emecebe reloaded

Bine ai venit la EMCB
21.09.2019, 01:02

Factori de patogenitate ai bacteriilor implicate in infectia de tract urinar

Boli infectioaseAnca Ungureanu*, Mirela Manolescu, Irina Stoicescu, C. Tatulescu

Patogenitatea microbiana este considerata ca meca-nism biochimic, prin care microorganismele conditioneaza aparitia bolii (1). Nu toti patogenii au sanse egale de a-si exprima aceasta capacitate, patogenitatea microbiana fiind un complex multifunctional, iar infectia fiind dependenta de relatia microorganism - gazda. Incep sa se cunoasca bazele moleculare ale patoge-nitatii microbiene. In plus, tehnicile ADN recombinant per-mit manipularea precisa a genelor de virulenta, iar culturile de tesut aduc date noi asupra patogenezei intracelulare.
Patogenitatea este supusa unei largi variatii, existand un trafic de material genetic, explicabil prin determinismul extracromozomial. Rezulta marea instabilitate a proprietatilor de patogenitate intalnita, chiar in cadrul speciilor cu patogenitatea certa. Acest aspect sugereaza evolutia bacteriana prin transfer orizontal de gene intre tulpinile aceleasi specii.

In acest context de date, trebuie intelese mecanismele moleculare si celulare, care stau la baza procesului infectios.
Nu orice germen si, nu in orice moment, intra in interrelatie cu structurile aparatului urinar. Tractul urinar este dotat cu posibilitatea de eliminare a germenilor, fara producerea de infectie la acest nivel. Alteori, acest echilibru este dereglat, in favoarea agresiunii exercitate de germenii patogeni, fapt care se soldeaza cu aparitia procesului inflamator. In agresiunea produsa de germenul patogen asupra organismului afectat, un rol important il joaca factorii de virulenta ai acestuia.
Intrucat Escherichia coli reprezinta germenul cel mai des izolat din infectiile urinare, vom trece in revista factorii de virulenta care ii confera uropatogenitatea.

