali se ti uslovi značajno razlikuju od onih koji su prisutni u

tkivu ini!iranog doma$ina. * kliničkom smislu virulen!ija je maniesta!ija slo%enih odnosa

parazita i doma$ina, i zavisi od osobina mikroorganizma sa jedne strane i odbrambenih snaga

doma$ina sa druge.

Oštećenje i disfunkcija ćelija-kao posledice infekcije

* toku inek!ije o#te$enje $elija i tkiva mo%e biti posledi!a direktnog delovanja

mikroorganizma ili imunopatolo#kih mehanizama koji se javljaju u toku prekomernog

odgovora imunskog sistema doma$ina. (npr. u toku septičkog #oka, tuberkuloze ". * toku

bakterijske inek!ije o#te$enje i disunk!ija $elija i tkiva su najče#$e posledi!a delovanja

bakterijskih toksina. akterijski toksini mogu ostvariti svoj eekat vezivanjem za re!eptore na

!iljnim (target" $elijama ili interak!ijom sa $elijama imunskog sistema koje osloba)aju

medijatore (!itokine" odgovorne za razvoj patolo#kog pro!esa. nterak!ija toksina i re!eptora

na eukariotskoj $eliji n *ora do"'%i do '*r%i #li- ve$ mo%e samo dovesti do poreme$aja

njene unk!ije (npr. kolera toksin i njegov eekat na entero!ite".

FAKTORI VIRULENCIJE

* aktore virulen!ije mogu se svrstati :

/. S%r0!%0r ,a!%ri-'! #li- (kapsula, peptidoglikan, teihoinska kiselina, povr#inski

proteini, 5P6"

7. 8kstra!elularni produkti bakterija (toksini i enzimi".

+aktori virulen!ije mogu biti kodirani genima koji su lokalizovani na:

• bakterijskom hromozomu

• plazmidima

• bakterioagima

• transpozonima


6/18

* prirodi navedeni genetski elementi mogu biti preuzeti (horizontalni transer" i dovesti do

transorma!ije re!ipijentne bakterije u virulentniji soj ili soj koji se bolje adaptira na uslove

spolja#nje sredine. akterijska popula!ija predstavlja interaktivnu zajedni!u u kojoj bakterije

kontinuirano evoluiraju kao novi patogeni ili stari patogeni koji stiču ve$i patogeni poten!ijal.

'načajna je sposobnost mikroorganizma da reguli#e ekspresiju i sintezu aktora virulen!ije jer

to omogu$ava u#tedu energije u situa!iji kada ekspresija ovih aktora nije bakteriji potrebna.

od nekih vrsta kao #to su Staphylococcus aureus i Pseudomonas aeruginosa pojedini aktori

virulen!ije su eksprimirani isključivo ili maksimalno tokom '%a/ionarn fa ra'%a. *

sta!ionarnoj azi rasta ekspresija navedenih aktora je udru%ena sa produk!ijom induktora 9

fro*ona koji se akumuliraju tokom rasta bakterijske kulture.

etode molekularne biologije i komparativne analize bakterijskog genoma su omogu$ile

kreiranje mutantnih sojeva, koji se razlikuju u samo jednoj spe!iičnoj determinanti, #to je od

značaja u ispitivanju uloge različitih aktora virulen!ije u patogenezi inek!ije. omparativne

analize sekven!e bakterijskog genoma su otkrile izrazitu genetsku varijabilnost i mobilnost

genskih sekven!i izme)u različitih bakterijskih sojeva.


7/18

* odnosu na ulogu u patogenezi inek!ije aktori virulen!ije se mogu podeliti u tri velike

grupe :

/. +aktore ;dheren!ije

7. +aktore nvazivnosti

1. oksine

Fa!%ori ad5rn/i-

3azvoj stabilne bakterijske popula!ije u ini!iranom organizmu zahteva adheziju

mikroorganizma za epitelne $elije doma$ina. ;dhezija predstavlja interak!iju izme)u

spe!iičnih re!eptora na membrani $elija (obično ugljeni hidrati" i liganda (obično proteini "

na povr#ini bakterija. Prisustvo ili odsustvo spe!iičnih re!eptora na membrani eukariotskih

$elija uslovljava tkivnu spe!iičnost patogena. 'a mnoge patogene bakterije ini!ijalnainterak!ija sa tkivima doma$ina se odvija na povr#ini sluzni!a (respiratornog, digestivnog ili


8/18

urogenitalnog trakta". ;dhezija je neophodna da bi bakterije izbegle mehanizme nespe!iične

odbrane doma$ina kao #to su !revna peristaltika i spiranje bakterija urinom.


