Journal of Biotechnology and Biodiversity | v.8 | n.1 | 2020
Journal of Biotechnology and Biodiversity
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Pseudomonas aeruginosa: caracterização antigênica e produção anticorpos
Diego Rodrigues Ribeiroa *
a Universidade Federal do Tocantins (UFT), Brasil
* Autor correspondente (biomedicina@msn.com )
I N F O A B S T R A C T
Keyworks
infections multidrug resistant vaccine
LPS
Pseudomonas aeruginosa: antigenic characterization and antibody production
Pseudomonas aeruginosa has reduced over the years among infectious agents often isolated in hospital settings. Currently, nosocomial infections caused by P. aeruginosa pose a challenge for antimicrobial therapy. An alternative to the multiresistant microorganism was performed in search of vaccines. In this paper, check through the literature review or that there is concrete and the perspectives related to the characterization of P. aeruginosa antigens and by consequence of antibody production and applicability. Make a bibliographic survey in Portuguese and English periodicals from 1980 to 2019 and 19 works will be analyzed and inserted. In vaccination, available resources are based on antigens derived from virulence factor toxins known from P. aeruginosa species, such as; exotoxin-A, proteases and elastases, and com- ponents of LPS. There was a shortage in the literature regarding the subject. Research should be conducted on antigen characterization and by performing test production.
R E S U M O
Palavras-chave s
infecções multirresistentes vacinal
LPS
A Pseudomonas aeruginosa destaca-se ao longo dos anos entre os agentes infecciosos frequentemente isolado em ambientes hospitalares. Atualmente as infecções hospitalares causadas por P. aeruginosa re- presentam um desafio para a terapêutica antimicrobiana. Uma alternativa frente aos micro- organismo multirresistentes tem sido a busca de vacinas. O presente trabalho visa verificar através de revisão de literatura o que há de concreto e as perspectivas concernentes a caracterização de antígenos de P. aerugi- nosa e, por conseguinte a produção e aplicabilidade de anticorpo. Fez-se um levantamento bibliográfico em periódicos das línguas portuguesa e inglesa entre os anos 1980 a 2019 sendo analisados e inseridos no trabalho 24 obras. No âmbito vacinal, os recursos disponíveis se baseiam em antígenos oriundo de toxinas de fatores de virulência conhecidos de espécies de P. aeruginosa, tais como; exotoxina-A, proteases e elastases, e componentes do LPS. Notou-se uma escassez na literatura quanto a temática. Pesquisas devem ser conduzidas na caracterização de antígenos e por conseguinte produção de anticorpos.
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INTRODUÇÃO
O termo Bactérias Multirresistentes (BMR) tem sido empregado para designar um grupo de micror- ganismos resistentes a variedades de classes de an- timicrobianos. BMR são patógenos envolvidos com infecções como pneumonias, septicemias, in- fecção urinária e meningite, especialmente em pa- cientes imunocomprometidos (Giamarellou et al., 2008), que foram hospitalizados por longos perío- dos e/ou passaram por procedimentos invasivos com uso prévio de medicamentos antimicrobianos (Castilho et al., 2017).
De importância clínica, pois causam infecções nosocomial oportunistas (Martins e Barth, 2013). Essas bactérias possuem uma habilidade de sobre- vivência em uma variedade de condições ambien- tais persistindo por longos períodos em superfícies, o que gera uma frequente causa de surtos de infec- ção hospitalar (Fournier e Richet, 2006; Vieira e Pi- coli, 2015). Podem realizar a colonização em equi- pamentos hospitalares com a formação de biofil- mes devido a ação das proteínas da membrana bac- teriana externa A– OmpA(Choi et al., 2005; Vieira e Picoli, 2015).
A Pseudomonas aeruginosa destaca-se ao longo dos anos entre os agentes infecciosos frequente- mente isolado em ambientes hospitalares. Diversos estudos têm associado sua presença a uma dissemi- nação clonal da espécie. A despeito dos avanços tecnológicos e da variedade de antimicrobianos co- nhecidos, bilhares de anos de evolução conferiram a este microrganismo mecanismos naturais e adqui- ridos de resistência que frustram os recursos tera- pêuticos na atualidade (Neves et al., 2011; Pires et al., 2009; Figueiredo et al.,2007). Atualmente as infecções hospitalares causadas por P. aeruginosa representam um desafio para a terapêutica antimi- crobiana, uma vez que frequentemente estes bacilos apresentam um amplo espectro de resistência a di- ferentes classes de agentes antimicrobianos atravé s da aquisição de diversos mecanismos distintos de resistência (Silva, 2016).
