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Factores de virulência

Os mecanismos de virulência do Mycobacterium tuberculosis (Mtb) são extraordinariamente complexos e multifacetados. Apesar do bacilo aparentemente não produzir toxinas desenvolveu um reportório de características estruturais e fisiológicas que contribuem para a sua virulência e para a patologia da tuberculose (TB). Os factores de virulência do Mtb podem ser definidos como genes/proteínas cuja inactivação leva a uma redução de patogenicidade ou virulência num modelo de TB validado mas não tem efeito no crescimento da bactéria em condições in vitro (excluindo stress e privação de nutrientes) nas quais as estirpes selvagens se replicam normalmente. Abaixo iremos enumerar alguns factores de virulência existente no Mtb (Forrellad et al., 2013).

Abaixo referimos as principais categorias de factores de virulências assim como alguns dos representantes de cada classe.

Parede celular

Uma das características do bacilo da tuberculose é a sua parede celular com uma grande concentração de lípidos (Figura 1). De facto, o conteúdo lipídico do envelope celular pode representar 40% da massa seca da célula.

Parede celularPrimir a imagem para aumentar.

A parede celular do Mtb consiste maioritariamente de cadeias longas de ácidos gordos, chamados ácidos micólicos ligados a arabinoglacanos, que estão associados ao peptidoglicano. Adicionalmente, a parede celular contem vários lipoglicanos incluindo o lipoarabidomano (LAM), o seu percursor lipomano (LM), e o manosido fosfatidil-mio-inositol (PIM). Estes componentes estão ligados de forma não covalente à membrana celular através de ancoras GPI, e pro projectam-se para o exterior da parede celular. O LAM consiste numa âncora de fosfatidil-mio-inositol, um polímero de D-manano ligado ao anel de inositol, cadeias de D-arabinose, com terminal manano na extremidade dos resíduos de arabinose. Esta estrutura da parede celular confere ao Mtb uma barreira impermeável a alguns antibióticos tornando-o intrinsecamente resistente e protege-o contra a acção microbicida de alguns factores do hospedeiro. Paralelamente, a parede celular contém também factores de virulência que alteram o normal funcionamento das células hospedeiras (Tabela 1).

Lipidos patogenesPrimir a imagem para aumentar.

Sistemas de secreção proteica

Todas as bactérias, incluindo as micobactérias, possuem sistemas de secreção para o transporte de proteínas sintetizadas no citoplasma para o exterior da membrana citoplasmática. As proteínas exportadas podem permanecer no envelope celular ou ser secretadas para lá da parede celular. As proteínas secretadas desempenham geralmente funções fisiológicas essenciais que requerem uma localização extra citoplasmática. Adicionalmente a estas funções fisiológicas essenciais de secreção, as bactérias patogénicas, como o Mtb, desenvolveram sistemas de secreção especializados na exportação de proteínas efectoras para a célula hospedeira manipulando o seu funcionamento. Um exemplo deste tipo de sistemas de secreção no Mtb é o sistema de secreção ESX-1 (sistema de secreção ESAT6). O sistema ESX-1 é um dos cinco ESX de secreção especializado existente em várias micobactérias e o mais bem estudado de todos (Abdallah et al.2007). O sistema de secreção ESX-1 é necessário à virulência de micobactérias patogénicas, uma vez que a mutação de genes pertencentes ao locus ESX-1 resulta em estirpes atenuadas. O locus ESX-1 codifica uma serie de genes necessários à secreção de vários factores de virulência como as proteínas antigénio alvo de 6kDa secretado precocemente (ESAT6) e proteína filtrada da cultura com 10kDa (CFP10), ATPases e genes preditivos de proteínas membranares algumas das quais necessárias à secreção de ESAT6 e CFP10. Curiosamente, as proteínas ESAT-6 e CFP10 não são secretadas pela estirpe atenuada BCG, este facto deve-se à ausência da RD1 em BCG que contem parte do locus ESX-1.

Recentemente foi descrito que a translocação do Mtb do fagossoma para o citoplasma do macrófago nos estádios tardios da infecção é facilitado pelas proteínas ESAT6 e CFP10 (McCann et al., 2009). De facto foi descrito que a ESAT6 tem a capacidade de lizar as membranas do hospedeiro permitindo ao Mtb a infecção das células vizinhas. A interferência na secreção de ESAT6 em modelos in vitro resulta em poucos macrófagos infectados com muitas bactérias intracelulares em oposição a muitos macrófagos infectados com Mtb selvagem. Estes resultados poderão resultar da incapacidade das bactérias mutantes infectarem as células vizinhas ou devido à apoptose provocada pela permeabilização das membranas do hospedeiro nas bactérias selvagens.

