Información

¿Cómo puede una bacteria patógena ser avirulenta?

¿Cómo puede una bacteria patógena ser avirulenta?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

steotococos neumonia R6 es una cepa bacteriana patógena pero avirulenta. ¿Cómo puede un patógeno ser avirulento? ¿Qué significa si una bacteria patógena es avirulenta?


steotococos neumonia es una especie patógena. steotococos neumonia R6 es una cepa avirulenta de esta especie. Es de suponer que esto significa que genes de virulencia específicos que están presentes en cepas virulentas de steotococos neumonia faltan o están mutados en la cepa R6. De hecho, la diferencia más probable sería que los factores de virulencia están codificados por un plásmido que se ha perdido en la cepa avirulenta.

El uso de cepas avirulentas es una estrategia común para el estudio de bacterias patógenas, aunque obviamente excluye el estudio directo de los mecanismos de patogenicidad.


Avery, MacLeod y McCarty identificaron el ADN como material genético

3.2.4 Experimento decisivo de Griffith: el descubrimiento de la transformación bacteriana

Griffith notó que aunque algunos serotipos de variantes R estables de neumococo no revirtió en el ratón en formas S encapsuladas, se detectaron reversiones cuando las células R se coinocularon con bacterias S muertas por calor. Ampliando estas observaciones preliminares, definió las condiciones experimentales que maximizaban la capacidad de las células S muertas por calor para afectar la transformación de las células R en neumococos S encapsulados virulentos. En estos experimentos preparatorios, Griffith identificó una combinación de serotipos de células S muertas por calor y bacterias R vivas que produjeron una transformación significativa de R a S en el ratón. Así, por ejemplo, las células R que se derivaron de células de Tipo SII se transformaron con éxito cuando se coinyectaron con bacterias SI muertas por calor. Griffith también definió la temperatura óptima, generalmente 60 ° C, que efectivamente mató a las bacterias S y permitió una transformación significativa. También descubrió que la transformación se producía solo cuando el tamaño del inóculo de las células S muertas por calor era mucho mayor que el de las células R vivas. Es importante destacar que, utilizando células S muertas por calor y células R vivas de dos serotipos diferentes, Griffith notó que, en condiciones adecuadas, las células transformadas de R a S adquirieron el serotipo de las células S muertas por calor en lugar de mantener el serotipo de las células R originales. 37 A continuación, Griffith llevó a cabo experimentos totalmente controlados que se muestran esquemáticamente en la figura 3.8. Múltiples experimentos (ver Fig. 3.9B para resultados originales representativos) mostraron que ni las células R ni los neumococos S muertos por calor por sí mismos podían producir enfermedad y muerte en ratones. Por el contrario, las células R inyectadas que se mezclaron con un gran exceso de bacterias S muertas por calor provocaron la muerte en los ratones. El serotipo de bacteria que se recuperó de los animales muertos fue el de las células S muertas por calor y no el serotipo original diferente de las células R. Características típicas de la transformación de neumococo en manos de Griffith (y en manos de investigadores que luego replicaron sus resultados) se muestran en la figura 3.9B.

Figura 3.8. Esquema del experimento de transformación de Griffith. En los experimentos de control, los ratones que fueron infectados con neumococos tipo S virulentos encapsulados (serotipo I) murieron y se recuperaron bacterias SI de los animales muertos. Por el contrario, las bacterias SI muertas por calor inyectadas no causaron la muerte y no se detectaron bacterias en los animales sacrificados. De manera similar, las bacterias R sin cápsula (serotipo II) no causaron la muerte y no se detectaron bacterias en los ratones sacrificados. Por el contrario, los ratones que fueron co-inoculados con una mezcla de neumococos RII y un gran exceso de células SI muertas por calor sí murieron y las bacterias que se recuperaron de los animales muertos fueron el serotipo I de las células S muertas por calor.

Figura 3.9. Resultados de experimentos de transformación típicos. (A) Esquema de transformación exitosa por mezcla de neumococos RII vivos y bacterias SI muertas por calor. (B) Resumen de los resultados reales (Tabla VII de Griffith F. La importancia de los tipos neumocócicos. J Hyg (Lond) 192827(2): 113–59. Los ratones de control a los que se les inyectó solo bacterias SI muertas por calor y no se vieron afectados están rodeados de negro. Las colonias transformadas con éxito están rodeadas de rojo. Asteriscos rojos marcar las células R no transformadas que se recuperaron de ratones no afectados sacrificados en casos de transformación ineficaz.

Primero, mientras que las células S muertas por calor por sí solas no produjeron enfermedad ni muerte en ratones, la inyección de su mezcla con células R vivas dio como resultado algunos, pero no todos, los casos de muerte de los animales.

Es importante destacar que las bacterias transformadas recién encapsuladas que se recuperaron de los corazones de ratones muertos infectados eran del serotipo I de las células S muertas por calor y no del Tipo II de las que se derivaron originalmente las células R. En particular, Griffith también ejecutó el experimento inverso, es decir, los ratones que fueron inoculados con una mezcla de células SI muertas por calor y neumococos RII vivos murieron y produjeron células SI vivas.

Cabe destacar dos características de los resultados que se muestran en la figura 3.9B. Primero, la transformación no siempre ocurrió. Más bien, mientras que se observó en algunos casos (ratones 645 y 650 en la figura 3.9B), en otros casos los ratones permanecieron asintomáticos y los animales sacrificados no tenían bacterias detectables (ratón 651) o portaban algunos neumococos R no transformados (ratones 646–648 y 652). En segundo lugar, para afectar incluso a esta transformación inconsistente, las células S muertas por calor tuvieron que agregarse en un exceso de aproximadamente 200 veces más que las bacterias R vivas.