1. Adezinele
Adezinele sunt componente prin care bacteriile adera la celulele uroepiteliale ale tractului urinar si reprezinta o structura importanta implicata in producerea infectiilor tractului urinar (ITU).
Aderenta rezulta dintr-o interactiune specifica dintre o adezina, situata pe suprafata bacteriei, si un receptor prezent pe celulele-gazda. Adeziunea bacteriana este in relatie cu glicocalixul bacterian, care este format din multiple formatiuni amorfe dispuse pe 2 straturi: un strat superficial de structura glicoproteica si un strat format dintr-o matrice fibroasa, distincta sau asociata membranei bacteriene, strat care formeaza o adevarata capsula. Glicocalixul, dar mai ales capsula, datorita proprietatilor lor hidrofobe, pot favoriza adeziunea bacteriilor la suprafetele celulare. Initial, proprietatile de aderenta ale E. coli au fost asociate cu prezenta unor formatiuni filamentoase, numite fimbrii sau pili, situate la suprafata bacteriei. Termenul pil este acum folosit pentru a descrie factorul sexual bacterian (F. pilus), iar termenul fimbrie pentru a desemna structurile de aderenta. Ulterior, au fost descrise adezine fibrilare sau fibrile, care se intalnesc la bacteriile grampozitive.
Adezinele identificate la E. coli uropatogene includ:
- fimbrii P, care recunosc partile alfa D Gal (1-4), beta D Gal ale antigenelor de grup sanguin P;
- fimbrii de tip 1, care se leaga de alfa D manoside;
- fimbrii S, care recunosc sialil (alfa-2-3)-galactozide;
- fimbrii 1C, care se leaga preferential de rezidiile terminale N-acetil-D-glucosaminice;
- adezine X, care se leaga de receptori neidentificati pe celulele umane.
Prima clasificare a adezinelor (Duguid si colab., 1955) se baza pe observatia ca prezenta fimbriilor pe suprafata bacteriilor era corelata cu o activitate de hemaglutinare a unor variate specii de eritrocite. Printre diferitele tipuri descrise, tipul 1 de adezine confera o hemaglutinare manozosensibila (HAMS) a eritrocitelor in prezenta D-manozei. Totusi, aceasta denumire nu este uzuala, deoarece s-au descris cateva adezine, cum ar fi tipul F1C, care prezinta proprietati de aderenta pe celulele epiteliale, dar nu aglutineaza eritrocitele.
Ca si alte antigene de suprafata (O, H, K), fimbriile sunt imunogene; in functie de omogenitatea acestora, s-a propus o clasificare a antigenelor F (F pentru fimbrii) in cateva tipuri de la F1 la F6, dar care nu este folosita uzual (2).
Dintre fimbrii, unele structuri sunt complexe (tipul l sau P fimbrial), iar altele sunt structuri simple, rigide sau flexibile (CS4 sau CS3). Tipul l fimbrial sintetizat de tulpini patogene sau nepatogene de E. coli a fost primul descris (Brinton CC, 1965); difractia cu raze X si cristalografia au aratat ca acest tip fimbrial este alcatuit dintr-o subunitate repetitiva de 1 000 la 2 000 ori per fimbrie. In afara fimbriilor, au fost identificate si adezine afimbriale (afa) (3). Experimentele imunochimice de tulpini, prezentand gena afa-3 au stabilit ca localizarea structurilor de acest gen este pe toata suprafata celulei bacteriene, indiferent de tipul patogen (4); prin tehnici similare, adezinele afimbriale au fost descrise ca existand in jurul bacteriei, sub forma unei structuri capsulare.
Biochimia, genetica si microscopia electronica au identificat diversele componente ale formatiunilor de aderenta, si anume: piline, adezine si alte subunitati mici.
Pilinele sunt proteine cu greutate moleculara de 15-20 kDa, care prezinta unele caracteristici in frecventa lor primara de aminoacizi.
Adezinele sunt alcatuite din 260-340 aminoacizi, ceea ce corespunde unor proteine cu 28-35 kDa, de 2 ori mai groase decat pilinele. In fimbria P, adezina Pap G este localizata exclusiv la varf, in timp ce portiunea distala poate favoriza interactiunea cu receptorul celular; la tipul l fimbrial, adezina Fim H este localizata la varful si de-a lungul fimbriei, ei datorandu-i-se capacitatea de legare a manozei. In formatiunile afimbriale, adezinele reprezinta subunitatile majoritare, ele fiind codificate de grupul de gene afa-3, strans inrudit cu gena daa, care codifica adezinele fimbriale.
Nivelul exprimarii genei, care codifica adezina, nu este corelat cu prezenta sau absenta fimbriilor pe suprafata celulei. Prezenta operonilor, intre genele afa-3 si daa, demonstreaza ca secventa nucleotidica a genei (care codi-fica adezina) determina proprietatea fimbriala sau afim-briala a acesteia (4). Studiile epidemiologice au aratat ca proprietatea fimbriala este prezenta in mod exceptional la adezinele codificate de grupul de gene afa-3.
Unele adezine sunt corelate cu invazinele. In cadrul grupei de gene afa-3, 2 proteine, afa-E si afa-D, poseda proprietati de aderenta in culturi celulare nediferentiate (HeLa) si diferentiate (Ca-Co) (4). Recent a fost demonstrat faptul ca afa-D mediaza patrunderea bacteriei in culturi de celule epiteliale
La tipul fimbrial, in afara pilinelor (Fim A) si a adezinelor (Fim H), au fost descrise si alte subunitati; aceste proteine au fost denumite Fim F si Fim G si reprezinta cca 1% din totalul proteinelor fimbriale, ele controland lungimea fimbriei.
