5.5B: La capacidad de resistir el engullido fagocítico (fijación e ingestión) y péptidos antibacterianos

Objetivos de aprendizaje

1. Describa brevemente al menos 3 formas en que las cápsulas pueden permitir que las bacterias resistan el engullido fagocítico y exponer cómo esto puede promover la colonización.
2. Indicar al menos 2 mecanismos distintos de las cápsulas que ciertas bacterias podrían usar para resistir el engullido fagocítico.
3. Estado 3 maneras en que las bacterias podrían resistir péptidos antibacterianos como defensinas.

Bacteria Destacada

1. Lee la descripción de Haemophilus influenzae y relaciona la bacteria con la descripción del organismo y la infección que causa.

Ahora veremos los factores de virulencia que permiten a las bacterias resistir el engullido fagocítico (unión e ingestión) y péptidos antibacterianos. Como aprendimos en la Unidad 1, la cápsula permite que muchos organismos resistan el engullido fagocítico. Por ejemplo, Streptococcus pneumoniae es capaz de evadir inicialmente la fagocitosis y provocar infecciones como neumonía neumocócica, sinusitis, otitis media y meningitis por su cápsula. Las cepas encapsuladas de Haemophilus influenzae tipo b pueden causar infecciones respiratorias graves, septicemia, epiglotitis y meningitis en niños (otras cepas no encapsuladas de H. influenzae generalmente causan infecciones respiratorias leves como sinusitis y otitis media). Otras bacterias encapsuladas incluyen Neisseria meningitidis, Bacillus anthracis y Bordetella pertussis.

Da click en este enlace, lee la descripción de Haemophilus influenzae, y poder hacer coincidir la bacteria con su descripción en un examen.

Cápsulas que resisten la fijación no mejorada

Las cápsulas pueden resistir la unión no mejorada al evitar patrones moleculares asociados a patógenos o PAMP, componentes de moléculas comunes como peptidoglicano, ácidos teicoicos, lipopolisacáridos, mananos y glucanos comunes en las paredes celulares microbianas pero que no se encuentran en las células humanas, de la unión al patrón endocítico- receptores de reconocimiento en la superficie de los fagocitos (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\): Cápsulas que bloquean la unión no mejorada de bacterias a fagocitos. Las moléculas de glicoproteínas conocidas como receptores de reconocimiento de patrones endocíticos se encuentran en la superficie de los fagocitos. Se les llama así porque reconocen y se unen a patrones moleculares asociados a patógenos -componentes de moléculas comunes como peptidoglicano, ácidos teicoicos, lipopolisacáridos, mananos y glucanos- que se encuentran en muchos microorganismos. Las cápsulas pueden cubrir estas moléculas superficiales evitando su unión a los sitios de reconocimiento de patrones endocíticos en el fagocito.

Cápsulas que interfieren con las vías del complemento

Las cápsulas de algunas bacterias interfieren con las vías del complemento del huésped y lo hacen de varias maneras:

Las cápsulas de algunas bacterias previenen la formación de C3 convertasa, una enzima temprana en las vías del complemento. Sin esta enzima, no se producen las opsoninas C3b y C4b involucradas en la unión potenciada, así como las otras proteínas beneficiosas del complemento como C5a.

Algunas cápsulas son ricas en ácido siálico, un componente común de la glicoproteína de la célula huésped. El ácido siálico tiene afinidad por la proteína H sérica, una proteína reguladora del complemento que conduce a la degradación de la opsonina C3b y la formación de C3 convertasa. (Nuestro cuerpo usa la proteína H sérica para degradar cualquier C3b que se una a las glicoproteínas de la célula huésped para que no peguemos nuestros propios fagocitos a nuestras propias células con C3b). Algunas cepas de Neisseria meningitidis sintetizan su propia cápsula de ácido siálico. Si bien Neisseria gonorrhoeae y Hemophilus influenzae tipo b no tienen una cápsula de ácido siálico, son capaces de eliminar el ácido siálico de las células hospedadoras y transferirlo enzimáticamente a su superficie donde posteriormente se une a la proteína H.

Algunas cápsulas simplemente cubren el C3b que sí se une a la superficie bacteriana y evitan que el receptor C3b en los fagocitos entre en contacto con el C3b (Figura\(\PageIndex{2}\)). Esto se observa con la cápsula de Streptococcus pneumoniae.

Figura\(\PageIndex{2}\): Cápsula bacteriana que evita que los receptores C3b en los fagocitos se unan a C3b unidos a una pared celular bacteriana. En algunas bacterias, la cápsula cubre la opsonina C3b unida a la pared celular bacteriana para que no pueda unirse a los receptores C3b (llamados CR1) en la superficie de los fagocitos.

Staphylococcus aureus produce una proteína llamada inhibidor del complemento estafilocócico que se une e inhibe la enzima convertasa C3 necesaria para las tres vías del complemento.

Las defensas inmunitarias del cuerpo, sin embargo, eventualmente pueden sortear estas cápsulas al producir anticuerpos opsonizantes (IgG) que pegan cápsulas al fagocito. En las vacunas contra la neumonía neumococal y Haemophilus influenzae tipo b, es el polisacárido capsular el que se administra como antígeno para estimular al organismo a elaborar anticuerpos opsonizantes contra la bacteria encapsulada.