9/18

Produk!ija imbrija je kontrolisana od strane gena koji su lokalizovani na hromozomu ili

plazmidima. *slovi pod kojima se vr#i kultivisanje bakterija, kao #to su temperatura na kojoj

se vr#i inkubiranje i sastav medijuma, značajno utiču na produk!iju imbrija. Pili (imbrije"

ve$ine =ram negativnih bakterija se vezuju za glikoproteinske ili glikolipidne re!eptore na

$elijama doma$ina.

+imbrije tipa / (obične pile" su izgra)ene od agregata strukturnog proteina imbrilina (pilin"

koji je organizovan u vidu spiralne strukture dijametra ? nm. ip / imbrija se spe!iično

vezuje za rezidue d-manoze i najče#$e je prisutan kod Escherichia coli i drugih

enterobakterija. Escherichia coli koja izaziva urinarne inek!ije ima drugi tip pila 9P pile koje

se vezuju za digalaktozidne strukture na $elijama genitourinarnog trakta. 8nterotoksigeni

sojevi E.coli, koji izazivaju prolive putnika, imaju pile koje prepoznaju spe!iične re!eptorena entero!itima.

U +ro/'0 ad5rn/i- ,a!%ri-a a 0!ario%'!0 #li-0 +ord fi*,ri-a 02'%"0-0 i

+ro%ini i +oli'a5aridi koji su eksprimirani i@ili sekretovani na povr#ini bakterijske $elije.

+ilamentozni hemaglutinin koji produkuje Bordetella pertussis je proteinski adhezin dok su

egzopolisaharidi prisutni kod oralnih streptokoka koje izazivaju zubni karijes. eihoinska

kiselina i povr#inski proteini koagulaza-negativnog stailokoka učestvuju u adheren!iji

bakterija za ve#tačke implante i obrazovanju bioilma koji #titi bakterijsku popula!iju oddejstva antibiotika. od nekih bakterija kao #to su Vibrio cholerae i Campylobacter euni

lagele imaju va%nu ulogu u adheren!iji za eukariotsku $eliju.

Jdan od '+/ifi2ni5 r/+%ora na 0!ario%'!o- #li-i a !o-i ' ,a!%ri- "0-0 -

fi,ron!%in. +ibronektin je multiunk!ionalni glikoprotein koji se nalazi u plazmi i na

membrani epitelnih $elija. Pored toga #to predstavlja spe!iičan re!eptor za koji bakterije

adheri#u, ibronektin mnoge bakterije vezuju za svoju povr#inu (čime je onemogu$eno

njihovo prepoznavanje od strane $elija imunskog sistema". Pili Streptococcus pyogenes suizgra)eni od lipoteihoinske kiseline i proteina i adheriraju za epitelne $elije nazoaringsa.

Streptococcus pyogenes se posredstvom lipoteinoinske kiseline vezuje za amino-terminalni

deo ibronektina i tako adheri#e za epitelne $elije respiratorne sluzni!e.

*logu adhezina mogu imati i kapsula i sluzavi omotač bakterija. Pored vezivanja za epitelne

$elije bakterije se posredstvom navedenih struktura vezuju i za sintetske implantate (kateteri,

ve#tački srčani zalis!i i ve#tački zglobovi" i u ovom slučaju dolazi do posebnog tipa

adheren!ije, do obrazovanja bioilma. ada ormiraju bioilm bakterije su za#ti$ene oddejstva ago!itnih $elija i antibiotika.


10/18


11/18

Shigella, &ycobacterium, 'isteria, 'egionella, Brucella". ehanizmi koji omogu$avaju

bakterijama pre%ivljavanje unutar $elija (ago!ita" su inhibi!ija uzije agozoma i lizozoma

( &ycobacterium tuberculosis), produk!ija katalaze (Staphylococcus aureus), inhibi!ija

a!idiika!ije ago-lizozomalne vakuole ( 'egionella pneumophila" i drugi.

