, Bahar, Trakya Üniv Tıp Fak 6. Kurul, Neşe Akış, PhD, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı Bakterilerde Patojenite

1 Bakteri yaşam biçimleri

Bakteriler insana bulaşı yoluyla geçer Havda asılı damlacıklar Cinsel İlişki Gıda Su

BAKTERİ GİRİŞ YOLLARI Mukoz membranlar – Solunum yolu – Gastrointestinal yol – Genitoüriner yol – Konjüktiva Deri Parenteral yol

Bakterinin insanda yaşam biçimleri Hücredışı (genleri tam, ancak, oksijensiz ortamda yaşayamaz) Hücreiçi (eksik genli, genellikle membranını güçlü yapamaz. Ancak, oksijensiz ortamda yaşayabilir) Fakültatif (her ortamda yaşar)

Hücredışı patojen bakteriler iki yoldan biri ile istila ederler 1 2 (Streptococcus pneumonia, Neisseria gonorrhoeae, N.meningitidis) yapışma, kolonizasyon, yayılma, doku parçalama, yangı yapma

Hücreiçi patojen bakteriler iki kompartmanda enfeksiyon yapmayı severler Hücreiçi yaşam Aktif istila……………… 1 2

F: Konak hücre Makrofaj Makrofaj ve epitel

Latensi (saklanma tarzı) 1.Aralıklı latensi (uçuk yapan Herpes simpleks virüsü sinir dokusunda saklanır ve konak zayıf düştüğünde epitele tekrar inerek enfeksiyonunu yapar) 2.Sessiz latensi (suçiçeği yapan Varisella-zoster virusu enfeksiyon sonrası organizmada kalır ama genelde bir daha ortaya çıkmaz) (Not: Latent period mikroorganizmaya göre birkaç günden birkaç on yıla kadar uzayabilir)

2 ENFEKSİYON VE VİRÜLANS

BİR SİMBİYONT NE ZAMAN PARAZİTİZME YÖNELİR ? 1- Bol besinle dolu konakla karşılaştığında; a) Çoğalma uyarısı alarak, 2- Çoğalmak için besinin yetersiz kaldığı; a) Kıtlık durumunda, b) Besin alanının işgalinde, c) Konağın zayıflaması durumunda.

PATOGENEZ ilk safha Virülans Faktörlerinin çalışmaya başlaması Tahrip edici virülans faktörleriyle istila Bağışıklık Sistemini atlatma Enfeksiyon Bağışıklık Sisteminin anormal yanıtı, sitokinler Hastalık Doku hasarı

BAKTERİYEL PATOGENEZ, BAKTERİ GENOMUNDAKİ PATOGENEZ/VİRÜLANS ADACIKLARINDA KODLANAN VİRÜLANS FAKTÖRLERİ SAYESİNDE GERÇEKLEŞİR

PATOGENEZ BASAMAKLARI 1. Konağa başarılı şekilde ilişmelidir 2.Konak savunmasını atlatarak organizmanın içine girebilmelidir 3.Bulduğu emniyetli bir oyukta ve genelde muköz zarlara bakteryel pili ile yapışıp burada üreyerek kabile kurmalıdır (kolonize etmek) 4.Burada istila, kist tesisi ve hedefleyeceği diğer organlara yayılmacılık stratejilerini uygulamalıdır

VİRÜLANS FAKTÖRLERİ Tutunma (aderens) ve yapışma (adezyon) sağlayıcılar, Bağışıklık sistemi elemanlarını bozucular ve fagositozu atlatıcılar, kapsül yapıcılar, monosit enfeksiyonu ile dolaşım sağlayıcılar Besin bulma ve demir iyonu alımı yapıcılar, Doku bozucu ve istila kolaylaştırıcı invazinler,

Ekzotoksin zehir, Endotoksinle yangı tetikleyiciler Antibiyotik direnci sağlayıcılar Hücreiçinde konak vakuollerinin davranışlarını değiştiriciler Hücreiçi yaşamaya adaptasyon sağlayıcı metabolizma yolakları, Mutasyon indükleyiciler VİRÜLANS FAKTÖRLERİ- DEVAM