A resistência intrínseca uma ampla variedade classes de antibióticos, é algo marcante na P. aeru- ginosa. Isso é um fator limitante a terapêuticas. Além disso embora antibióticos até possam estar disponíveis, a alta capacidade desse micro- orga- nismo em desenvolver multirresistência a vários compostos, comprometendo o tratamento de paci- entes, especialmente portadores de fibrose cística (Gavinho, 2011).
Uma alternativa frente os micro- organismos multirresistentes tem sido a busca de vacinas. Essa alternativa visa a prevenção das infecções causadas por diversos micro-organismos, dentre eles a P. ae- ruginosa, auxiliando na manutenção da saúde e
qualidade de vida da população (Santo, 2009) .
O estudo visa verificar através de revisão de lite- ratura o que há de concreto e as perspectivas con- cernentes a caracterização de antígenos de P. aeru- ginosa e por conseguinte a produção e aplicabili- dade de anticorpos frente esses antígenos.
MATERIAIS E MÉ TODOS
Realizou-se um levantamento bibliográfico em periódicos das línguas portuguesa e inglesa entre os anos 2004 a 2019 nas bases de dados: Bibliografia Médica (MEDLINE) e Literatura Latino- Ameri- cana e do Caribe em Ciências da Saúde (LILACS). Esse período foi escolhido com objetivo de ter um panorama atual concernente a temática. Foram uti- lizados os descritores: Pseudomonas, P. aerugi- nosa, multirresistente, antígenos e anticorpos, e seus correlatos em inglês. Os critérios de inclusão foram: artigos de revisão e originais, assim como monografias, dissertações e teses. Foram analisa- dos e inseridos no trabalho 24 trabalhos. Dois li- vros de relevância e a temática foram acrescidos como referência.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A P. aeruginosa pertence à família Pseudomo- nadaceae, apresenta-se como bastonete Gram- ne- gativo reto ou ligeiramente curvo, aeróbio estrito, podendo se apresentar como células isoladas, aos pares, ou em cadeias curtas, móvel através de fla- gelo polar monotríqueo (Ferreira, 2005).
Cultivos de P. aeruginosas produzem uma vari- edade de colônias com diversas morfologias, em- bora dois tipos sejam mais comuns em meios de cultura: colônias de tamanho grande, com bordas lisas e elevação no centro e colônias pequenas, ru- gosas e convexas. Um terceiro tipo de colônias, de aspecto mucoide é ainda comumente observado em isolados de secreções respiratórias e urinárias (Silva, 2016).
Usualmente apresentam brilho metálico, com ou sem o odor frutal característico, decorrente da pro- dução de trimetilamina. Não crescem em condições de acidez e apresentam crescimento ótimo em tem- peratura de 37ºC, além de exibir a capacidade de crescer a 42ºC, o que a distingue de todas as outras espécies do seu gênero. No que tangem sua exigên- cia nutricional, crescem em meio mínimo, sendo capaz de utilizar um único composto orgânico como fonte de carbono e energia, mas também em meios enriquecidos, utilizam uma gama de fontes de carbono (Murray et al., 2010; Todar, 2012). Pires et al. (2009) realizou um estudo retr ospec- tivo baseado nos registros e laudos de culturas de
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secreções, onde P. aeruginosa foi o microrganismo mais frequente, estando presente em um total de 182 (26%) das 701 amostras que apresentaram crescimento bacteriano. Concernente à origem, a P. aeruginosa foi isolada principalmente de infecções respiratórias provenientes de secreções traqueais e nasais. Os antimicrobianos mais eficazes contra a P. aeruginosa foram; amicacina, imipenem, mero- penem e aztreonam.
Embora diversos trabalhos atribuam o alto perfil de resistências as enzimas inativadoras de antimi- crobianos, existem outros mecanismos moleculares que conferem resistência, tais como; a perda de pro- teínas de membrana (porina OprD), ou até mesmo a superexpressão de bombas de efluxo (Dini, 2016). A sua virulência, a P. aeruginosa apresenta um arsenal diversificado de mecanismos que con tri- buem na patogênese do processo infeccioso depen- dendo do sítio e tipo de infecção (Todar, 2012). Dentre esses eles as adesinas representadas pelos flagelos, fímbrias e o alginato, assim como meca- nismos que promovem o rompimento celular e in- terferem no sistema imunológico como elastase, protease alcalina, fosfolipase C. Além disso esse micro-organismo é capaz de formular exoprodutos como a exotoxina A e os pigmentos (Silva, 2016). Os pigmentos fluorescentes formulados por essa bactéria, geralmente se difundem no meio de cul- tura, apresentam cores variadas, a saber, a piover- dina (esverdeado) e a piocianina (azulado), sendo que algumas estirpes formulam outros tipos de pig- mentos, tais como; avermelhado (piorrubina) ou preto (piomelanina) (Ferreira 2005).