;ntiago!itni aktori su :

• !a+'0la (produkuje je pneumokok i meningokok" koja ometa adheren!iju ago!ita za

bakterijuA

• +ro%in A Staphlococcus aureus-a koji se vezuje za +! ragment imunoglobulina klase

= (g=" čime je inhibirana spe!iična opsoniza!ija bakterijeA

• M +ro%in je povr#inski protein Streptococcus pyogenes za koji se vezuje ibrinogen,

odnosno ibrin koji prekriva povr#inu bakterije i time sprečava opsoniza!iju i ago!itozu.

To!'ini 8&o i ndo%o!'ini

Postoje dve velike grupe bakterijskih toksina :

• &o%o!'ini (koje produkuju i =ram pozitivne i =ram negativne bakterije"

• ndo%o!'in ili LPS (prisutan u spolja#njoj membrani samo =ram negativnih bakterija".

Ba!%ri-'!i &o%o!'ini su po svojoj hemijskoj prirodi proteini ili polipeptidi koje bakterije

sekretuju u spolja#nju sredinu. =eni koji kodiraju sintezu egzotoksina lokalizovani su na

plazmidima ili kodirani bakterioagom. akterijski egzotoksini su najče#$e termolabilini

(izuzetak je termostabilni enterotoksin koji produkuje S. aureus" i dobri su antigeni. Pod

dejstvom povi#ene temperature ili nekih hemijskih agenasa mogu se konvertovati u

anatoksine ili toksoide koje se primenjuju u vidu vak!ina u imunoproilaksi bakterijskih

inek!ija (npr. Di-e-Per vak!ina sadr%i anatoksine diterije i tetanusa". ako je ve$ navedeno

egzotoksine mogu produkovati i =ram pozitivne i =ram negativne bakterije, a u odnosu na

mehanizam dejstva delimo ih u slede$e grupe:

/" To!'ini !o-i do"od do o3%#n-a +la*a **,ran i li #li- (Clostridium

per"ringens osloba)a ala-Btoksin koji dovodi do enzimske lize $elije, dok Staphylococcus

aureus produkuje hemolizin koji dovodi do ormiranja pora na $elijskoj membrani".


12/18

To!'ini !o-i for*ira-0 +or 0 #li-'!o- **,rani i dovode do njene pove$ane

permeabilnosti nazivaju se jo# i litički aktori ili lizini. 8ritro!iti se najče#$e koriste za

testiranje aktivnosti lizina zbog čega se oni često označavaju kao hemolizini. Da bi mogli

da ormiraju pore i kanale u $elijskoj membrani navedeni toksini moraju biti amoterne

prirode odnosno moraju posedovati hidroilni i lipoilni deo koji intereriraju sa

odgovaraju$im strukturama membrane. rajnji eekat pove$ane propustljivosti plazma

membrane je smrt $elije, dok rane promene podrazumevaju osloba)anje !itokina,

aktiva!iju intra!elularnih proteaza i induk!iju apoptoze.

3C amilija ovih toksina uključuje veliku grupu a7E zavisnih hemolizina koji imaju

ponavljaju$e sekven!e od devet aminokiselina koje su bogate gli!inom i aspartatom (engl.

3C-repeat in toins".


13/18

gvo%)a. 6inteti#e se i izlučuje kao prekursor sa signalnim peptidom od 7F aminokiselina, a

aktivira se dejstvom tripsina koji odvaja signalni peptid i ostavlja zrelu ormu toksina

molekulske mase FH kDa. Diterijski toksin ima dva ragmenta ; i koji su povezani

disulidnim mostom. +ragment se svojim -terminalnim krajem vezuje za re!eptor na

eukariotskoj $eliji, dok ragment ; predstavlja nosila! toksičnosti. 6ubjedini!a ;

katalizuje prenos ;DP-riboze sa !itoplazmatskog


14/18

=;;-u i sprečava sekre!iju navedenih neurotransmitera #to dovodi do spastične paralize

mi#i$a (leksora i ekstenzora". oksin je izuzetno potentan sa 5D90 0,7ng@kg.

4" To!'ini !o-i do"od do 5i+ra!%i"a/i- %ar&% #li- 6 kolera toksin koji dovodi do

pove$ane aktivnosti adenilat !iklaze i pove$anja intra!elularnog !;P-a usled čegadolazi do pove$ane sekre!ije hlorida, kalijuma, bikarbonata i vode u lumen !reva dok je

resorp!ija natrijuma u entero!ite smanjena.