Patojen Listeria monocytogenes genomunun non-patojen bir Listeria ile karşılaştırması

Tüm Listeria’larda Virülans Adasında inlAB operonu konağa giriş genlerini kodlar Epitellere giriş. sağlar Tüm hücrelere giriş sağlar

Karşılaştırma sonucu her ikisinin de aşağıdaki patojenite adaları aynı, sadece, monocytogenes’de fazla Bsh geni var

Listeria monocytogenes, Bsh geni üzerinden listeriolizini yapar. Bu virülans faktörü hücre içinde hücre mühendisi gibi çalışır Yüzey Ag yapının değişmesi 2 İçeriye listeriolizinin girişi 3 İskeletin otofaji yapamaması 4 Mitokondrianın öldürememesi 5 İmmün görülmeden kaçış 6 Histon kodlamasının değişmesi 7 Gen ifadesinin değişmesi

İnsan Patojenlerinin Genomlarında Diğer Patojenite Adaları

Virüslerde kodlanan virülans faktörleri TürVirülans Etmeni/ Hastalık PLAZMİTDE KODLAMA E.coli Enterotoksin/ İshal Hemolizin/ Derin doku ve idrar yolu enfeksiyonu E.coli E.Coli ve şigella türleriMukozal istila sağlayan yapışma etmenleri Şarbon basiliKapsül Ödem faktörü Ölüm faktörü Korumalı antijen FAJ ve TRANSPOZONDA KODLAMA Clostridium botulinumParalizi yapan bolilinyum zehiri Corynebacterium diphtheriae Protein sentezini durduran difteri zehiri Vibrio choleraeAşırı sulu ishale yol açan kolera zehiri S.aureusMetisilin direnç geni ENTEROTOKSİN NÖROTOKSİN KAN TOKSİSEMİSİ

3 İstila ve Hastalık

İSTİLA ÖZET GİRİŞ YOLU Mukoz membranlar Solunum yolu Gastrointestinal yol Genitoüriner yol Konjüktiva Deri Parental yol YAPIŞKANLIK MİKROP SAYISI KONAK SAVUNMASINI ATLATMA Kapsüller Duvar bileşenleri Enzimler Demir bağlayıcı sideroforlar Antijen yapılarını değiştirme Konak hücre iskeletine reseptör ektirmek KONAK HÜCRE HASARI (SİTOPATİK ETKİ) Doğrudan hasar vermek Zehirlemek Ekzotoksin Endotoksin ÇIKIŞ YOLU Her mikrop genellikle girdiği yoldan çıkar

PATOGENEZ son safha Virülans Faktörlerinin çalışmaya başlaması Tahrip edici virülans faktörleriyle istila Bağışıklık Sistemini atlatma Enfeksiyon Bağışıklık Sisteminin anormal yanıtı, sitokinler Hastalık Doku hasarı

Doğrudan hasar Kapsül Antikor ve enzim parçalama proteazları LPS’nin O kısmı Kamçı Ekzotoksin Doku parçalama enzimleri Biyoaktif artıklar (kısa zincir yağ asitleri, poliaminler, buharlaşan kükürt bileşenleri, indol, amonyak) Dolaylı hasar LPS’nin A kısmı Peptidoglikan Lipoteikoik asit Pili Kapsül Dış membran proteinleri Lipoproteinler DNA Isı şoku proteinleri HASAR YAPAN VİRÜLANS ÜRÜNLERİ

ENFEKSİYON HASTALIĞI GELİŞİMİNDE DEĞİŞKENLER Enfeksiyon hastalığı = Patojen sayısı X Virülans kudreti Konak direnci (savunma kudreti) Not: Kurbanların %50'sini belirli zaman diliminde enfekte etmek (enfeksiyon dozu: ID 50 ) veya öldürmek (letal doz: LD 50 ) için gereken adet mikroorganizma sayısı mikroorganizmanın virülans kudretini gösterir.

