FACULTAD DE QUÍMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

CURSO BACTERIOLOGÍA

Ulises Hernández Chiñas

Elementos genéticos Involucrados en la Virulencia

Como surgen las bacterias patógenas

Como emergen los

patógenos

Bacterial pathogens have evolved by

three major processes:

• (i) modification of existing genes,

• (ii) loss of genes no longer under

selection, and

• (iii) gain of genes that confer benefit in

their current ecological niche

Tipos de organismos

• Procariontes:

– consisten de una sola célula, su material genético no está compartamentalizado, es de tipo bacteria.

• Eucariontes

– pueden ser uni- o multicelulares, su material genético está rodeado por una membrana, pueden ser plantas, animales, levaduras o humanos.

Biología Molecular

• Estudia las moléculas y las interacciones entre ellas que median los procesos de la vida, incluye

–Reproducción

–Metabolismo

–Respuesta a estímulos

Tipos de moléculas

importantes para la vida

• Polímeros macromoleculares. Moléculas lineales hechas de subunidades repetitivas.

– La estructura de cada polímero es única debido a su función individual.

– Son DNA, RNA y proteínas

• Moléculas pequeñas.

– Existe una gran cantidad, monosacáridos, lípidos, nucleótidos, etc.

Friedrich Miescher

• Fue el primero en aislar el material del núcleo de la célula.

• Notó que este material presenta un carácter acídico y le llamo nucleína.

• En esa época se creía que el DNA era un material que daba estructura y soporte al núcleo.

Una serie de experimentos muy elegantes revelaron que el

DNA es el material genético y descifraron su estructura.

La molécula de DNA es una doble helicoidal con rieles de azúcar-fosfato

y pares purina pirimidina como peldaño. La secuencia de bases especifica

es la secuencia de aminoácidos de una proteína particular. El DNA debe

estar altamente enrollado para ajustarse al espacio del núcleo.

La palabra gen fue acuñada en 1909 por el botánico danés Wilhelm Ludwig Johannsen

a partir de una palabra griega que significa “que origina….", refiriéndose a la unidad física

funcional de la herencia biológica.

Hacia 1950, se impuso el concepto de gen como la cadena de ADN que dirige la síntesis

una proteína. Éste es un concepto que proporciona una naturaleza molecular o estructural

gen. El gen codifica proteínas y debe tener una estructura definida por el orden lineal de

tripletes o codones

Cuando el DNA se replica, las dos hebras parentales se separan y sobre cada una se construye una hebra complementaria nueva. Una helicasa empieza el proceso, la RNA polimerasa y la DNA polimerasa llenan con bases la nueva hebra, y la ligasa une el esqueleto azúcar-fosfato.

Existen tres mecanismo de reparación de errores en la secuencia de bases que se

presentaran durante la replicación del DNA. La reparación anormal o ausente causa

rompimiento de los cromosomas y generalmente incremente el riesgo de mutaciones.

Frederick Griffith

• 1928

• Experimentos con Streptococcus pneumoniae

• Causa neumonía en humanos

• Es letal en ratones

• Por aislamiento y repurificación encontró variantes morfológicas,

– Producen colonia lisas presentan cápsula de

polisacárido

– Producen colonias rugosas no presentan

cápsula de polisacárido

• Colonias lisas virulentas

• Colonias rugosas NO

virulentas

Experimento de Griffith.

Bacterias virulentas

encapsuladas vivas El ratón muere

Bacterias no virulentas

no encapsuladas vivas

El ratón vive

Bacterias virulentas

muertas por calor

Bacterias virulentas

encapsuladas vivas

El ratón vive

Exp. de Griffith. 2

Bacterias no virulentas

no encapsuladas vivas

Bacterias virulentas

muertas por el calor y

bact. no virulentas vivas

El ratón muere

Bacterias virulentas muertas por calor

Exp. de Oswald Avery, C. M.

MacLeod, and M. McCarty, 1944.

El ratón muere

Bacterias no

virulentas vivas

DNA aislado de bacterias virulentas

muertas por calor

Bacterias virulentas

encapsuladas

Transformación

En resumenL

LR R RRR

Células “R” Vivas

Polisacáridos Lípidos RNA Proteína DNA

Muertas

Conjugación

ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del

ADN cromosómico

Los plásmidos poseen información genética importante para las bacterias. Tal es el caso de

los genes que codifican para proteínas que participan en la resistencia contra los antibióticos.

Conjugación

Agrobacterium tumefaciens

Una isla de patogenicidad es una fracción del ADN genómico de un microorganismo

patógeno que le faculta como virulento. Suele estar contenido en plásmidos y su origen

es una transferencia horizontal de material genético. Suele albergar las secuencias que

codifican para adhesinas, factores de evasión de las defensas del hospedador, toxinas

enzimas degradativas de componentes celulares.