Fimbria P este, de asemenea, formata din numeroase subunitati minore, denumite Pap E, Pap F, Pap H, Pap K. Subunitatea Pap E constituie subunitatea majora a fibrilei; Pap F si Pap G controleaza initierea polimerizarii acesteia, iar Pap K regleaza alungirea fibrilei, precum si initierea polimerizarii Pap A.
Pilii CS1 sunt formati din multimeri de pilina CooA, dar si din subunitati CooD, subunitati necesare asamblarii fimbriei (5). Nu au fost descrise subunitati minore pentru formatiunile de aderenta fimbriale Bfp, Longus si AAF/I.
Formatiunile de aderenta fimbriale sau afimbriale interactioneaza specific cu receptori specifici celulari. Se pare ca adezinele se comporta, in general, ca niste lectine, recunoscand resturile oligozaharidice de la nivelul glicoproteinelor sau glicolipidelor. Aceasta proprietate a stat la baza identificarii receptorilor unor adezine. Intr-adevar, resturile dizaharidice Gal alfa (1-4)Gal reprezinta receptori pentru adezina P fimbriala, in timp ce resturile alfa-sialil-2,3-galactoza reprezinta receptori pentru adezinele fimbriale S.
Tulpinile uropatogene mai pot reactiona si cu structurile matricei extracelulare, situata in jurul sau sub celulele epiteliale, formata fiind din glicoproteine variate structural, cum ar fi: colagen (tip I, II, III, IV, V), laminina, elastina si fibronectina. Acest tip de aderenta s-ar produce dupa distrugerea tesutului realizata de factorii de vi-rulenta bacterieni si/sau de reactia inflamatorie locala. Fenomenul poate fi bazat pe interactiunile lecitina-carbohidrat, ca in cazul fimbriei S, care recunoaste resturile din lanturile oligozaharidice ale lamininei, sau pe inte-ractiunile proteina-proteina, asa cum se observa in legarea fimbriei P de fibronectina.
Studii recente ale E. coli cu fimbrii P au demonstrat ca aderenta la celulele epiteliale poate sa determine secretie de citokine, ca urmare a transmiterii unui semnal prin receptorii celulari.
Distributia si densitatea izoreceptorilor celulari ai adezinelor G depind de tesut. Karr si colab., studiind proprietatile de aderenta ale adezinelor purificate din clasa I G si III G pe sectiuni structurale ale diferitelor componente ale rinichilor, au demonstrat ca numai adezinele din clasa III G se pot lega de capsula Bowman. Aceste observatii sugereaza ca legarea specifica mediata de clasa de adezine produsa de bacterii patogene determina tropism pentru tesuturile gazdei.
La rinichi, exista receptori pentru fimbriile P la nivelul celulelor endoteliale din glomerul, ale tubilor proximali si distali si tubilor colectori; acesti receptori sunt intr-o proportie mult mai redusa la nivelul tractului urinar inferior, ceea ce explica mai slaba legare a fimbriilor P de vezica urinara.
In vezica urinara, fimbriile E. coli de tipul P si S prezinta o aderare comparabila la celulele musculare si epiteliale, iar fimbriile S adera si la elementele tesutului conjunctiv. Tipul 1 de fimbrii se leaga de peretii vasculari si de celulele musculare, in timp ce adezina de tip O75X se leaga de elementele tesutului conjunctiv, ca si de celulele epiteliale si musculare ale vezicii. Tipul 1C de fimbrii se leaga de celulele tubilor distali si colectori, ca si de celulele endoteliale (rinichi, vezica). Este important de retinut ca nici una dintre adezinele asociate ITU nu se leaga eficient de epiteliul vezical, fapt care presupune ca adeziunea de epitelii nu are un rol important in colonizarea vezicii.
Fimbriile S, care au o specificitate tisulara, similara cu fimbriile P, nu se asociaza cu uropatogenitatea E. coli la om.
Fata de agresiunea fimbriilor bacteriene, intra in actiune unele mecanisme de aparare locala si anume:
- eliminarea urinei inlatura 99,9% din bacteriile contaminante, proces care devine insuficient, cand bacteriuria depaseste 105 bacterii/ml;
- osmolaritatea crescuta, continutul in acizi organici si pH-ul acid (5,5);
- bariera formata de celulele uroepiteliale;
- receptorii pentru fimbrii de tip 1 pe membranele fagocitelor prezente local;
- existenta in urina de inhibitori de tip glicoproteic fata de fimbrii (fimbriile de tip S se leaga efectiv de glicoproteina Tamm-Horsfall; nu au fost descrisi inhibitori pentru fimbriile de tip P);
- Ig urinare (IgAs);
- mucopolizaharidele mucoasei (glicosaminoglicani);
- prezenta unui obstacol stearic;
- interferenta bacteriana (1);
- flora uretrei distale, compusa din lactobacili aderenti, exercita o excludere competitiva a E. coli in colonizarea tractului urinar, prin blocarea allosterica a receptorilor de aderenta;
- inhibitia competitiva, realizata de analogi structurali solubili de receptori celulari;
- existenta de anticorpi-antifimbrii;
- utilizarea vaccinurilor in tratamentul ITU poate conduce la blocajul imunologic al adezinelor bacteriene. Pacientii cu pielonefrita dezvolta anticorpii anti-pili, apartinand claselor imunoglobulinelor IgG, A si M. Fara a fi complet elucidat rolul anticorpilor de acest gen pentru apararea tractului urinar, ei pot proteja contra reinfectiilor, inhiband atasarea bacteriilor pe uroepiteliu, anticorpii acoperind fimbriile. S-a pus problema realizarii unor vaccinuri bazate pe fimbrii si s-au efectuat deja unele incercari de utilizare practica.