VİRÜLANSI BELİRLEYEN KRİTERLER 1.Bakterinin enfeksiyon odağı oluşturma yeteneği (infektivite) 2.Bakterinin konağa zarar verme düzeyi (patojenik potansiyel, örneğin toksijenite)

SAVUNMA KUDRETİNİN KAÇINILMAZ YAN TESİRİ OTO SALDIRI ve DOKU HASARI OTOİMMÜN TEMİZLİK

Enfeksiyonda olasılıklar Konak hücre ile mikrobun karşılaşması Enfeksiyon Hastalık (savunma yetersiz, hasar hızla artıyor) Mikrop yok ediliyor Yayılma (savunma yavaşlamış, hasar yavaş artmakta) Kalıcı (savunma saldırıyı sabitlemiş, sabit düzey sürekli hasar) Kommensal ilişki (savunma durdurmuş, hasar yok) Tedaviyle iyileştirme (mikrobun, parçalarının, etkilerinin silinmesi) Ölüm Hastalık (sistemler normal işlevine dönemiyor) İyileşme

4 Virülans Faktörleri: Hareket ve Yapışma

BAKTERİDE HAREKET İHTİYACI 1Varılmak istenen hedefe yürüme/yüzme 2Kimyasal-çekici ligandı (kemokin) reseptör ile tanıyarak çağrılınan hedefe kemotaksis (formil peptidler, riboz,(formil peptidler, riboz, galaktoz, aspartat, serin, ve galaktoz, aspartat, serin, ve kemokinler)emokinler 3Kimyasal-itici ligantdan kaçma (bazı inorganik tuzlar, aminobazı inorganik tuzlar, amino asitler ve bazı diğer kimyasallar) 4Düşmandan kaçmak 5Dokuya dalmak (invazin)

BAKTERİDE HAREKET SAĞLAYICILAR 1Flagella ve ilişkili motor sistem 2Membran yeniden şekillenmesi ve ilişkili iskelet sistemi

BAKTERİDE YAPIŞMA (ADEZYON) DAVRANIŞI KONAK TÜRE ÖZGÜLLÜK KONAKTA DOKU TROPİZMİ KOLONİZASYON KONAKTA HÜCREYE BAĞLANMA MİKROPLARDA TÜRİÇİ YAPIŞMA LİGAND VEYA RESEPTÖR MUTASYONU YAPIŞMA İLGİSİNİ DEĞİŞTİRİR Pililer

Konağa Yapışmada iki yol vardır Pili yolu………….. Adesin yolu…………………………. Uçta adesin Konak hücredışı…… matriks glikoproteini Konak yüzeyinde integrin

YAPIŞMA (ADEZYON) ETMENLERİ Pili Tip-1 E.coli’nin vücutta mannozlu yüzeylere; E.coli ve N.gonore’nin gangliosidlere bağlanmasını sağlar Pili Tip-4 V.cholera’ya fruktoza da tutunma ve kasılma-açılma hareketliliği yapmasını sağlar Bakterilerdeki cinsel pili kabile ve akrabalara konjugasyonla genetik dizi aktarımını olanaklı kılar Kümeleşme pilisi bakterilere biyofilm yapım olanağı sağlar ve yüksek virülanslı soylarda bulunur Pili-dışı yapışma proteinleri (invazinler) Klamidya’daki lektinlerle doku N-asetil glukozaminine yapışmayı sağlar Pili-dışı yapışmada lipoteikoik asit Stafilokoklara ve Streptococcus pyogenes’e fibronektine bağlanarak dokuya ilişmeyi sağlar Pili-dışı yapışmada pentaktin ve filamentöz hemaglutinin Bordetella pertussis’in virülansını başlatır

5 Virülans Faktörleri: İstila ve Zehirleme

Bakteri invazinlerinden doku hasarı ile yayılmayı kolaylaştıran enzimler Kollajenaz Hiyolurodinaz Nöroaminidaz Streptokinaz, Stafilokinaz (plazmini aktive eder) Glikanaz Elastaz Fibrinolizin

Bakteri invazinlerinden lökosit ve eritrosit membran hasarı ile savunmayı zorlaştıran enzimler Fosfolipaz Leşitinaz (gangrende) Hemolizinler (lökosidin, vb..)