Islas de Patogenicidad

Genomic islands that are acquired by horizontal gene transfer via

transduction, conjugation and transformation, and provide ‘quantum leaps’ in

microbial evolution

Figure 2 Evolutional stages of pathogenicity island formation. The vertical line represents the

evolutionary progress; the horizontal line represents a time scale. The thin line represents parts of the

core genome; the double line represents pathogenicity island-specific DNA. The boxes indicate genes,

and the asterisks indicate mutations. Abbreviations: tRNA, transfer RNA genes; int, integrase gene; vir,

virulence-associated gene; mob, mobility gene (e.g. gene encoding transposase).

PAIS ranging from 10 kb to more than 100 kb. Some

strains also harbour smaller pieces of DNA (1–10 kb)

that have been termed ‘pathogenicity islets’.

National Geographic

Invasión alienígena

Experimento de Hershey y Chase, 1952

TRANSDUCCIÓN

1er experimento marcaron con 32P en ADN

2º experimento marcaron 35S los aminoácidos cisteína y metionina

Transducción

El DNA de los fagos puede constituir 20% del genoma de las bacterias

El DNA de algunos fagos contribuye al crecimiento de la bacteria

El DNA de algunos fagos contribuye a la resistencia

de la bacteria a diferentes antimicrobianos

FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA EMERGENCIA

DE UN MICROORGANISMO PATÓGENO

Las enfermedades infecciosas emergentes son aquellas recién

descubiertas, las cuales causan serios problemas de salud local

o internacionalmente.

En los últimos 20 años se han descubierto más de 30 nuevos

microorganismos productores de nuevas enfermedades o

síndromes.

Dentro de este grupo de enfermedades se incluyen la infección por el

HIV y la fiebre hemorrágica producida por el virus Ebola,

Nuevas formas del cólera, la enfermedad de los legionarios, la

enfermedad de Lyme, el síndrome pulmonar por hantavirus, la

colitis hemorrágica con síndrome hemolítico urémico debido a

E. Coli enterohemorrágica

Borrelia burgdorferi

Escherichia coli O157

Se consideran enfermedades reemergentes aquellas supuestamente

controladas, en franco descenso o prácticamente desaparecidas, que

vuelven a constituir una amenaza sanitaria y que reaparecen en

proporciones epidémicas.

La tuberculosis , el cólera en el continente americano, la peste en la

India y Perú; el dengue que se ha expandido en la mayoría de los países

de América Latina.

Los microorganismos patógenos emergentes y reemergentes

poseen gran flexibilidad biológica lo que les permite aprovechar

las oportunidades epidemiológicas que se presentan.

De los 1 407 microorganismos, 177 (13%) se consideran emergentes o reemergentes. 77 (37%) virus o priones54 (10%) bacterias22 (7%) hongos14 (25%) protozoos 10 (3%) helmintos.

Como emergen los microorganismos patógenos

Los virus patógenos que afectan a seres humanos se distribuyen entre

más de 20 familias.

Los virus emergentes y reemergentes pertenecen a las familias

Bunyaviridae, Flaviviridae, Togaviridae y Reoviridae.

MICROORGANISMOS PATÓGENOS EMERGENTES

Las especies de bacterias patógenas están repartidas entre más

de 60 familias.

Las bacterias emergentes y reemergentes pertenecen

Principalmente a las familias Enterobacteriaceae y Mycobacteriaceae.

Mutación o Recombinación Genética

STEC O104:H4

¿NUEVO PATÓGENO EMERGENTE?

CARACTERIZACIÓN MICROBIOLÓGICA DE

Escherichia coli O104:H4

- Shigatoxin 1: - (negative)

- Shigatoxin 2 (vtx2a) : + (positive)

- Intimin (eae) : - (negative)

-Enterohemolysin : - (negative)

EaggEC virulence plasmid

- aatA-PCR: + (positive) (ABC-transporter protein gene)

- aggR-PCR: + (positive) (master regulator gene of Vir-plasmid genes)

- aap-PCR: + (positive) (secreted protein dispersin gene)

- aggA-PCR: + (positive) (AAF/I-fimbral subunit-gene)

- aggC-PCR: + (positive) (AAF/I-fimbral operon-gene)

PROPIEDADES DE VIRULENCIA IDENTIFICADAS EN

Escherichia coli O104:H4

CountryHUS EHEC Comments

Cases Deaths Cases Deaths

Austria 1 0 3 0

Canada 0 0 1 0

Czech Republic 0 0 1 0A tourist from the United States who had

travelled in Germany

Denmark 8 0 12 0

France 0 0 2 0

Germany 786 25 2518 13

Greece 0 0 1 0 A German tourist

Luxembourg 0 0 2 0

Netherlands 4 0 4 0

Norway 0 0 1 0 Contact with a German in Norway

Poland 2 0 1 0

Spain 1 0 1 0

Sweden 17 1 30 0

Switzerland 0 0 5 0

United Kingdom 3 0 3 0

United States of

America3 0 2 0

3 HUS cases (all confirmed) and 2 EHEC cases

(one confirmed and one suspected)

Total 825 26 2587 13

EAHEC BROTE Información al 15 de junio 2011