Patogeneza zaraznih bolesti-seminar 2006 majaarhiva.medri.uniri.hr/microbiology/poslijedipl_predavanja... · Zmijski Domaćin Strihnin Endotoksin otrov Letalna toksična doza (mg)

1

Mehanizmi mikrobne virulencijeinfektivnost + invazivnost + toksičnost

Katedra za mikrobiologiju

Kolonizacija• Da bi započela infekcija, bakterije moraju

kolonizirati ciljno tkivo.

• Tropizam (sposobnost dopiranja do specifičnogmjesta u organizmu), te sposobnost bakterije daprođe barijeru - sluznicu i invadira tkivo, razlikujupatogene od komenzalnih mikroorganizama.

• Kolonizacija započinje prihvaćanjem ili adherencijombakterija za receptore ispoljene na stanicamasluznice.

• (Upravo zato, mnoge bakterijske vrste su ograničenena specifičnog domaćina ili tkiva koje moguinficirati.)


Komponente ili produkti koji omogućavaju kolonizaciju

Potiču neprofesionalne stanice na fagocitozu

Invazini

Cijepanje željezaSiderofore

Diseminacija mikroorganizama; destrukcija (imunosnih) stanica

Toksini

Pribavljanje hranjivih tvari; diseminacija mikroorganizama

Enzimi

Inhibicija cilijarne aktivnosti na epiteluCiliostatski proteini

Razlaganje sluziMucinaze

Prihvaćanje na staničnu površinuAdhezini

Kretanje do ciljnog mjestaFlagela/kemotaksija

FunkcijaČimbenici virulencije


2

Bakterijski adhezini- čvrsto upletena uzvojnica

proteinskog sastava (pilin)

- može imati do 1000 istihmolekula pilina

- manje podjedinice pilina nadonjem kraju = sidrenjena stanicu domaćina

PILI (FIMBRIJE)

P-pili (uropatogena E. coli)- kodirani pap genima

(pyelonephritis-associated pili)


Adherencija - Bordetella bronchiseptica• 1) Bordetella bronchiseptica je

primarno patogena bakterija zbogsvoje sposobnosti da se adherira i paralizira cilije respiratornogepitela

• 2) Izostaje efikasno iščišćavanjesluzi i mikroorganizama, tebordetela perzistira tjednima u respiratornom sustavu

Bordetella pertussis - kolonizacijaepitela traheje


AFIMBRIJALNI ADHESINI

Specifični stanični receptori-INTEGRINI

Površne bakterijske molekulekoje prepoznaju ECM (filamentozni hemaglutinin B. pertussis; invazin Y. pseudotuberculosis; fibronektin, kolagen, fibrinogen

Ekstracelularni matriks (ECM)biološki aktivna mješavina makromolekula koje, uz strukturnfunkciju, izrazito utječu na staničnu fiziologiju nekogorganizma


3

Sustavi vanstanične sekrecije proteina

Katedra za mikrobiologijuE. coli P. aeruginosa Shigella

Quorum sensing

bakterije otpuštajusignalne molekule u okolinu

bakterije “znaju” svoj brojtj. koncentraciju

bakterije koordinirajusvoje ponašanje(virulencija,tvorba biofilma, bioluminiscencija,odnos premadrugim bakterijama itd.)

Geni koji kodiraju sustav sekrecije proteina nalaze se naOTOČIĆIMA PATOGENOSTI (patogenicity islands) = DNA segmenti inzerirani unutar kromosoma. Ekspresija gena zaproteine, te gena koji kodiraju sekrecijske putove su pod QUORUM SENSING kontrolom


Adhezini - mete novihvakcina?

Wiezemann TM, Adamou JE, Langermann S.: Adhesins as Targets for Vaccine Development. 1999. Emerg. Infect. Dis. 3:395-403.