Enzimas envolvidas no metabolismo

O Mtb tem a particularidade de adaptar o seu metabolismo a fontes de carbono existentes na célula hospedeira para sobreviver. Este parasita tem a capacidade de alterar a fonte de carbono para produção de energia de hidratos de carbono para lípidos. Exemplo disso são as liases isocitrato (Icl) que permitem que às bactérias a síntese de hidratos de carbono através de acetil-coenzima A provenientes de ácidos gordos podendo estes ser incorporados no ciclo de Krebs providenciando uma fonte de carbono que pode ser metabolizada tanto como fonte de energia (Muñoz-Elías and McKinney, 2005).

Reguladores de transcrição

Os sistemas de transdução de dois componentes (TCS) são elementos chave da resposta adaptativa do Mtb a vários estímulos (Bretl et al., 2011). O gene phoP codifica um dos componentes de um (TCS) (PhoP/R) que tem um papel importante na virulência do Mtb. O operão phoP-phoR codifica uma proteína quinase histidina ou sensora (phoR) e um efector que funciona regulador da transcrição que controla a expressão de genes específicos (phoP) controlado pelo phoR (Fig.1).

Este TCS responde ao ambiente tóxico do fagossoma do macrófago e o PhoR é provável sensível a alterações de magnésio. O sistema PhoP/R      está envolvido em diversos aspectos da fisiologia metabólica como a resposta à hipoxia, regulação do metabolismo dos lípidos, respiração entre outros (Fig. 2).

Devido à sua importância não é surpreendente que Mtb mutantes para PhoP e/ou PhoR tenham alterações ao nível na sua virulência e sobrevivência tanto em modelos de infecção com macrófagos in vitro como com ratinhos in vivo. Adicionalmente, foram descritas várias alterações no locus PhoP/R em BCG podendo em parte justificar a sua atenuação (Bretl et al., 2011).

PhopPrimir a imagem para aumentar.

Abreviaturas

Antigénio alvo de 6kDa secretado precocemente ESAT6

Liases isocitrato                                                     Icl

Lipoarabidomano                                                  LAM

Lipomano                                                             LM

Manosido fosfatidil-mio-inositol                            PIM

Mycobacterium tuberculosis                                  Mtb

Proteína filtrada da cultura com 10kDa                 CFP10

Sistemas de transdução de dois componentes     TCS

Tuberculose                                                           TB

 

Bibliografia

 

Abdallah AM, Gey van Pittius NC, Champion PA, Cox J, Luirink J, Vandenbroucke-Grauls CM, Appelmelk BJ, Bitter W. (2007). Type VII secretion–mycobacteria show the way. Nat Rev Microbiol.5(11):883-91.

Bretl DJ, Demetriadou C, Zahrt TC.( 2011). Adaptation to environmental stimuli within the host: two-component signal transduction systems of Mycobacterium tuberculosis. Microbiol Mol Biol Rev. 75(4):566-82. doi: 10.1128/MMBR.05004-11.

Forrellad MA, Klepp LI, Gioffré A, Sabio y García J, Morbidoni HR, de la Paz Santangelo M, Cataldi AA, Bigi F. (2013). Virulence factors of the Mycobacterium tuberculosis complex. Virulence.;4(1):3-66.

Gonzalo-Asensio J, Mostowy S, Harders-Westerveen J, Huygen K, Hernández-Pando R, Thole J, Behr M, Gicquel B, Martín C. (2008). PhoP: a missing piece in the intricate puzzle of Mycobacterium tuberculosis virulence. PLoS One. 3(10):e3496.

Gorocica P, Jiménez-Martínez MC, Garfias Y, Sada I, Lascurain R. Componentes glicosilados de la envoltura de Mycobacterium tuberculosis que intervienen en la patogénesis de la tuberculosis. Rev Inst Nal Enf Resp Mex. 2005;18(2):142–153.

McCann JR, Kurtz S, Braunstein M. (2009). Secreted and Exported Proteins Important to Mycobacterium tuberculosis Pathogenesis. Bacterial Secreted Proteins: Secretory Mechanisms and Role in Pathogenesis. Caister Academic Press.

Muñoz-Elías EJ, McKinney JD. (2005). Mycobacterium tuberculosis isocitrate lyases 1 and 2 are jointly required for in vivo growth and virulence. Nat Med. 11(6):638-44.

Park SH & Bendelac A (2000). CD1-restricted T-cell responses and microbial

infection. Nature 406(6797): 788-92.