Aunque la fuente de la eficiencia incompleta de la transformación y de la necesidad de un gran exceso de células S muertas por calor no estaba clara en ese momento, estas características se comprenden fácilmente en retrospectiva. Como se discutirá más adelante, la transformación de neumococos por ADN fue ineficaz, especialmente en las condiciones menos que óptimas empleadas por Griffith y sus sucesores inmediatos. Por lo tanto, fue imposible obtener una transformación uniformemente exitosa incluso cuando se agregaron células S muertas por calor en un gran exceso sobre las células R. Significativamente, Griffith también intentó lograr la transformación in vitro mezclando en el tubo de ensayo células S muertas por calor con bacterias R vivas. Sin embargo, no se logró ni la conversión de R en S ni la transformación del serotipo. Este fracaso para lograr la transformación in vitro se debió muy probablemente a condiciones experimentales que no eran óptimas para una transformación eficiente y a la degradación del material transformante por enzimas que se liberaron de las células R autolizadas. 40


¿Cómo puede la biología evolutiva ayudar a eliminar las bacterias resistentes a los antibióticos?

La evolución de la resistencia a los antibióticos. Crédito: Shutterstock

Craig MacLean, profesor de evolución y microbiología en el Departamento de Zoología de Oxford, explica cómo la biología evolutiva puede ayudarnos a deshacernos de las bacterias resistentes a los antibióticos.

Las bacterias son organismos unicelulares diminutos, invisibles a simple vista, que viven esencialmente en todos los hábitats posibles de nuestro planeta. Las plantas y los animales están cubiertos de microorganismos, el suelo y los océanos están formados por bacterias, y se estima que las células bacterianas superan en número a las células humanas en el cuerpo por un factor de 10-100: 1. La inmensa mayoría de las bacterias son completamente inofensivas, pero una pequeña minoría de bacterias patógenas puede causar infecciones en los seres humanos. Durante la mayor parte de la historia de la humanidad, los patógenos bacterianos han sido una de las principales causas de enfermedad y mortalidad. Por ejemplo, las plagas que asolaron Europa en la Edad Media fueron causadas por la bacteria Yersinia pestisy tuberculosis, y los brotes de cólera son causados ​​por la bacteria Vibrio cholera.

El desarrollo de antibióticos en la década de 1940 proporcionó un tratamiento simple y eficaz para muchas infecciones bacterianas, por ejemplo, los antibióticos redujeron la tasa de mortalidad asociada con casos graves de neumonía del 90% al 10%. Dados estos sorprendentes resultados, muchos miembros destacados de la comunidad médica, incluido el Cirujano General de EE. UU., Pensaron que los antibióticos harían que las enfermedades bacterianas fueran cosa del pasado. En este contexto de optimismo ilimitado, los investigadores ya habían descubierto que las bacterias podrían volverse resistentes a los antibióticos y Alexander Flemming, quien dirigió el equipo que descubrió la penicilina, advirtió que el uso indebido de antibióticos conduciría a un aumento de la resistencia, haciendo que los antibióticos sean ineficaces.

Los antibióticos ahora han salvado millones de vidas, pero el uso a gran escala de antibióticos ha impulsado la propagación de la resistencia, como predijo Flemming. Las bacterias patógenas han desarrollado resistencia a todas las clases principales de antibióticos y las bacterias panresistentes han causado infecciones intratables. La resistencia ya impone una carga económica y de salud sustancial, y un informe influyente publicado por la comisión O'Neill en 2016 predijo que las infecciones resistentes podrían causar 10 millones de muertes por año e imponer un costo financiero global de 100 billones de dólares para 2050. , la resistencia ha sido identificada como uno de los desafíos globales más importantes por organizaciones como las Naciones Unidas, el G8 e incluso el Fondo Monetario Internacional.

La propagación de la resistencia a los antibióticos en bacterias patógenas es un ejemplo simple y elegante de adaptación evolutiva por selección natural. Las bacterias pueden volverse resistentes a los antibióticos a través de mutaciones que alteran los objetivos celulares de los antibióticos o al adquirir genes de resistencia dedicados de otras bacterias. La adquisición de resistencia es un evento muy raro, por ejemplo, las mutaciones de resistencia generalmente ocurren en menos de 1 en un millón de bacterias. Sin embargo, las bacterias resistentes pueden continuar creciendo y reproduciéndose bajo tratamientos con antibióticos que paralizan o matan efectivamente a sus vecinos susceptibles a los antibióticos; esta es la selección natural darwiniana en su forma más simple y cruel. Las cepas resistentes raras pueden llegar a dominar rápidamente las poblaciones de patógenos bajo tratamiento con antibióticos y, en el peor de los casos, estas bacterias resistentes pueden infectar a otras personas.

Este sencillo bosquejo muestra cómo la evolución impulsa la propagación de la resistencia, pero omite muchos detalles importantes. Los biólogos y microbiólogos evolutivos se han interesado cada vez más en comprender los procesos que impulsan la propagación y el mantenimiento de la resistencia. Estos estudios han abordado una amplia gama de cuestiones importantes, tales como: ¿Qué limita la transmisión de bacterias resistentes entre las personas? ¿Cómo influye la potencia del tratamiento con antibióticos en la probabilidad de que surja una resistencia? ¿Se pueden usar cócteles de antibióticos para suprimir la ventaja evolutiva de la resistencia? ¿Cómo se mueven los genes de resistencia entre bacterias? Ahora tenemos un marco teórico bastante maduro para pensar sobre estas importantes cuestiones. El problema, sin embargo, es que el enfoque en gran parte teórico que los biólogos evolucionistas han adoptado para la resistencia no está muy bien conectado con la realidad de la resistencia en la clínica.

