5.3: La capacidad de invadir las células hospedadoras

Objetivos de aprendizaje

1. Describa brevemente el mecanismo por el cual las invasinas permiten que ciertas bacterias entren en las células hospedadoras y establezca cómo esto puede promover la colonización
2. Describa brevemente cómo podría usarse un sistema de secreción tipo 3 para invadir y sobrevivir dentro de las células hospedadoras.
3. Indicar cómo ciertas espiroquetas patógenas como Treponema pallidum y Borrelia bergdorferi utilizan adhesinas, invasinas y motilidad para penetrar en las células hospedadoras.

Bacteria Destacada

1. Lea la descripción de Shigella y haga coincidir la bacteria con la descripción del organismo y la infección que causa.
2. Lea la descripción de Salmonella y haga coincidir la bacteria con la descripción del organismo y la infección que causa.
3. Lea la descripción de Borrelia bergdorferi y haga coincidir la bacteria con la descripción del organismo y la infección que causa.

Algunas bacterias producen moléculas llamadas invasinas que activan la maquinaria citoesquelética de la célula hospedadora permitiendo la entrada bacteriana a la célula por fagocitosis. Las ventajas de ingresar a una célula humana incluyen (1) proporcionar a la bacteria un suministro listo de nutrientes y (2) proteger a las bacterias del complemento, anticuerpos y otras moléculas de defensa corporal.

Animación flash de bacterias secretoras de invasiones para penetrar en células hospedadoras no inmunes.

Versión html5 de animación para iPad de bacterias secretoras de invasiones con el fin de penetrar en células hospedadoras no inmunes.

Figura\(\PageIndex{2}\): Sistema de Secreción Bacteriana Tipo 3. Muchas bacterias involucradas en la infección tienen la capacidad de cooptar las funciones de la célula hospedadora en beneficio de la bacteria. Esto se realiza a través de sistemas de secreciones bacterianas que permiten a la bacteria inyectar directamente moléculas efectoras bacterianas en el citoplasma de la célula hospedadora con el fin de alterar su maquinaria celular o comunicación celular. El tipo más común es el sistema de secreción tipo 3. Un aparato de secreción en la membrana citoplasmática y la pared celular de la bacteria polimeriza una aguja hueca que se baja a la membrana citoplásmica de la célula huésped y luego se suministra una proteína translocon para anclar la aguja a la célula hospedadora. Las proteínas efectoras en la bacteria ahora se pueden inyectar en el citoplasma de la célula huésped. El sistema de administración a veces se llama injectisoma.

Cuando estas bacterias entran en contacto con las células epiteliales del colon, el sistema de secreción tipo III suministra proteínas al interior de las células epiteliales, lo que les permite polimerizar y despolimerizar los filamentos de actina. Este reordenamiento citoesquelético es una parte clave de la formación de pseudopodos en las células fagocíticas y es lo que permite a los fagocitos engullir bacterias y colocarlas en una vacuola. Así, la bacteria con sus invasinas es capaz de engañar a la célula epitelial para que se comporte como un fagocito y engulle la bacteria. Luego, las bacterias se replican dentro de la célula hospedadora.

Animación flash de bacterias secretoras de invasiones para penetrar en células hospedadoras no inmunes.

Versión html5 de animación para iPad de bacterias secretoras de invasiones con el fin de penetrar en células hospedadoras no inmunes.

Ahora veremos varios ejemplos de bacterias que utilizan invasiones para invadir células hospedadoras.

Figura\(\PageIndex{5}\) .3.3: Shigella Pasando por la Membrana Mucosa e Invadiendo Células Epiteliales de la Mucosa Vía Un modelo propuesto para invasión de células epiteliales del colon. 1) La Shigella primero cruza la mucosa pasando a través de células especializadas llamadas células M. La célula M pasa la Shigella a una célula dendrítica. 2) La Shigella escapa posteriormente de la célula dendrítica induciendo apoptosis, un suicidio celular programado. 3) La Shigella luego usa sus invasinas para ingresar a las células epiteliales de la mucosa desde abajo. Las invasinas causan reordenamientos del polímero de actina en el citoesqueleto de la célula hospedadora dando como resultado que la bacteria se engulle y se coloque en una vesícula endocítica de manera similar a las células fagocíticas. Una vez dentro, los Shigella escapan de la vacuola hacia el citoplasma y se multiplican. 4) Los Shigella son capaces de moverse a través de la célula huésped y extenderse a las células hospedadoras adyacentes mediante un proceso único llamado motilidad basada en actina. En este proceso, los filamentos de actina polimerizan en un extremo de la bacteria, produciendo colas similares a cometas que impulsan a la Shigella a través del citoplasma de la célula huésped. 5) Cuando alcanzan el límite de esa célula, los filamentos de actina empujan a la Shigella a través de esa membrana y hacia la célula adyacente.

Además, Shigella puede inducir a las células hospedadoras a producir moléculas de señalización que atraen células dendríticas fagocíticas presentadoras de antígeno a la zona. Entra en las células dendríticas y las utiliza para transportar la Shigella a través de la pared intestinal hasta la parte inferior. Luego utiliza su sistema de secreción tipo 3 para inyectar proteínas efectoras del fagosoma en el citoplasma. Estas proteínas desencadenan apoptosis o suicidio celular de la célula dendrítica. Matar las células dendríticas les impide presentar Shigella a los linfocitos T4, paso requerido para la producción de anticuerpos contra la Shigella (ver Figura\(\PageIndex{4}\)).

• Para ver una película que muestra a Shigella siendo impulsada por la motilidad basada en actina dentro de una célula, consulte el sitio web de Theriot Lab en la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford Haga clic en “Greatest Hits” y luego en "Shigella flexneri asociada con colas de actina en celdas pTK2.”