Bakteri invazinlerinden Stafilokokkal koagülaz pıhtılaşmayı uyaran enzimdir Proteaz Lipaz Glikohidrolaz Nükleazlar, Streptodornaz (DNaz) Bakteri invazinlerinden koruyucu kalkan enzimler

Bakteride bulunduğu yer kriterine göre toksinler 1- Enterotoksinler 2- Nörotoksinler 3- Sitotoksinler 1- Ekzotoksinler (dışa salgılanan zehirler) 2- Endotoksinler (sitoplazmik ve bakteri ölünce etrafa saçılan zehirler) Konakta etki ettikleri yer kriterine göre toksinler

Toksinlerin Özellikleri Ekzotoksinler – Proteinlerden yapılı – Çoğu enzim, hücredışı matriks, hücre ve moleküllere hasar veriyor Endotoksinler – Edinsel yanıt uyandırmayan yapıda (zayıf antijenik) – Şiddetli yangı uyandırabiliyor

Etki mekanizmalarına göre Ekzotoksinler Tip 1: Süper antijenler (yangı- toksik şok) Tip 2: Membranlarda por oluşturanlar (sitolitik) Tip 3: A ve B toksinleri (Antikor, serum proteinleri, savunma enzimleri, ve doku matriksini keser)

Difteri Toksininin Protein Sentezini Engellemesi Uzama faktörünü inaktive ediyor Ribozim protein sentezleyemiyor Hücre ölümü

S.aureus’un Alfa toksin’inin konak hücre membranında delik (por) açması Konak hücre ölümü

BAZI BAKTERİLER TARAFINDAN DIŞA SALGILANAN TOKSİJENİTESİ YÜKSEK ZEHİRLER Şigella toksini Basilli dizanteri Clostridium botilinum toksin-A Nekroz ve gangren (sinir-kas kavşağına etkili) Clostridium tetani Tetanoz toksini (istemli kaslara etkili) Clostridium difficile toksin A, BPseudomembran koliti Difteri toksini Kuşpalazı (kalp, akciğer, böbreğe etkili) eritem S. aureus, S.pyrogenes Süper antijen Piyrojenik, Toksik şok S. aureus enterotoksin A-E, lizinler ve lökosidinKusma, eritrosit ve lökosit yıkımı S. aureus alfa toksin, eritrojenik toksinNekroz, eritem Streptokok Streptolizin O ve SKan yıkımı Hemolizin Su ve elektrolit kaybı ETKİ Kapiler geçirgenliğinde artış

Kolera toksininin Enterosit Su Atılım Pompalarını Hiperaktive Etmesi Adenilat siklaz aktivitesinde artış

EKZOTOKSİN ETKİSİNE ÖRNEK

Endotoksinler ve Uyardığı Yangı Sitokinleri

ENDOTOKSİNİN ETKİLERİ

Ekzo- ve Endotoksin Karşılaştırma Kodlandığı genom Kromozom Faj veya plazmid Hastalık Meningokoksemi, Gr- sepsisi Tetanoz, botulizm, difteri

6 Virülans Faktörleri: Bağışıklık Sisteminden Kaçma ve Korunma

Kapsül ve M tabaka ile sarınarak kendini konağa benzetmek Antikor ve enzim parçalayan proteinazlar Antifagositik faktörler Kamçı Yüzey antijenik yapılarda kıyafet değiştirmek Hücre içi yaşama adaptasyon Zehir enjekte eden Tip 3 Sekresyon sistemleri Bazı ekzotoksinler LPS-O antijen, Isı şoku proteinleri, artıklar Biyofilm ile zırh ve oyuk oluşturmak Konak Savunmasını Atlatma

Bakteri zarfının polisakkarid kapsülle (uzun zincir şeker polimeri) sarmalanması

Kapsüllü Bakteriler

Kapsül ve M tabaka bakteriyi bağışıklık sistem saldırısından mekanik olarak korur M protein içermeyen fibriller

Aşağıdaki bakteriler tarafından salgılanan IgA proteaz enzimleri flora ile kaplı mukoza alanlarındaki IgA’yı yıkarak mukozalarda antikorla savunmayı yok ederler H.influenza S.pneumonia N.gonorrhoeae N.meningitidis

S.aureus Protein A salgılayarak kendine bağlanan antikorların fagosit tarafından görülmesini bloke eder S.pyrogenes C5a peptidaz salgılayarak yangı başlamasını engeller