2. Alfa-hemoliza
Unele tulpini de E. coli poseda activitate hemolitica, posedand o hemolizina, care apartine familiei RTX de citotoxine, mediaza liza calciu-dependenta a eritrocitelor, prin formarea unor pori in membranele celulare. Producerea acestei toxine este mai frecventa la tulpinile din ITU inalte (51%) decat la cele izolate din ITU joase (30%) sau la tulpinile de origine fecala (12%).
Hemolizina este codificata de un operon cromozomial compus din 4 gene numite HlyA, HlyB, HlyC, HlyD; gena structurala pentru hemolizina este HlyA. Proteinele asociate membranei, HlyB si HlyD, compun aparatul de secretie pentru HlyA. Proteina Tol C din afara membranei este, de asemenea, implicata in secretia HlyA, probabil in transportul hemolizinei in afara membranei.

3. Aerobactina
Studiile epidemiologice arata ca tulpinile producatoare de aerobactina sunt mai frecvent izolate din ITU inalte (75%) si ITU joase (60%), decat din flora fecala a persoanelor sanatoase (34%). Determinantii genetici care codifica sinteza aerobactinei sunt de natura cromozomiala si plasmidica. Genele iuc ABCD (iron uptake chelate) codifica enzimele implicate in biogeneza aerobactinei; gena iut A (iron uptake transport) codifica o proteina din afara membranei, care se comporta ca un receptor pentru preluarea si transportul fierului.
Rolul aerobactinei in patogenitatea E. coli este de a facilita cresterea bacteriei in conditiile unei concentratii scazute de fier, stiut fiind faptul ca E.coli utilizeaza fierul pentru metabolismul aerob, cat si pentru multiplicare. De asemenea, aerobactina poate fi un important factor de vi-rulenta in timpul trecerii bacteriilor din tractul urinar in circulatia sanguina.

4. Factorul citotoxic necrozant (CNF)
Acest factor este o citotoxina, care produce necroza pe piele de iepure si multinucleatie pe culturi de celule Vero, notandu-se si o corelatie intre producerea de hemolizina si producerea de CNF.

5. Serotipul si antigenul capsular
E. coli, germenul cel mai des izolat din infectiile urinare, poseda o structura antigenica complexa, si anume: un antigen localizat la nivelul membranei externe a peretelui bacterian (antigenul O), un antigen localizat la nivelul capsulei (antigenul K) si un antigen H la nivelul flagelului, din a caror variatii de combinare se realizeaza o mare diversitate de tulpini.
Tulpinile izolate din ITU poseda antigene O cu o specificitate restransa; 8 serotipuri au fost asociate cu tulpinile uropatogene: O1, O2, O4, O6, O7, O16, O18 si O27 (2). S-a constatat ca unele tulpini de E. coli, care sunt defective in privinta antigenului O, sunt mai susceptibile la fagocitoza. Anticorpii fata de antigenul O sunt, de regula, absenti in primul episod infectios, dar prezenti in cele repetate.
Antigenul polizaharidic de suprafata (antigenul K) inveleste celula bacteriana ca o capsula subtire, acida si termostabila, conferindu-i rezistenta la fagocitoza (Kunin), precum si la activitatea bactericida a serului, ultima fiind influentata si de o substanta lipopolizaharidica de la nivelul celulei bacteriene.
Studiile epidemiologice au pus in evidenta prezenta unui numar restrans de antigene K (K1, K2, K5, K13 si K51) la tulpinile pielonefritogene, in special K1 si K5. In plus s-a constata existenta unei relatii intre producerea antigenului K si severitatea infectiei, tulpinile pielonefritogene sintetizand mai mult antigen K decat cele asociate cistitei. Antigenele capsulare sunt codificate de 3 regiuni cromozomiale functionale ale grupei Kps. Regiunea 2 este necesara sintezei polimerului si celelalte doua regiuni (1 si 3) mediaza translocarea formatiunii polimerizate de-a lungul membranei.