Biofilms

Muchas bacterias patógenas, así como flora normal, forman comunidades bacterianas complejas como biopelículas. Las bacterias en las biopelículas a menudo son capaces de comunicarse entre sí mediante un proceso llamado detección de quórum y son capaces de interactuar y adaptarse a su entorno como una población de bacterias en lugar de como bacterias individuales. Al vivir como una comunidad de bacterias como biopelícula, estas bacterias son más capaces de:

• resistir el ataque por antibióticos;
• atrapar nutrientes para el crecimiento bacteriano y permanecer en un nicho favorable;
• adherirse a las superficies ambientales y resistir el lavado;
• vivir en estrecha asociación y comunicarse con otras bacterias en la biopelícula; y
• resistir la fagocitosis y el ataque por las vías del complemento del cuerpo.

Las biopelículas son, por lo tanto, comunidades bacterianas funcionales, interactuantes y en crecimiento. Las biopelículas incluso contienen sus propios canales de agua para entregar agua y nutrientes en toda la comunidad de biopelículas. Por ejemplo, Pseudomonas aeruginosa produce un glicocáliz compuesto por alginato. Esto permite que las cepas que producen el glicocáliz bloqueen la quimiotaxis de neutrófilos, eliminen las moléculas de hipoclorito producidas por los neutrófilos para matar bacterias, disminuir la fagocitosis e inhibir la activación de las vías del complemento.

Otros Mecanismos

La proteína M de Streptococcus pyogenes permite que estas bacterias sean más resistentes al engullido fagocítico. La proteína M de S. pyogenes se une al factor H, una proteína reguladora del complemento que conduce a la degradación de la opsonina C3b y la formación de C3 convertasa. (Nuestro cuerpo usa la proteína H sérica para degradar cualquier C3b que se una a las glicoproteínas de la célula huésped para que no peguemos nuestros propios fagocitos a nuestras propias células con C3b). S. pyogenes también produce una proteasa que escinde la proteína del complemento C5a.

Coagulasa, producida por Staphylococcus aureus. La coagulasa hace que se formen coágulos de fibrina alrededor del organismo que le ayudan a resistir la fagocitosis. Nuestro sistema inmune adaptativo tiene dificultades para reconocer el S. aureus como extraño cuando está recubierto con una proteína humana.

Figura\(\PageIndex{3}\): 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.

Figura\(\PageIndex{4}\): Bloqueo de la Formación de Fagosomas por Despolimerización de Acina. Las moléculas de algunas bacterias, a través de un sistema de secreción tipo III, entregan proteínas efectoras que despolimerizan los microfilamentos de actina del fagocito utilizado para el engullido fagocítico.

Yersinia patógena, como la especie que causa la peste, Y. pestis, entran en contacto con los fagocitos y, por medio de un sistema de secreción tipo III (Figura\(\PageIndex{3}\)), entregan proteínas que despolimerizan los microfilamentos de actina necesarios para el engullido fagocítico en los fagocitos (Figura \(\PageIndex{4}\)).

Bloqueo de la Formación de Fagosomas por Despolimerización de Acina. Las moléculas de algunas bacterias, a través de un sistema de secreción tipo III, entregan proteínas que despolimerizan los microfilamentos de actina del fagocito utilizados para el engullido fagocítico.

Los pili (fimbrias) de Streptococcus pyogenes bloquean la activación de las vías del complemento en la pared celular bacteriana y ayudan a resistir el engullido fagocítico.

Ejercicio: Preguntas de Pensar-Par-Compartir

La vacuna para Haemophilus influenzae tipo b contiene material capsular de esta bacteria. El cuerpo reconoce este material capsular como extraño y produce anticuerpos contra él. Describa cómo esto podría proteger esto a la persona de la infección por esta bacteria en comparación con una persona que no está inmunizada.

Ciertas bacterias pueden resistir péptidos antibacterianos

Las defensinas humanas son péptidos catiónicos cortos de 29-34 aminoácidos de largo que son directamente tóxicos al formar poros en la membrana citoplasmática de una variedad de microorganismos que causan fugas de necesidades celulares. También activan las células para una respuesta inflamatoria. Las defensinas son producidas por leucocitos, células epiteliales y otras células. También se encuentran en el plasma sanguíneo y en la mucosidad. Las catelicidinas son proteínas producidas por las células epiteliales cutáneas y mucosas. Los dos péptidos producidos tras la escisión de la catelicidina son directamente tóxicos para una variedad de microorganismos. Una pepitida también puede unirse y neutralizar el LPS de las paredes celulares Gram-negativas para reducir la inflamación.

1. Las cápsulas ayudan a evitar que los péptidos antibacterianos lleguen a la membrana citoplasmática de algunas bacterias.
2. El lipopolisacárido (LPS) de la pared celular gramnegativa se une a péptidos antibacterianos catiónicos y evita que lleguen a la membrana citoplásmica.
3. Algunas bacterias secretan peptidasas que descomponen los péptidos antibacterianos.

Resumen

1. Las cápsulas pueden resistir la unión no mejorada al evitar patrones moleculares asociados a patógenos o unirse a receptores de reconocimiento de patrones endocíticos en la superficie de los fagocitos.
2. Las cápsulas de algunas bacterias interfieren con las defensas de la vía del complemento del organismo.
3. Las defensas inmunitarias del cuerpo eventualmente pueden moverse alrededor de la cápsula al producir anticuerpos opsonizantes (IgG) contra la cápsula que pegan la cápsula al fagocito. Este es el principio detrás de algunas vacunas.
4. Las biopelículas permiten a las bacterias: resistir el ataque de los antibióticos; atrapar nutrientes para el crecimiento bacteriano y permanecer en un nicho favorable; adherirse a las superficies ambientales y resistir el rubor; vivir en estrecha asociación y comunicarse con otras bacterias en la biopelícula; y resistir la fagocitosis y el ataque por parte del cuerpo vías de complemento.
5. Ciertas bacterias pueden resistir péptidos antibacterianos.