En los últimos 15 años, las innovaciones tecnológicas han mejorado enormemente nuestra capacidad para secuenciar el código genético de todos los organismos vivos, especialmente las bacterias. La secuenciación de los genomas de bacterias patógenas aisladas de infecciones ha proporcionado una imagen mucho más clara de cómo surge y se propaga la resistencia, especialmente en los hospitales. En muchos patógenos humanos importantes, el aumento global en la prevalencia de resistencia a los antibióticos ha sido impulsado por la propagación epidémica de un número relativamente pequeño de 'superbacterias' altamente resistentes que se transmiten entre personas, como MRSA. Staphylococcus aureus y XDR Tuberculosis micobacteriana. Si la biología evolutiva va a ayudar a contribuir a detener la propagación de la resistencia a los antibióticos, el campo necesitará cambiar el énfasis hacia la comprensión de los procesos específicos que han impulsado la aparición de las superbacterias.

Para obtener más información, lea: "La evolución de la resistencia a los antibióticos" en Ciencias.


Patógenos primarios versus patógenos oportunistas

Los patógenos se pueden clasificar como patógenos primarios o patógenos oportunistas. A patógeno primario puede causar enfermedad en un huésped independientemente de la microbiota residente o del sistema inmunológico del huésped. Un patógeno oportunista, por el contrario, solo puede causar enfermedades en situaciones que comprometen las defensas del huésped, como las barreras protectoras del cuerpo, el sistema inmunológico o la microbiota normal. Las personas susceptibles a las infecciones oportunistas incluyen a los muy jóvenes, los ancianos, las mujeres embarazadas, los pacientes sometidos a quimioterapia, las personas con inmunodeficiencias (como el síndrome de inmunodeficiencia adquirida [SIDA]), los pacientes que se están recuperando de una cirugía y los que han tenido una brecha de barreras protectoras (como una herida grave o una quemadura).

Un ejemplo de patógeno primario es enterohemorrágico. E. coli (EHEC), que produce un factor de virulencia conocido como Toxina Shiga. Esta toxina inhibe la síntesis de proteínas, lo que provoca diarrea severa y con sangre, inflamación e insuficiencia renal, incluso en pacientes con sistemas inmunitarios sanos. Staphylococcus epidermidis, por otro lado, es un patógeno oportunista que se encuentra entre las causas más frecuentes de enfermedad nosocomial. [2] S. epidermidis es un miembro de la microbiota normal de la piel, donde generalmente es avirulento. Sin embargo, en los hospitales, también puede crecer en biopelículas que se forman en catéteres, implantes u otros dispositivos que se insertan en el cuerpo durante los procedimientos quirúrgicos. Una vez dentro del cuerpo, S. epidermidis puede provocar infecciones graves como la endocarditis, y produce factores de virulencia que favorecen la persistencia de dichas infecciones.

Otros miembros de la microbiota normal también pueden causar infecciones oportunistas en determinadas condiciones. Esto ocurre a menudo cuando los microbios que residen sin causar daño en un lugar del cuerpo terminan en un sistema corporal diferente, donde causan la enfermedad. Por ejemplo, E. coli que normalmente se encuentra en el intestino grueso puede causar una infección del tracto urinario si ingresa a la vejiga. Ésta es la principal causa de infecciones del tracto urinario entre las mujeres.

Los miembros de la microbiota normal también pueden causar enfermedades cuando un cambio en el entorno del cuerpo conduce al crecimiento excesivo de un microorganismo en particular. Por ejemplo, la levadura Candida forma parte de la microbiota normal de la piel, la boca, el intestino y la vagina, pero otros organismos de la microbiota controlan su población. Sin embargo, si una persona está tomando medicamentos antibacterianos, las bacterias que normalmente inhibirían el crecimiento de Candida puede ser eliminado, lo que lleva a un crecimiento repentino en la población de Candida, que no se ve afectado por los medicamentos antibacterianos porque es un hongo. Un crecimiento excesivo de Candida puede manifestarse como candidiasis oral (crecimiento en la boca, garganta y lengua), un infección por hongos, o candidiasis cutánea. Otros escenarios también pueden brindar oportunidades para Candida infecciones. Sin tratar diabetes puede resultar en una alta concentración de glucosa en la saliva, lo que proporciona un entorno óptimo para el crecimiento de Candida, resultando en candidiasis. Las inmunodeficiencias como las observadas en pacientes con VIH, SIDA y cáncer también conducen a una mayor incidencia de aftas. Las infecciones vaginales por hongos pueden resultar de la disminución de los niveles de estrógeno durante la menstruación o la menopausia. La cantidad de glucógeno disponible para los lactobacilos en la vagina está controlada por los niveles de estrógeno cuando los niveles de estrógeno son bajos, los lactobacilos producen menos ácido láctico. El aumento resultante en el pH vaginal permite el crecimiento excesivo de Candida en la vagina.

Piénsalo

  • Explique la diferencia entre un patógeno primario y un patógeno oportunista.
  • Describe algunas condiciones bajo las cuales puede ocurrir una infección oportunista.

¿Cómo diseñar vacunas? | Biología

Las vacunas pueden definirse como una preparación de materiales antigénicos, a menudo combinados con adyuvantes, que se administran a los individuos para inducir una inmunidad protectora contra infecciones patógenas.