Segundo Meirelles (2011) a efetividade de fato- res de virulência da P. aruginosa está vinculado a sistemas especializados de secreção. Há três tipos (I, II e III) bem caraterizados. O tipo I é o menos complexo de todos, composto essencialmente por um transportador do tipo ABC, uma proteína de fu- são membranar e uma proteína de membrana ex- terna, a protease alcalina é secretada dessa forma. O tipo II apresenta maior sofisticação, processando a secreção em dois estágios; primeiramente um substrato é transportado até o espaço periplasmá- tico, e depois é transportado através de um poro para o meio extracelular; a elastase e exotoina A (ExoA) são secretados dessa forma. Já o sistema de secreção tipo III envolve a secreção do substrato di- retamente do citoplasma da célula bacteriana para a o citoplasma da célula hospedeira, como os fatores são injetados diretamente no citoplasma da célula hospedeira eles são denominados de proteínas efe- toras.
Os anticorpos denotam um grupo de moléculas que apresentam alta especificidade tanto para o re- conhecimento como para inativação de substâncias externas, tais como moléculas tóxicas ou antígenos.
Anticorpos específicos, policlonais ou monoclo- nais, para diagnóstico, pesquisa e terapias tem sido obtido especialmente de mamíferos tais como c oe- lhos e ratos (Tavares et al., 2013). Batista et al. (2019) os anticorpos são ferramentas biotecnológi- cas de alto valor, representando o segmento de maior crescimento no mercado de produtos bioló- gicos alcançando atualmente.
Kronborg et al. (1992) relataram aumento sérica de IgG, IgM e IgA ao lipídeo A, R-LPS e S- LPS durante o curso da infecção crônica, principalmente IgG e IgA. West et al. (2002) relatou em seu traba- lho significativos de anticorpos contra lisado celu- lar e ExoA foram detectados antes ou si multanea- mente ao primeiro isolado de P. aeruginosa .
No âmbito vacinal, os recursos disponíveis se baseiam em antígenos oriundo de toxinas de fatores de virulência conhecidos de espécies de P. aerugi- nosa, tais como; ExoA, proteases e elastases. Pes- quisas vem considerando a criação de vacinas con- jugadas, incorporadas de proteínas e carboidratos, ou até mesmo vacinas recombinantes. Vacinas con- jugadas vêm buscando conjugar o LPS de P. aeru- ginosa com toxóide tetânico. O toxóide tetânico, derivado da neurotoxina quimicamente inativada de Clostridium tetani, comporta-se como proteína carreadora, sem comprometer a resposta imune ou causar efeitos adversos (Gavinho, 2011).
O principal componente pró-inflamatório da membrana celular das bactérias Gram-negativas é o lipopolissacarídeo (LPS). Este tem sido umalvo an- tigênico importante para a resposta imune. Con- tudo, as vacinas produzidas a partir de células intei- ras inativadas ou compostas apenas pelo LPS da cé- lula bacteriana, conferem somente proteção tempo- rária. Esse antígeno induz a produção de anticorpos por linfócitos B em uma via independente de linfó- citos T-auxiliares, sem a geração de linfócitos de memória (Santos et al., 2011).
Oreconhecimento do LPS é mediado pelo TLR4 (Toll-like recepctor 4), sendo que a P. a eruginosa tem a habilidade de modular a estrutura de seu LPS ao invadir o tecido hospedeiro visando driblar o sis- tema imune e manter a integridade da membrana externa. O desenvolvimento de uma vacina efetiva para P. aeruginosa não é novidade embora não sej a algo que seja eminente, em primeira instancia ao problema relacionado a porção antigênica mais efe- tiva da superfície ser altamente variável, podendo ocasionar respostas cruzados e reações adversas (Santos, 2009).
Moss et al. (2001) valendo-se da técnica We stern blot, encontraram a presença de anticorpos contra as proteínas do SSTT, sendo que em torno de 70% , 90% e 67%, dos pacientes tinham níveis aumenta- dos de IgG anti-PopD, anti-PopB e anti-PcrV, res- pectivamente.