Animación GIF de Shigella invadiendo una célula epitelial de la mucosa intestinal.

Bacteria destacada: Shigella Da click en este enlace, lee la descripción de Shigella y poder hacer coincidir la bacteria con su descripción en un examen.

2. La salmonela utiliza un sistema de secreción tipo 3 para inyectar a las células epiteliales intestinales proteínas efectoras que estimulan el reordenamiento de la actina y hacen que el citoplásmico de las células epiteliales se “aleje” y engulle a la bacteria Figs. 5A - Figura\(\PageIndex{5}\) B. Las Salmonella pasan a través de la célula epitelial donde son engullidos por macrófagos fagocíticos.

Una vez en el fagosoma del macrófago la bacteria utiliza su sistema de secreción tipo 3 para inyectar proteínas que evitan que los lisosomas se fusionen con los fagosomas, proporcionando así un refugio seguro para la replicación de Salmonella dentro del fagosoma y protegiendo a la bacteria de anticuerpos y otros elementos de defensa (ver Figs. 5C-5D).

Al inyectar flagelina en el citoplasma del macrófago, la Salmonella también puede eventualmente matar al macrófago induciendo apoptosis, un suicidio celular programado.

Animación flash que muestra una bacteria que resiste la fagocitosis bloqueando la fusión del fagosoma con el lisosoma.

Versión html5 de animación para iPad que muestra una bacteria que resiste la fagocitosis bloqueando la fusión del fagosoma con el lisosoma.

Las moléculas inyectadas en las células epiteliales intestinales también estimulan la diarrea. Las ventajas de inducir diarrea incluyen (1) eliminar las bacterias normales de la flora, por lo que hay menos competencia por los nutrientes; y (2) permitir que la Salmonella que no está adherida a las células hospedadoras se transmita a un nuevo hospedador por vía fecal-oral.

Para ver una película que muestra a Salmonella invadiendo una célula humana, consulte el sitio web de Theriot Lab en la Facultad de Medicina de la Universidad de Stan Da clic en"Greatest Hits” y luego en "Salmonella typhimurium invadiendo una célula de fibroblastos”.

3. Listeria monocytogenes es otra bacteria que ingresa a las células intestinales a través de las invasinas y se propaga a las células adyacentes por motilidad basada en actina. Su motilidad basada en actina le permite moverse aproximadamente 1.5 µm por segundo dentro de la célula hospedadora.

Para ver películas que muestran a Listeria entrando en las células hospedadoras y siendo impulsada por la motilidad basada en actina dentro de una célula, consulte el sitio web de Theriot Lab en la Facultad de Medicina de la Universidad Da click en “Greatest Hits” y luego en “Historial de vida de una sola Listeria monocytogenes infectante" y "Listeria monocytogenes moviéndose en células pTK2.”

4. Aunque la Escherichia coli enteroinvasiva (EIEC) no tiene motilidad basada en actina, invaden y matan las células epiteliales del colon de una manera similar a Shigella.

5. Legionella pneumophila, después de ser ingerida por macrófagos y colocada en un fagosoma, utiliza un sistema de secreción tipo 4 para inyectar proteínas efectoras que evitan que los lisosomas se fusionen con los fagosomas y conviertan los macrófagos en un refugio seguro para la replicación bacteriana. El mismo mecanismo permite que la Legionella sobreviva dentro de las amebas en la naturaleza. Estas amebas sirven como reservorio para la bacteria en el ambiente.

6. La proteína F y la proteína M de Streptococcus pyogenes (estreptococos beta del Grupo A) permiten que la bacteria invada las células epiteliales. Se cree que esto ayuda a mantener infecciones estreptocócicas persistentes y permitir que la bacteria se propague a tejidos más profundos.

7. La espiroqueta Borrelia bergdorferi probablemente utiliza una combinación de invasinas y motilidad para penetrar en las células hospedadoras. En este caso la célula hospedadora no fagocita a la bacteria. En cambio, una punta de la espiroqueta se adhiere a la célula huésped y alguna forma de invasión aparentemente hace que la célula hospedadora libere enzimas digestivas que permiten que la espiroqueta con su motilidad sacacorchos penetre en la membrana de la célula hospedadora. Una vez en la célula hospedadora, la bacteria puede permanecer latente durante años y esconderse del sistema inmunológico y de los antibióticos.

8. Se cree que otra espiroqueta, Treponema pallidum, ingresa a las células de manera similar. La motilidad también ayuda a B. bergdorferi y T. pallidum a invadir y abandonar los vasos sanguíneos al pasar entre y a través de las células endoteliales, permitiendo así que las espiroquetas se diseminen a otras ubicaciones del cuerpo.

Micrografía electrónica de Treponema pallidum invadiendo una célula hospedadora.

Animación flash que muestra espiroquetas usando motilidad e invasinas para ingresar a un vaso sanguíneo.

Versión html5 de animación para iPad mostrando espiroquetas usando motilidad e invasinas para ingresar a un vaso sanguíneo.

Describir brevemente cómo ingresan a la célula epitelial y presentan 2 ventajas que esto podría proporcionar a la bacteria en términos de su patogenicidad.

Artículo de E-Medicine sobre infecciones asociadas a organismos mencionados en este Objeto de Aprendizaje. El registro para acceder a este sitio web es gratuito. Especies de Shigella Listeria monocytogenes Escherichia coli Especies de Salmonella Pseudomonas aeruginosa Neumofilia de Legionela Yersinia enterocolitica Neisseria gonorrhoeae Borrelia burgdorferi Treponema pallidum Streptococcus pneumoniae