El antígeno puede estar en forma de microorganismos vivos pero avirulentos, microorganismos muertos, componente antigénico macromolecular purificado de un microorganismo o un plásmido que contiene un ADN complementario que codifica un antígeno microbiano.

Las vacunas más comúnmente utilizadas funcionan induciendo inmunidad humoral y se están realizando intentos de estimular las respuestas inmunitarias mediadas por células mediante la vacunación.

El éxito de la inmunización activa con vacunas para erradicar las enfermedades infecciosas depende de varios factores:

1. Las vacunas deben ser capaces de reconocer las importantes diferencias entre la activación de las respuestas inmunitarias humoral y mediada por células.

2. Las vacunas deben poder desarrollar la memoria inmunológica.

3. Las vacunas deben ser más efectivas contra infecciones que se limitan a huéspedes humanos y son causadas por agentes poco infecciosos cuyos antígenos son relativamente invariantes.

Enfoques para diseñar vacunas:

1. Vacuna de organismo completo:

Muchas vacunas de uso común consisten en:

(ii) Células bacterianas o partículas virales vivas pero atenuadas (avirulentas).

(i) Vacunas víricas y bacterianas atenuadas:

En tales casos, los microbios se tratan de tal manera que ya no pueden causar enfermedades (es decir, su virulencia se atenúa o debilita) pero conservan su capacidad de crecimiento transitorio dentro de un huésped inoculado.

La atenuación se puede lograr cultivando los microbios durante períodos prolongados en condiciones de cultivo anormales. Dicho proceso selecciona solo los mutantes que pueden crecer mejor en un cultivo anormal pero que son menos capaces de crecer en un huésped normal.

Las vacunas contra la tuberculosis se desarrollaron a partir de cepas atenuadas de Mycobacterium bovis llamadas Bacillus Calmette-Guerin (BCG), las vacunas contra la rubéola de la cepa atenuada del virus de la rubéola y la vacuna contra la polio Sabin desarrollada a partir de una cepa viral atenuada, son ejemplos comunes de tales vacunas.

(1) Tales vacunas dan como resultado una mayor inmunogenicidad y producción de células de memoria, como resultado de lo cual estas vacunas a menudo requieren solo una inmunización única y no hay necesidad de refuerzos repetidos.

(2) Estas vacunas a menudo inducen una inmunidad específica de larga duración, por lo que la inmunización en la infancia es suficiente para una protección de por vida.

(1) Las principales desventajas de tales vacunas son la posibilidad de reversión en una forma virulenta del estado atenuado de los microbios.

(2) La presencia de otros virus como contaminantes puede causar algunas reacciones adversas a los receptores.

(3) A veces, las complicaciones posteriores a la vacuna pueden hacer que una posible vacuna sea inaceptable.

(ii) Vacunas virales o bacterianas inactivadas:

Un enfoque común en la producción de vacunas es el uso de microbios inactivos. En este caso, los microbios se inactivan por calor o por medios químicos de modo que ya no son capaces de replicarse en el hospedador pero se mantiene la estructura de los epítopos. La inactivación química por formaldehído u otros agentes alquilantes tiene más éxito que el tratamiento térmico.

La vacuna contra la tos ferina, la vacuna contra la poliomielitis Salk y la vacuna contra el VIH son producidas por patógenos inactivados.

Las vacunas muertas inducen una respuesta inmunitaria predominantemente humoral.

(1) Las vacunas inactivadas a menudo requieren dosis de refuerzo relativamente grandes y repetidas.

(2) Los organismos completos inactivados pueden permanecer asociados con algunos patógenos activos que pueden causar problemas.

(3) Las vacunas inactivadas son menos efectivas que las vacunas atenuadas.

2. Vacunas de antígeno purificado (subunidad):

Las vacunas de subunidades se componen de macromoléculas antigénicas específicas purificadas de patógenos y generalmente se administran con un adyuvante. En general, se utilizan actualmente tres formas de dichas vacunas:

(iii) vacunas de antígenos recombinantes.

(i) Vacunas de polisacáridos:

Estas vacunas se producen a partir de la cápsula de polisacárido hidrófilo de algunas bacterias. El recubrimiento de dicha cápsula con anticuerpos y / o complemento aumenta en gran medida la capacidad de las células fagocíticas para fagocitar tales patógenos.

Aunque tales vacunas de poli y shisacáridos son inductores ineficaces de la memoria de las células B. Estas vacunas a menudo proporcionan una inmunidad protectora de larga duración, probablemente porque los polisacáridos no se degradan fácilmente y persisten en los tejidos linfoides y estimulan las células B específicas durante períodos prolongados.

Pueden generarse respuestas de anticuerpos de alta afinidad contra antígenos polisacáridos acoplándolos a proteínas para formar vacunas conjugadas.

Las vacunas de polisacáridos más conocidas se utilizan contra Pneumococcus (que causa neumonía) y Haemophilus influenzae tipo b (Hib) (que causa meningitis bacteriana). Tales vacunas tienen la limitación de su incapacidad para activar las células TH. Sin embargo, la vacuna Hib puede activar las células B de memoria hasta cierto punto en ausencia de una población de células TH de memoria, estableciendo así su eficacia como una vacuna fructífera.

(ii) Vacunas contra citotoxinas:

Muchas bacterias secretan exotoxinas que causan muchos síntomas de enfermedad en los huéspedes. En la preparación de vacunas de citotoxina, las exotoxinas bacterianas primero se purifican y luego se inactivan químicamente para formar toxoide. Dichos toxoides, cuando se utilizan como vacunas, inducen la producción de anticuerpos antitoxoide, que pueden unirse a exotoxinas y neutralizar sus efectos.