4

Invazija

• Patogeni mikroorganizmi ulaze i preživljavaju unutar stanice domaćina

Potiču neprofesionalnestanica na fagocitozu(Salmonella, Shigella, Listeria)

Paracitoza:- invazijaizmeđu stanica(Treponema, Haemophilus)

Transcitoza: prolazak krozepitelne stanice; fagocitoza - bijeg izvakuole (Salmonella, Shigella, Listeria)


Mehanizmi invazijeBakterija Invazin St. receptor Događaj

Yersinia InvazinYadA

β1 integriniβ1 integrini

“Zipper” fagocitozaposredovana aktinom,aktivacija ritozina kinaza

Listeriamonocytogenes

Internalin(InlA)

E-kadherin “Zipper” fagocitozaposredovana aktinom,aktivacija ritozina kinaza

Shigellaflexneri

IpaB-D α5β1integrini

Nabiranje membrane,reorganizacija st. citoskeleta

Salmonellatyphimurium

SipB-D ? Nabiranje membrane,reorganizacija st. citoskeleta,makropinocitoza, Ca efluks,

EPEC Invazin Hp90 Formiranje “pijedestala” ibliska adherencija, slabainvazija, akumulacijacitoskeleta ispod bakterije


Invazija ulazakovisan o mikroorganizmu

ovisan o stanici domaćinu

replikacijau fagosomu

u fagolizosomu

u citoplazmi

izlazak

Nastavak infekcije:

infekcija nove stanice

infekcija novogdomaćina

liza stanice domaćina

utjecaj na membranu st. domaćina

izravno širenje iz staniceu stanicu (“cell to cell”)


5

Listeria monocytogenesŠirenje iz stanice u stanicu


Toksini su bakterijske makromolekule koje djeluju izvan bakterijske stanice,

štetno djelujući na metabolizam (stanice) domaćina

Toksini kao čimbenici virulencije

EndotoksiniEgzotoksini


Građa bakterijskog zida

Gram negativne Gram pozitivne


6

Temeljne biološke osobine

BAKTERIJSKI ENDOTOKSINBAKTERIJSKI ENDOTOKSIN


LIPOPOLISAHARID

postranični lanac”O” antigen

poliglukozamin

središnji polisaharid

masne kiselinelipid A


Odgovor domaćina na endotoksin

Gram negativne bakterije/endotksin

LBP

komplement

neutrofili

monociti

endotelne st.

kemotaksija

Superoksidlizozim

Nakupljanje neutrofila

Citokini

Tnf-α, IL-1, IL-6, IL-8 itd

Adhezijske molekule

Dušikov oksid

Bradikinin

Tkivni čimbenici

koagulacija

Povećana propusnost kapilara

TemperaturaMetaboličke promijeneHormonalne promijene

Vazodilatacija

Poremećaj zgrušavanja

ŠOK

ARDS,DIK

MODS

Smrt

Katedra za mikrobiologijuLBP=lypopolysaccharide binding protein Katedra za mikrobiologiju

7

Endotoksin

∗ lipid A- toksičnost∗ pirogen∗ mitogen∗ aktivator makrofaga

Aktivacija makrofaga

TNF-α; IL-1IL-4

IL-6

Sekundarno lučenje citokina

Povećana vaskularna permeabilnost; Pulmonarna hipertenzija

Hipoperfuzija organa

ENDOTOKSIČNI ŠOKKatedra za mikrobiologiju

BAKTERIJEMIJA

FUNGEMIJA

PARAZITEMIJA

VIREMIJA

OSTALO

INFEKCIJAS I R S

SEPSA

OSTALO

TRAUMA

OPEKOTINE

PANKREATITIS

SYSTEMI

C

INF

LAMMATORY

RESPONSE

SYNDROME


MENINGOKOKCEMIJA

Neisseria menigitidis


8

U nekih bolesnika primarna manifestacija menigokokne infekcije je septikemija –SIRS, septički šok i visoka stopa smrtnostiMenigokokcemija – fulminantni oblik gram-negativne sepseMeningokokcemija se javlja u prethodno zdrave djece ili mlađih osobaBolest se razvija unutar nekoliko sati: od gripi sličnih simptoma – pojava osipa – šokHipotenzija, respiratorni distres, zatajivanje bubrega, infarkt nadbubrežnih žlijezda i akutna adrenalna krizaIzražena koagulopatija (DIK) je učestalo prisutna (i ako ne dođe do smrtnog ishoda posljedice mogu biti teške - insult, nekrozatkiva)

Sistemsku meningkoknu infekciju karakterizira najviša razina cirkulirajućeg endotoksina. Razina korelira sa stopom smrtnosti.