* eukariotskim $elijama signali iz spolja#nje sredine stimuli#u re!eptore na povr#ini

$elije. 3e!eptori prenose inorma!ije preko plazma membrane na dva načina:

a" osorila!ijom tirozina !itoplazmatskog -terminalnog dela re!eptora, #to dovodi do

aktiva!ije niza intra!elularnih pro!esaA b" modiika!ijom =P-vezuju$ih proteina koji prenose signale na enzime osloba)aju$i

glasnike kao #to su !;P, inozitol-triosat i dia!il-gli!erol, koji pokre$u niz pro!esa

u $eliji.

olera toksin koji produkuje Vibrio cholerae i termolabilni toksini 5- i 5- koje produkuju

enterotoksigeni soje E. coli imaju identičan mehanizam dejstva i pokazuju homologiju na

nivou primarne i trodimenzionalne strukture. oksini imaju strukturu ;F #to znači da sadr%eenzimski aktivnu jedini!u ; i pentamernu jedini!u sastavljenu od pet identičnih monomera.

6ubjedini!a ; je enzim sa ;DP-ribozila!ionom aktivno#$u, vezuje


15/18

superantigena su grozni!a i #ok koji nastaje usled sistemskog osloba)anja velikih količina

inlamatornih !itokina kao #to su 5-/ i 5-7.

J" To!'ini !o-i dl0-0 na /i%o'!l% 0!ario%'! #li-

itoskelet se sastoji od mikroilamenata, mikrotubula i intermedijarnih ilamenata. *loga

!itoskeleta je značajna u kontroli oblika i prostorne organiza!ije $elije. *ključen je u $elijsko

kretanje, endo- i egzo!itozu, transport vezikula, $elijski kontakt i mitozu. rze strukturne

promene !itoskeletnih proteina se baziraju na njihovoj sposobnosti da polimerizuju i

depolimerizuju. akterijski toksini mogu delovati na mikroilamente (dijametra ?-K nm" koji

su izgra)eni od polimerizovanog aktina. 2eliki broj ;DP-ribozila!ionih enzima mo%e preneti

;DP-ribozu na aktin i time modiikovati njegovu aktivnost.


16/18

Endo%o!'in ili li+o+oli'a5arid (LPS) je prisutan u spolja#njoj membrani samo =ram

negativnih bakterija. =eni koji kodiraju njegovu sintezu nalaze se na bakterijskom

hromozomu. 8ndotoksin se osloba)a nakon lize a delom i tokom rasta bakterijske $elije.

5P6 se sastoji od lipida ;, koji je odgovoran za toksičnost , i polisaharidnog lan!a koji

predstavlja & antigen bakterija. 'a razliku od egzotoksina on nije dobar antigen i ne mo%e

se konvertovati u anatoksin. 6labije je toksičan od egzotoksina i ne mo%e se inaktivisati

toplotom (otporan je na autoklaviranje". iolo#ki eekti endotoksina potiču od delovanja

njegove strukturne komponente 9lipida ;. * niskim kon!entra!ijama endotoksin stimuli#e

imunski odgovor organizma koji ima protektivnu ulogu i maniestuje se grozni!om,

vazodilata!ijom i inlama!ijom. * visokim kon!entra!ijama endotoksin dovodi do

prekomerne aktiva!ije imunskog sistema i odgovora koji ima #tetne posledi!e po

organizam koje u nekim slučajevima mogu dovesti do smrtnog ishoda.

Posle osloba)anja 5P6 se vezuje za re!eptore na makroagima (D/4, 534",

mono!itima i $elijama i dovodi do :

• pove$ane produk!ije !itokina (5-/, 5-J, 5-H,


17/18

:SOBINE ;GZOTOKSIN ;NDOTOKSIN

IZVOR GRAM POZITIVNE I

GRAM NEGATIVNE

SAMO GRAM NEGATIVNE

BAKTERIJE

$EMIJSKA PRIRODA POLIPEPTIDI LIPOPOLISA$ARID

GENI PLAZMIDI $ROMOZOM

A SE IL7? 4 TNF7

KLINI=KE

MANIFESTACIJE

RAZLI=ITE GROZNICA4 SEPTI=KI @OK

NTIGENOST DOBRI ANTIGENI SLAB ANTIGEN

VAKCINE TOKSOIDI NE POSTOJI


18/18

Faktori Virulencije Patogenih Bakterija 2010

Documents

Transcript of Faktori Virulencije Patogenih Bakterija 2010