Las vacunas de toxoide diftérico y tetánico se producen siguiendo estos métodos.

(iii) Vacunas de antígenos recombinantes:

Los genes que codifican antígenos de superficie de diferentes patógenos como virus, bacterias y protozoos pueden clonarse y expresarse con éxito en vectores adecuados. Estos antígenos expresados ​​se utilizan luego para la preparación de vacunas.

El gen del principal antígeno de superficie del virus de la hepatitis B (HBs Ag) se clonó en células de levadura. Las células de levadura recombinantes resultantes se cultivaron luego en fermentadores grandes y se encontró que HbsAg se acumulaba dentro de las células de levadura.

Estas células de levadura se recogieron y rompieron mediante alta presión y HBs Ag recombinante se recogieron y purificaron siguiendo técnicas bioquímicas. Tal HBs Ag recombinante se usa luego para el desarrollo de las vacunas.

3. Vacunas de vectores vivos recombinantes:

Un enfoque reciente para el desarrollo de vacunas es introducir genes que codifican antígenos microbianos en virus o bacterias atenuados (vectores no citopáticos) e infectar a los individuos con dichos vectores. Por tanto, los vectores sirven como fuentes del antígeno en los huéspedes inoculados.

Una de las grandes ventajas de estas vacunas es que los vectores, al igual que otros virus o bacterias vivos, inducen la completa complementación de las respuestas inmunitarias, incluidas las fuertes respuestas CTL.

Esta técnica se ha utilizado con mayor frecuencia con vectores del virus de la vacuna, en los que se pueden insertar varias docenas de genes extraños sin afectar su capacidad para infectar células huésped y replicarse. Dicha vacuna modificada genéticamente puede expresar niveles elevados del producto génico insertado, que luego puede servir como un potente inmunógeno en el huésped inoculado (el proceso para el desarrollo de tales vacunas se muestra en la figura 6.69).

Los vectores de virus importantes utilizados para la preparación de vacunas recombinantes incluyen el virus de la viruela del canario, el poliovirus atenuado, las cepas atenuadas de Salmonella (para la vacuna contra el cólera), la cepa BCG de Mycobacterium bovis y el virus vaccinia (para la vacuna contra la viruela).

Un problema potencial con los vectores virales es que los virus pueden infectar varias células huésped y, aunque no son patógenos, pueden producir antígenos que estimulan las respuestas CTL, que matan las células huésped infectadas.

El método de vacunación más nuevo que se ha desarrollado son las vacunas de ADN que ofrecen ventajas sobre muchas de las vacunas existentes. En esta estrategia de vacunación, el ADN plasmídico que codifica proteínas antigénicas se inyecta directamente en el músculo del receptor.

El ADN es captado por las células musculares y se expresa el antígeno proteico codificado, lo que conduce a respuestas inmunes humorales y mediadas por células fuertes y de larga duración al antígeno en el huésped.

El ADN parece integrarse en el ADN cromosómico o mantenerse durante largos períodos en forma episomal. El ADN viral es expresado no solo por las células musculares, sino que es probable que las APC, como las células dendríticas, también sean transfectadas por el plásmido y el ADNc se transcriba y traduzca en una proteína inmunogénica que provoca una respuesta específica (véase la figura 6.70).

La característica única de las vacunas de ADN es que proporcionan el único enfoque, aparte de los virus vivos, para provocar respuestas CTL fuertes porque las proteínas codificadas por ADN se sintetizan en el citosol de las células transfectadas.

Además, los plásmidos bacterianos son ricos en nucleótidos CpG no metilados y son reconocidos por un receptor tipo Toll (TLR9) en macrófagos y otras células, provocando así una respuesta inmune innata que mejora la inmunidad adaptativa. Por tanto, las vacunas de ADN plasmídico son eficaces incluso cuando se administran sin adyuvantes.

Los aspectos prácticos de estas vacunas también son muy prometedores. No se requiere refrigeración para el almacenamiento del ADN plasmídico, una característica que reduce en gran medida el costo y la complejidad de la entrega. El mismo vector plasmídico se puede personalizar para producir una variedad de proteínas, de modo que se puedan usar las mismas técnicas de fabricación para diferentes vacunas de ADN, cada una de las cuales codifica un antígeno de un patógeno diferente.

Dichas vacunas pueden aplicarse recubriendo microesferas de oro con el ADN plasmídico y luego administrarse a través de la piel al músculo subyacente con una pistola de aire (pistola de genes), sin requerir cantidades masivas de agujas y jeringas.

Los resultados hasta la fecha con las vacunas de ADN son muy prometedores y en la actualidad se están realizando ensayos en humanos con varias vacunas de ADN diferentes, incluidas las de la malaria, el SIDA, la influenza y el virus del herpes.

5. Vacunas de péptidos sintéticos:

Los péptidos sintéticos que representan epítopos de células T o B inmunodominantes se están evaluando como vacunas para varias enfermedades. Dado que los péptidos no son tan inmunogénicos como las proteínas, el uso de conjugados y adyuvantes puede ayudar a aumentar la inmunidad protectora frente a los péptidos. Para el desarrollo de tales vacunas, los diseñadores de vacunas seleccionan los péptidos que componen los epítopos de células B inmunodominantes.

Dichos epítopos pueden identificarse determinando el anticuerpo dominante en los sueros de individuos que se están recuperando de una enfermedad y luego probando varios péptidos sintéticos para determinar su capacidad para reaccionar con ese anticuerpo con una alta afinidad.