Iako je antibiotska terapija efikasna, komplikacije zbog prisustva endotoksina progrediraju.

MENINGOKOKCEMIJA


• Proteini koje bakterija izlučuje (secernira) u svoju okolinu za vrijeme života

• Proteini vezani uz membranu/stijenku koji se oslobađaju u okolinu nakon bakterijske smrti

EgzotoksiniToksični proteini koji se izlučuju izvan bakterijske stanice

bakterija

toksin

receptor

stanicadomaćin

stanična smrt


• A-B toksini

• Toksini koji oštećujustaničnu membranu(“pore-forming”)

• Superantigeni

• leukocidin• hemolizini• ostali proteini

Egzotoksini


9

A-B toksini

Brojni bakterijski toksiniimaju sličnu strukturu unatočrazličitim mjestima djelovanjai različitim simptomima kojeuzrokuju

Difterični toksin

Klostrdijski citotoksin

Kolera toksin


Mehanizam djelovanja A-B toksina

A-B toksini sastoje se od dvadijela (fragmenta). Toksični(A) fragment može se osloboditi odmah nakonvezanja drugog (B) fragmentana stanični receptor ili nakonreceptorom posredovaneendocitoze


Kolera toksin

• A (mol. težina 27,200) pokazuje enzimatsku aktivnost i nakon ulaska u citosol modificira djelovanje adenilatciklaze

• B (mol. težina 82,000 - 5 identičnih podjedinica) vežetoksin na specifične površinske receptore na stanicamadomaćina; ima ulogu u translokaciji A dijela u citosol


10

“pore-forming” toksini

Listeriolizin - O (LLO)

vezanjem na citoplazmatsku membranu stanice domaćinadolazi do formiranja pora ili kanala koji vode lizi stanice

hemolizin (HlyA) - E.colileukotoksin - Pasteurella haemolyticalisteriolizin O - Listeria monocytogenespneumolizin - Streptococcus pneumoniaestreptolizin O - Streptococcus pyogenes


Toksini

• Superantigeni djelujukao snažni aktivatoriT limfocita

superantigeni

Stimulacija produkcije proinflamatornih citokina


Letalnost bakterijskih egzotoksina

2 x 1022 x 1042 x 103Zamorac6 x 10-5Difterični toksin

1 x 1051 x 1071 x 106Zec2.3 x 10-6Shigellaneurotoksin

1 x 1051 x 1071 x 106Miš4 x 10-8Tetanusni toksin

3 x 1053 x 1073 x 106Miš0.8 x 10-8Botulinum toksin (D)

Zmijski otrovEndotoksinStrihninDomaćin

Letalna toksična doza (mg)

Toksin


11

Botulinum toksin - A :• specifično inhibira o acetil-holinu ovisnu

neuromuskularnu transmisiju, te se koristiu oftalmologiji i neurologiji za relaksacijuspastičnih ili distoničkih mišića.

• blokira holinergičku simpatičku inervacijuznojnica, te se koristi u dermatologiji u terapiji hiperhidroze

• primjena u kozmetologiji

Terapijska primjenabakterijskih egzotoksina


Patogeneza parazitarnihoboljenja


Entamoeba histolytica

• Treći najčešći uzročnik parazitarnih oboljenja (prevalencijanepoznata zbog otkrića E. dispar)

• E. dispar je nepatogeni “blizanac” E. histolytica (Emile Brumpt)

• prenosi se fekalno-oralnim putem

• svjetlosna mikroskopija uglavnom ne zadovoljava potrebedijagnostike

• postupak kloriranja nije izrazito efikasan u inaktivaciji cista


12

trofozoit cista

invazivni trofozoitamebna dizenterija


E. histolityca: značajni čimbenici virulencije

• Lektin - posreduje adherenciju na epitelne stanice• peptidi - liziraju stanicu domaćina• secernirajuće proteaze - degradacija okolnog tkiva• fermentirajući enzimi (slični bakterijskima)• specifični antigeni na vanjskoj membrani