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Souza et al. (2012) na tentativa de determinar se anticorpos contra o LPS de P. aeruginosa em cri-
anças seriam detectáveis antes do isolamento da bactéria em culturas de secreções respiratórias, ob-
servou que houve uma relação inversa entre as ida- des médias e a especificidade do IgG. Além disso a
detecção da bactéria por cultura tendeu a acontecer
antes do aumento de IgG, e a sorologia somente foi capaz de discriminar pacientes positivos e negati- vos antes da cultura em crianças entre 2 e 4 anos de idade.
Brett et al. (1988), ao utilizar ELISA afim de de- tectar anticorpos contra antígenos da parede celu- lar, de pacientes com fibrose cística, aferiram ele-
vação nos níveis de IgG quase dois anos antes do
primeiro isolamento de P. aeruginosa em cultura. Alternativas de imunoconjugados visando pro- dução de anticorpos seriam; fragmentos polivalten-
tes do LPS ou de alginato conjugados a exotoxina A de espécies de Pseudomonas. Além disso, estudo com alginato conjugado ao toxoide tetânico tem de-
monstrado efetiva proteção em camundongos (Santo, 2009).
Em estudo longitudinal, Tramper-Standers et al. (2013), monitoraram a resposta de IgG à ExoA, ELA e PA de 220 pacientes durante três anos con-
secutivos, evidenciou que os testes sorológicos, in- dividualmente, discriminaram bem a presença e au- sência e de colonização crônica por P. aeruginosa .
CONCLUSÕES
Notou-se uma escassez na literatura quanto a te- mática. A maioria dos trabalhos com Pseudomonas aeruginosa enfoca em seu perfil de resistência e na
caracterização do processo de patogênese. No que
tange a produção de anticorpos e caracterização an- tigênica os poucos trabalhos conduzidos visam tra- balhar com o LPS. Pesquisas devem ser conduzidas
na caracterização de antígenos e por conseguinte produção de anticorpos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Batista JCL, Souza AR, Serra PT, Farias DS. Alves KCS, Al- meida MEM, Glória JC, Castro DP, Mariúba AM. Tecno- logia IgY: eficiente alternativa aos anticorpos convencio- nais de mamífero1. Scientia Amazonia, v.8, n.1, p.44- 55, 2019.
Brett MM, Ghoneim ATM, Littlewood JM. Prediction and diagnosis of early infection in cystic fibrosis: a follow- up study. J Clin Microbiol, v. 26, n.1, p. 1565-70, 1988.
Castilho SRA, Godoy CSM, Guilarde AO, Cardoso JL, An- drea MCP, Junqueira-Kipnis AP et al. Acinetobacter b au- mannii strains isolated from patients in intensive care units
in Goiânia, Brazil: Molecular and drug susceptibility pro- files. PLoS. ONE, 2017.
Choi CH, Lee EY, Lee YC, Park TI, Kim HJ, Hyun SH, et al. Outer membrane protein 38 of Acinetobacter baumannii localizes to the mitochondria and induces apoptosis of epi- thelial cells. Cell Microbiol., v.7, n.8, p.1127-38, 2005.
Dini VSQ. Análise da resistência antimicrobiana em cepas de Pseudomonas aerugionsa isoladas em Unidade de Trata- mento Intensivo em Manaus. 2016. 136 p. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) Universidade Federal do Amazonas, Manaus.
Ferreira LL. Estrutura clonal e multirresistência em Pseudo- monas aeruginosa. 2005. 99 p. Dissertação (Mestrado em Vigilância Sanitária). INCQS, Rio de Janeiro.
Figueiredo EAP et al. Pseudomonas aeruginosa: Frequência de Resistência a Múltiplos Fármacos e Resistência Cruzada entre Antimicrobianos no Recife/PE*. RBTI, v. 19, n. 4, p. 421-427, 2007.
Fournier PE, Richet H. The Epidemiology and Control of Acinetobacter baumannii in Health Care Facilities. Heal- thcare Epidemiology. 42, 2006.
Gavinho B. Desenvolvimento de imunógeno bacteriano de Pseudomonas aerugionsa conjudado ao toxóice tetânico. 2011. 51 p. Dissertação (Mestrado em Microbiologia, Para- sitologia e Patologia) Universidade Federal do Paraná, Cu- ritiba.
Giamarellou H, Antoniadou A, Kanellakopoulou K. Acineto- bacter baumannii: a universal threat to public health? Int J Antimicrob Agents, v.2, n.32, p.106-19, 2008.