Por ejemplo, se ensayaron dos péptidos sintéticos lineales que representan epítopos potenciales de células B de HBs Ag para determinar su afinidad de unión a antisueros combinados de individuos que se habían recuperado de la hepatitis B.

En el experimento práctico, se encontró que un péptido con repeticiones cíclicas de los aminoácidos 139-147 tenía una afinidad diez veces mayor que las repeticiones cíclicas de los aminoácidos 124-137. Por lo tanto, se eligió el péptido cíclico 139-147 como uno potencial para la vacuna sintética contra la hepatitis B.

6. Vacunas de subunidades multivalentes:

Las vacunas peptídicas mencionadas anteriormente son poco inmunogénicas y tienden a inducir principalmente respuestas inmunes humorales. Para superar estas limitaciones, se están aplicando una serie de técnicas innovadoras para desarrollar vacunas multivalentes que pueden presentar múltiples copias de un péptido dado o una mezcla de péptidos que contienen epítopos de células B y T inmunodominantes.

En un enfoque, los complejos de matriz sólida-antígeno de anticuerpo (SMAA) se preparan uniendo anticuerpos monoclonales a matrices sólidas en partículas y luego saturando el anti-cuerpo tímido con el antígeno diseñado. Los complejos resultantes pueden usarse luego como vacunas.

De esta manera, al unir diferentes anticuerpos monoclonales a la matriz sólida, es posible unir una mezcla de péptidos o proteínas, que componen los epítopos inmunodominantes tanto para las células T como para las células B, a la matriz sólida.

Dichos complejos multivalentes pueden inducir respuestas humorales y mediadas por células vigorosas. Además, la naturaleza particulada de tales vacunas aumenta la inmunogenicidad al facilitar la fagocitosis por parte de las células fagocíticas.

En otro enfoque, los liposomas que contienen antígenos proteicos tímidos se preparan mezclando las proteínas con una suspensión de fosfoesilípido en condiciones que forman vesículas unidas por una bicapa. Las proteínas se incorporan a la bicapa con los residuos hidrófilos expuestos.

Los complejos inmunoestumulantes (ISCOM) son portadores de lípidos preparados mezclando proteínas o antígenos peptídicos con detergente y un glucósido llamado Quil A. Siguiendo estos enfoques, se han incorporado a los liposomas péptidos de varios patógenos, incluidos el virus de la influenza, el virus de la hepatitis B, el virus del sarampión y el VIH y Los ISCOM se están evaluando actualmente como posibles vacunas.


¿Cómo conduce la invasión bacteriana a una infección?

Contacto

Cuando una infección se propaga por contacto directo o indirecto, puede provocar una infección. Para diferenciar entre transmisiones directas e indirectas, el término enfermedad contagiosa se utiliza para especificar una enfermedad causada por contacto directo. Enfermedad infecciosa es un término que se usa generalmente para especificar enfermedades que se propagan por otros modos. Por tanto, las enfermedades de transmisión sexual son ejemplos de infecciones que se transmiten por contacto directo. Las infecciones que se transmiten por contacto con objetos infectados como lápices, vasos, toallas, juguetes, etc. se denominan infecciones indirectas como en el caso de la difteria.

Inhalación

La mayoría de las infecciones respiratorias se transmiten por inhalación de bacterias infecciosas. Estas bacterias tienden a estar presentes en el aire en forma de aerosoles. Se liberan en el medio ambiente al estornudar, toser, hablar, escupir, etc. La mayoría de las veces estas gotitas respiratorias se secan. Sin embargo, algunas bacterias son resistentes al secado y pueden permanecer suspendidas en el aire durante un período prolongado. Por lo tanto, cuando una persona sana inhala estas gotitas, puede provocar una infección respiratoria.

Ingestión

Las infecciones gastrointestinales suelen ser causadas por la ingestión de patógenos o sus toxinas. Por lo tanto, dan lugar a diferentes enfermedades como enfermedades transmitidas por el agua, transmitidas por alimentos y transmitidas por las manos. Estos patógenos ingresan al tracto gastrointestinal a través de la boca. Ejemplos de enfermedades causadas por ingestión incluyen el cólera, la disentería y la intoxicación alimentaria.

Inoculación

Cuando se inocula una bacteria en el tejido corporal subcutáneo, puede provocar una infección. Por ejemplo, una herida profunda puede dar la oportunidad de Clostridium tetani una posibilidad de causar una infección por tétanos. De manera similar, las bacterias que causan la gangrena también pueden causar la muerte celular y la descomposición de los tejidos.

Congénito

Los patógenos que pueden atravesar la barrera placentaria e infectar al feto en el útero se denominan infecciones congénitas. Estas infecciones pueden provocar trastornos congénitos en el bebé.


La bacteria que causa la fiebre del conejo permanece virulenta durante meses en agua fría

El profesor de la Universidad del Norte de Arizona David Wagner, director del Centro de Biodefensa y Ecología de Enfermedades del Instituto de Patógenos y Microbiomas (PMI), dirigió un estudio para comprender mejor el ciclo de vida y el comportamiento de F. tularensis, financiado a través de una subvención de 2,25 millones de dólares de la US Defense Threat Agencia de Reducción (DTRA). Crédito: Universidad del Norte de Arizona

Aunque no se transmite a través del contacto humano, Francisella tularensis es una de las bacterias patógenas más infecciosas conocidas por la ciencia; de hecho, es tan virulenta que se considera una amenaza bioterrorista potencial grave. Se cree que los humanos pueden contraer tularemia respiratoria o fiebre del conejo, una enfermedad rara y mortal, al inhalar tan solo 10 organismos en el aire.