Patogeneza gljivičnih oboljenja


13

• raste na temperaturi od 37 0C

• pripadnik normalne mikrobne florena sluznicama

Candida albicans

• značajni čimbenici virulencije• površinski proteini koji se vežu na

fibronektin, kolagen...• proteinaze - razaraju stanicu domaćina• gliotoksin - uzrokuje intenzivno crvenilo

kod upale


Osnovni čimbenik virulencijeOsnovni čimbenik virulencijeOsnovni čimbenik virulencije

Candida albicans

MORFOGENEZAtvorba pseudohifa i

pravih hifa



14

Mehanizmi virusnepatogenosti


• sposobnost ulaska u stanicu• sposobnost rasta unutar stanice• sposobnost obrane/borbe protiv imunih

mehanizama domaćina• sposobnost privremenog ili trajnog oštećenja st.

domaćina:• liza stanice• produkcija toksičnih tvari• stanična transformacija• indukcija strukturnih promijena u stanici

• u jezgri (uključujući i kromosomalne promijene)• citoplazmatske


Biološke promijene u eukariotskim stanicamanastale tijekom virusne infekcije

Umnožavanju virusa prethodi:

infekcija žive stanice virusom koji se korististaničnom energijom, spojevima i mehanizmimaza sintezu i izgradnju vlastite nukleinske kiselinei proteina


15

Razvojni ciklus virusa teče u nekoliko osnovnih faza

• PRIČVRŠĆIVANJE (attachment)

• PRODIRANJE (penetration)

• RAZGRADNJA KAPSIDE (uncoating)

RANA FAZA UMNOŽAVANJA


KASNA FAZA UMNOŽAVANJA

1. Sinteza makromolekula

2. Umnožavanje i transkripcija u DNK u virusa

3. Umnožavanje i transkripcija u RNKA virusa

4. Tvorba i sastavljanje virusne kapside

5. Izlazak virusa iz stanice


Daljnji tijek umnožavanja razlikuje se ovisno o vrsti virusa tj. o prirodi njegovog genetskogmaterijala

• Klasa I : dvolančana DNA• Klasa II: jednolančana DNA• Klasa III: dvolančana RNA• Klasa IV: jednolančana pozitivna (zarazna) RNA• Klasa V: jednolančana negativna RNA• Klasa VI: jednolančana pozitivna RNA s DNA

međufazom• Klasa VII: dvolančana DNA s RNA međufazom


16

Sposobnost bijega od imunosne obranejedan je od najznačajnijih virusnih

čimbenika virulencije.

neotkrivanjem svoje prisutnosti (latentna infekcija, tvorbasincicija..)

inhibicijom predstavljanja antigena (genske i antigenskepromjene nakon započete infekcije)

sprječavanjem aktivacije ili zaustavljanjem započetogimunosnog odgovora (obustava tvorbe interferona, tvorbaspecifičnih proteina kojima inhibiraju aktivnost ili dovode do razgradnje određene stanice imunološkog odgovora -retrovirusi, herpesvirusi)


Mim’s Pathogenesis of Infectious Disease, 5th edition. 2001. Mims, Nash and Stephen, Academic Press. Finlay BB, Falkow S.: Common themes in microbial

pathogenicity revisited. 1997. Microbio. Mol. Biol. Rev. 61(2):136-169.

http://www.textbookofbacteriology.net/http://www.cat.cc.md.us/courses/bio141/lecguide.html.

http:/www.kcom.edu/faculty/chamberlain/website/LECTS/MECHANIS.HTM


Documents

Patogeneza zaraznih bolesti-seminar 2006 majaarhiva.medri.uniri.hr/microbiology/poslijedipl_predavanja... · Zmijski Domaćin Strihnin Endotoksin otrov Letalna toksična doza (mg)