6. Alti factori bacterieni
Rolul altor factori, cum ar fi colicina V sau H, a fost discutat, dar nu s-au obtinut rezultate concludente privind rolul lor in uropatogenitatea tulpinilor de E. coli. In vi-rulenta E. coli intervine si timpul rapid de multiplicare al germenului, precum si elaborarea endotoxinelor de natura lipopolizaharidica de catre unele tulpini, cu efect atonic asupra musculaturii ureterale. De asemenea, se acorda un anumit rol secretiei unor enzime (coagulaza, hialuronidaza, proteaza), de glicocalix, precum si prezenta unor proteine, care blocheaza accesul complementului la nivelul membranei bazale.
In afara de E. coli, si alte specii microbiene (Proteus, Providencia, Klebsiella, Staphylococcus epidermidis si Staph. saprophyticus) poseda adezine, care intervin in ITU, dar nu in aceeasi masura.
Proteus are o rata rapida de crestere in urina, iar prin ureaza creeaza conditii alcaline, la care se adauga capacitatea de a invada celulele si producerea de hemolizina (1, 6).
Clone uropatogene de Klebsiella nu par sa existe; fimbriile nu par a avea rol patogen, producerea de ureaza ca factor patogen a fost putin studiata, iar rezistenta la actiunea bactericida a serului s-a dovedit a fi un factor de virulenta (6). Serratia marcescens poseda fimbrii HAMR si HAMS, care alaturi de hemolizina contribuie la urovi-rulenta (6). Pseudomonas aeruginosa produce un numar mare de factori de virulenta. Se pare totusi ca nu exista un factor de virulenta particular care fie responsabil in exclusivitate de aparitia infectiei urinare, un rol important revenind si reactivitatii gazdei.
Staphylococcus saprophyticus este singura specie de stafilococi, care adera la epiteliul ureteral normal, prin acidul lipoteichoic, sau in virtutea proprietatilor de hidrofobicitate (6) (restul speciilor au nevoie de anumite anormalitati). De asemenea, adera la jonctiunile fine dintre celulele uroepiteliale; fimbriile sunt putin importante in patogeneza (1); ureaza este un factor controversat (6).
Staphylococcus epidermidis provoaca ITU, mai ales la pacienti spitalizati cateterizati (1); are o virulenta scazuta in tractul urinar. Exoproteinele sunt responsabile de patogenitate. Producerea de "slime" favorizeaza aderenta la materialul cateterului.
Enterococii pot fi fimbriati si adera la celulele epiteliale, producand ITU la pacienti spitalizati, cateterizati.

_______________
BIBLIOGRAFIE

1. Sobel JD - Bacterial etiologic agents in the pathogenesis of urinary tract infection, Med. Clin. N Amer, 1991, 75, 2:253-273.
2. Orskov I, Orskov F, Andersen B - Comparison of Escherichia coli fimbrial antigen type 1 fimbriae, Infect., Immunol, 1983, 27:657-666.
3. Labique-Roussel A, Lark D si colab. - Cloning and expresion of afimbrial adhesin (AFA-1) ressponsible for P bloom group-independent, mannose-resistant haemagglutination from a pyelonephritic Escherichia coli strain, Infect. Immunol, 1984, 46:251-259.
4. Garcia MI, Gounon P si colab. - The afimbrial adhesive seath encoded by the alfa-3 gene cluster of pathogenic Escherichia coli is composed of adhesins, Mol Microbiol, 1996, 19:683-693.
5. Sakellaris H, Balding DP, Scott JR - Assembly proteins of CSI pili enterotoxigenic Escherichia coli, Mol Microbiol, 1996, 21:529-534.
6. Hamilton Miller JMT - Continuing the search for bacterial urovirulence factors, Rbl Bakt, 1993, 279, 2:141-153.