Northern Arizona University professor David Wagner, director of the Pathogen and Microbiome Institute's (PMI) Biodefense and Disease Ecology Center, began a three-year project in 2018 to better understand the life cycle and behavior of F. tularensis, funded through a $2.25 million grant from the U.S. Defense Threat Reduction Agency (DTRA).

One of the most puzzling behaviors of the pathogen is its ability to remain dormant, possibly in what is called a "viable but nonculturable" state—which means the bacteria is alive, but cannot be grown in the laboratory. That makes it much more difficult to study, because scientists can typically only study bacteria that can be cultured. Wagner's goal was to study the bacterium so as to determine the environmental and genetic factors that contribute to the pathogen's ability to apparently remain dormant for months at a time—a phenomenon that has remained mostly a mystery despite more than 100 years of research.

Now, Wagner and his collaborators have published their findings, "Long-Term Survival of Virulent Tularemia Pathogens outside a Host in Conditions That Mimic Natural Aquatic Environments," in the journal Microbiología aplicada y ambiental. In the paper, the team shows how they were able to prove, by replicating environmental conditions in the lab, including low temperatures and low-nutrient water, that the bacterium can persist for months in cold water without any nutrients and remain fully virulent. Their results provide a plausible explanation for how it can overwinter in the environment outside of a host.

"We are making some very interesting discoveries in this project," Wagner said. "The main finding is that Francisella tularensis can persist in a dormant state for more than six months in cold water without any nutrients. This means it has the ability to persist in the environment outside of a mammalian host or arthropod vector. This was unexpected because many other bacteria that persist like that long-term in the environment form spores when they are outside of a host, such as Bacillus anthracis, the bacterium that causes anthrax forms spores, but F. tularensis doesn't do that. Others, like Yersinia pestis—the bacterium that causes plague—are always either in a mammalian host or a flea vector. F. tularensis has the ability to persist long-term in the environment long-term outside of a host without forming spores while remaining fully virulent."

"These study results have completely changed our perspective on the ecology of this bacterium. We now understand that mammals are likely just a small (but still important) aspect of its survival strategy. We now think that it spends most of its time in the environment outside of a host and only periodically causes disease in mammals. But those disease events in mammals are still very important as they serve to amplify the amount of F. tularensis that is deposited back in the environment."

Working with co-principal investigator Jason Sahl, associate professor and assistant director of PMI, and with PMI senior research scientists Dawn Birdsell and Joe Busch, Wagner conducted the study along with colleagues at two of the team's long-term collaborating institutions in Sweden: The Swedish Defence Research Agency and Umeå University.

Along with their Swedish collaborators, Wagner and his team are known worldwide for their work developing the phylogeny, or global family tree, of F. tularensis and its phylogeography—mapping where different groups of the species are found throughout the world and understanding the species' genetic diversity.

"As we continue with the DTRA research grant, we are now investigating the genes and proteins that regulate the ability of F. tularensis to persist in the environment outside of mammals and hosts. This work involves a number of current and recently graduated undergraduate students at NAU: Former student Kathleen Soria, current students Natalie Hart and Rebecca Ballard, and current student and Flinn Scholar Kailee Savage.


Marine pathogenic bacterium forms specialized cells for dissemination

Its single polar flagellum enables Vibrio parahaemolyticus to swim and spread in the ocean. The image shows a transmission electron micrograph of a polarly flagellated cell in the process of cell division, as visualized by the constriction in the middle of the cell. Credit: MPI f. terrestrial Microbiology/ Ringaard

Vibrio parahaemolyticus can be found in the tidal zones in estuarine areas. The marine bacterium causes acute gastroenteritis in humans and is the leading cause for seafood borne illnesses in the world. Researchers from the Max Planck Institute for terrestrial Microbiology in Marburg, Germany, have identified specialized "adventurer" cells that ensure the bacterium's dissemination and prevalence. Their new findings are an important basis for the future management of the disease.

In Central and Northern Europe, Vibrio infections are among the "emerging diseases" whose incidence has recently increased or is likely to increase in the near future. Some reasons for this are global trade and the higher water temperatures caused by global climate change. Mussels, oysters and crabs that are found in our supermarkets from tropical regions are possibly contaminated all year round and to a high percentage. They can cause an infection if eaten raw or are insufficiently cooked.

Vibrio parahaemolyticus forms colonies in the tidal zone of estuarine areas, and its complex life cycle is triggered by the respective conditions of this habitat. But how does the species adapt to environmental changes, and how can it colonize new habitats? "In order to develop any measures against the spread of Vibrio parahaemolyticus and related bacteria, we must first understand the structure and distribution strategy of the bacterial colonies," explains Simon Ringgaard of the Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology in Marburg. In their laboratory, he and his team simulate the conditions of the tidal zone and thus investigate the bacterial life cycle and mechanisms of movement.

Development of swarm colonies and dissemination of adventurer cells in the environment. 0) Planktonic cell attaching to a solid surface Under swarm inducing conditions, cells can initiate the development of a swarm colony which consists of four stages 1) Stage I of swarm colony development: colony growth 2) Stage II of development: differentiation initiation and swarm-flare formation 3) Stage III of development: swarm-front expansion 4) Stage IV of development: swarm colony maturation and final architecture formation. 5) Once a mature swarm colony is flooded, a morphologically short and specific cell type is released into the liquid – the adventurer cells. Adventurer cells are highly swimming proficient and can swim towards chitin (a component of seafood) and attach to it. Credit: MPI f. terrestrial Microbiology/ Duarte deFreitas

Swimmer and swarm cells

As many other bacteria, Vibrio parahaemolyticus forms special cell types when environmental conditions require it. While short swimmer cells with a single polar flagellum can move quickly in a liquid environment, the longer swarm cells reside within bacterial populations that are attached to solid surfaces. Swarmer cells are specialized for movement over surfaces and can rapidly colonize new surface areas.