Kronborg G, Formsgaard A, Galanos C, Freudenberg MA, Høiby N. Antibody response to lipid A, core, and O sugars of the Pseudomonas aeruginosa lipopolysaccharide in chronically infected cystic fibrosis patients. J Clin Micro- biol, v.30, n.7, p.1848-55, 1992.
Martins AF, Barth AL. Acinetobacter multirresistente – um desafio para a saúde pública. Scientia Medica. v.23, n.1, p.56-62, 2013.
Meireles DA. Estudo da função do gene kerV de Pseudomo- nas aeruginosa. 2011. 187p. Tese (Doutorado em Bioquí- mica). Universidade de São Paulo, São Paulo.
Moss J, Ehrmantraut ME, Banwart BD, Frank DW, Barbieri JT. Sera from adult patients with cystic fibrosis contains antibodies to Pseudomonas aeruginosa type III apparatus. Infect Immun, v.69, n.1, p.1185-8, 2001.
Murray PR, Rosenthal KS, Pfaller MA. Microbiologia m e- dica. 6 ed, Rio De Janeiro, Elsevier, cap 33, 2010.
Neves PR, Mamizuka EM, Levy CE, Lincopan N. Pseudo- monas aeruginosa multirresistente: um problema endêmico no Brasil. J Bras Patol Med Lab, v.47, n.4, p.409- 420, 2011.
Pires EJVC, Silva Júnior VV, Lopes ACS, Veras DL, Leite LE, Maciel MAV. Análise epidemiológica de isolados clí- nicos de Pseudomonas aeruginosa provenientes de hospi- tal universitário. Rev Bras Ter Intensiva, v.21, n.4, p.384 - 390, 2009.
Santos RR. Desenvolvimento e estudo in vivo de uma vacina conjugada contra Pseudomonas aeruginosa. 2009. 51 p.
© 2020 Journal of Biotechnology and Biodiversity ISSN: 2179- 4804
DOI: https://doi.org/10.20873/jbb.uft.cemaf.v8n1.ribeiro
50
Ribeiro et al. / Journal of Biotechnology and Biodiversity / v.8 n.1 (2020) 047- 051
Dissertação (Mestrado em Microbiologia, Parasitologia e Patologia) Universidade Federal do Paraná, Curitiba.
Santos RR, Caron LF, Gonçalves MLL, Sierakowski MR, Ferreira CEO, Ono L. Obtenção e caracterização de imunó- geno conjugado de lipopolissacarídeo de Pseudomonas ae- ruginosa e albumina bovina. Arq. Inst. Biol., v.78, n.4, p.479-484, 2011.
Souza HA, Costa LM, Riedi CA, Maestri AC, Rosario NA. O diagnóstico sorológico pode detectar a colonização por Pseudomonas aeruginosa mais rápido do que as culturas em crianças com fibrose cística? Um estudo de coorte prospectivo. RBAC, v.44, n.2, p.70-6, 2012.
Silva ST. Análise fenotípica e genética de fatores virulência de isolados clínicos de Pseudomonas aeruginosa multi- droga-sensível e multidroga-resistente de Recife-PE. 2016. 69 p. Dissertação (Mestrado em Medicina Tropical). Uni- versidade Federal de Pernambuco, Recife.
Moss J, Ehrmantraut ME, Banwart BD, Frank DW, Barbieri JT. Sera from adult patients with cystic fibrosis contains antibodies to Pseudomonas aeruginosa type III apparatus. Infect Immun, v.69, n.1, p.1185-8, 2001.
Tavares TCF, Soares PM, Neves JHFF, Soares MMF, Junior Á, Souza DLN, Ávila VMR, Lima-Ribeiro AMC. Produ- ção e purificação de imunoglobulinas Y policlonais anti - Leptospira spp. Pesq. Vet. Bras. v.33, n.9, p.1097- 1102, 2013.
Todar K. Todar´s online Textbook of bacteriology. 2012.
Vieira PB, Picoli SU. Acinetobacter baumannii Multirresis- tente: Aspectos Clínicos e Epidemiológicos. R bras ci Saúde, v.19, n.2, p.151-156, 2015.
West SE, Zeng L, Lee BL, Kosorok MR, Laxova A, Rock MJ, et al. Respiratory infections with Pseudomonas aeru- ginosa in children with cystic fibrosis: early detection by serology and assessment of risk factors. JAMA, v.287, n.1, p. 2958-67, 2002.
© 2020 Journal of Biotechnology and Biodiversity ISSN: 2179- 4804
DOI: https://doi.org/10.20873/jbb.uft.cemaf.v8n1.ribeiro
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