The Vibrio bacterial swarm colonies show a distinct stratification: while the middle of the colony consists of rather shorter cells, the longer swarm cells are found in the outer areas of the colony. As the Max Planck researchers were able to show, if the swarm colony is flooded with water, as in the natural habitat during the tidal rhythms, cells are released from the colony into the liquid surroundings. Surprisingly, however, these released cells are neither the long, swarmer cells nor the very short cells found in the middle, but a completely unexpected and new cell type of medium length. These "adventurer cells" are optimized for living in water and possess particularly good swimming properties.

The research team showed that once released, the adventurer cells were highly capable of spreading in their new liquid environments and importantly they were able to "smell" and move towards potential nutrient sources such as chitin—an essential component of marine animals to which Vibrio parahaemolyticus attaches. Thus, the release of adventurer cells into the water has the potential to help spread the bacterium in the environment and bring Vibrio parahaemolyticus to new shores, like to the surface of seafood. And thus into our food chains, consequentially likely enhancing the risk of human infections.

The Marburg researchers investigated the life cycle as a function of environmental conditions and time, both morphologically and on the molecular genetic level. Here they found characteristic expression patterns that could also be used for the future detection of the bacterium. But perhaps this involves even something much more far-reaching, says Simon Ringgaard. "Our experiments show that the colony always has a sub-population of adventurer cells that are ready to be released immediately upon flooding. Adventurer cells would thus be of central importance for the worldwide epidemiology of the disease—and thus also for measures to contain it, for example in industrial aquaculture."


Cryptococcus neoformans Chitin Synthase 3 Plays a Critical Role in Dampening Host Inflammatory Responses

Cryptococcus neoformans infections are significant causes of morbidity and mortality among AIDS patients and the third most common invasive fungal infection in organ transplant recipients. One of the main interfaces between the fungus and the host is the fungal cell wall. The cryptococcal cell wall is unusual among human-pathogenic fungi in that the chitin is predominantly deacetylated to chitosan. Chitosan-deficient strains of C. neoformans were found to be avirulent and rapidly cleared from the murine lung. Moreover, infection with a chitosan-deficient C. neoformans strain lacking three chitin deacetylases (cda1Δcda2Δcda3Δ) was found to confer protective immunity to a subsequent challenge with a virulent wild-type counterpart. In addition to the chitin deacetylases, it was previously shown that chitin synthase 3 (Chs3) is also essential for chitin deacetylase-mediated formation of chitosan. Mice inoculated with the chs3Δ strain at a dose previously shown to induce protection with the cda1Δcda2Δcda3Δ strain die within 36 h after installation of the organism. Mortality was not dependent on viable fungi, as mice inoculated with a heat-killed preparation of the chs3Δ strain died at the same rate as mice inoculated with a live chs3Δ strain, suggesting that the rapid onset of death was host mediated, likely caused by an overexuberant immune response. Histology, cytokine profiling, and flow cytometry indicate a massive neutrophil influx in the mice inoculated with the chs3Δ strain. Mice depleted of neutrophils survived chs3Δ inoculation, indicating that death was neutrophil mediated. Altogether, these studies lead us to conclude that Chs3, along with chitosan, plays critical roles in dampening cryptococcus-induced host inflammatory responses.IMPORTANCIA Cryptococcus neoformans is the most common disseminated fungal pathogen in AIDS patients, resulting in ∼200,000 deaths each year. There is a pressing need for new treatments for this infection, as current antifungal therapy is hampered by toxicity and/or the inability of the host's immune system to aid in resolution of the disease. An ideal target for new therapies is the fungal cell wall. The cryptococcal cell wall is different from the cell walls of many other pathogenic fungi in that it contains chitosan. Strains that have decreased chitosan are less pathogenic and strains that are deficient in chitosan are avirulent and can induce protective responses. In this study, we investigated the host responses to a chs3Δ strain, a chitosan-deficient strain, and found that mice inoculated with the chs3Δ strain all died within 36 h and that death was associated with an aberrant hyperinflammatory immune response driven by neutrophils, indicating that chitosan is critical in modulating the immune response to Cryptococcus.

Palabras clave: chitin chitin synthase chitosan inflammation neutrophils.

Copyright © 2020 Hole et al.

Cifras

Deletion and complementation of C.…

Deletion and complementation of C. neoformans chitin synthase 3 (Chs3). (A) For morphological…

Inoculation with the chs3Δ strain…

Inoculation with the chs3Δ strain induces rapid mouse mortality. C57BL/6 mice were infected…

Mortality is not dependent on…

Mortality is not dependent on the viability of the fungi or mouse background.…

A massive inflammatory response is…

A massive inflammatory response is triggered by chs3 Δ. C57BL/6 mice were inoculated…

A significant increase in neutrophil…

A significant increase in neutrophil recruitment in chs3Δ -inoculated mice. C57BL/6 mice were…

Depletion of neutrophils protects chs3Δ…

Depletion of neutrophils protects chs3Δ -inoculated mice. (A to C) C57BL/6 (A), BALB/c…


Ver el vídeo: Detección de bacterias patógenas (Junio 2022).